Rohrleitungsvergleich

Die perfekte Wahl für druckbeaufschlagte Rohrleitungssysteme

Leistungsvergleich von PB-1 und alternativen Kunststoffmaterialien

Leistungsfähigste Materialien

• PB-H | ISO 12230 (2012)
• PB-R | ISO 12230 (2012)

Materialien mit mittlerer Leistung ohne Knick

• PE-X - ISO 15875 (2003)
• PP-RCT - ISO 15874 (2013)
• PE-RT type II - ISO 12230 (2012)

Materialien mit niedriger Leistung mit Knick

• PE-RT type I - ISO 22391 (2009)
• PP-R - ISO 15874 (2013)

Nach 10 Jahren von dauerhaft einwirkender Spannung ist das leistungsfähigste Polybuten-1 (PB-H und PB-R) noch 50 % stabiler als Materialien mit mittlerer Leistung (PE-X, PP-RCT und PE-RT Typ II) und 70–90 % stabiler als Materialien mit niedriger Leistung (PE-RT Typ I und PP-R).

Bemessungsspannung

Durch die Anwendung standardisierter Kriterien, die in der ISO-Norm 10508 festgelegt sind, ist es möglich, die maximal zulässige Umfangsspannung dieser alternativen Polyolefinrohre für verschiedene standardisierte anwendungsbezogene Temperaturklassen zu berechnen. Diese Berechnung der Bemessungsspannung führt zu dem Vergleich, der in der untenstehenden Tabelle dargestellt wird, und zeigt, dass PB-1-Polymere die höchsten Umfangsspannungswerte unter allen standardisierten Anwendungsbereichen erreichen. Der Vorteil von PB-1 hinsichtlich der Druckbelastung ist zwischen 35 % und 90 % höher, je nach Anwendungsbereich und Material. Das bedeutet, dass PB-1-Rohre bei gleicher Dicke einen erheblichen Sicherheitsfaktor gegenüber diesen alternativen Kunststoffmaterialien für installierte Systeme bieten.

Aus der maximal zulässigen Umfangsspannung lässt sich eine minimal zulässige Wanddicke berechnen. Aus der Berechnung ergibt sich, dass Rohrleitungen aus Polybuten-1 im Vergleich zu anderen Materialien und abhängig von den anwendungsbezogenen Standardbeschränkungen mit einer erheblich geringeren Wanddicke produziert werden können. Eine geringere Wanddicke bedeutet gleichzeitig einen größeren inneren Querschnitt für einen vorgegebenen Außendurchmesser des Rohrs, was zu einem verringerten Gesamtdruckverlust und zu niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten führt, um ein festgelegtes Wasservolumen zu liefern.

Höhere Langzeit- Kriechbeständigkeit

Im Gegensatz zu anderen Thermoplasten, die in Rohrleitungsanwendungen verwendet werden, ist eine Steigerung der Leistungsfähigkeit über Compoundierung, Vernetzung oder Copolymerisation für Rohrleitungssysteme aus PB-1 nicht notwendig, um die für ihren Gebrauch geltenden strengen Leistungsvorgaben zu erfüllen.

Im Vergleich zu anderen Polyolefinmaterialien besitzt Polybuten-1 ein höheres Widerstandsniveau unter dauerhafter Spannung, die über einen langen Zeitraum einwirkt. Dies wird als Kriechverhalten bezeichnet. Die Grafik stellt die höhere Leistung von PB-1 beim Überschreiten von 100 Stunden dar.

Gewicht des Rohrs und hydrostatischer Wirkungsgrad

Neben den überlegenen Eigenschaften von Polybuten-1 im Vergleich zu anderen Materialien besitzt es eine ausgezeichnete Schalldämmung. Die Kombination aus dünner Bauweise der Rohrwand, niedrigem Elastizitätsmodul und niedriger relativer Dichte in Rohren aus Polybuten-1 (ρ = 0,92 g/cm³) führt zu hoher Absorption von „Druckschlag“ und anderen Geräuschen, die mit Heizung und Kühlung in Rohrleitungssystemen verknüpft sind. Tests haben gezeigt, dass Geräusche in Rohren in der Royal Albert Hall in London nach der Installation von Rohrleitungen aus PB-1 um 90 % verringert wurden

Druckschlag

Eine Säule mit bewegtem Wasser innerhalb einer Rohrleitung enthält gespeicherte kinetische Energie, die aus der Masse und der Geschwindigkeit entsteht. Da Wasser grundsätzlich inkompressibel ist, kann diese Energie nicht absorbiert werden, wenn ein Ventil plötzlich geschlossen wird.

Fünf Faktoren bestimmen den Grad des Druckschlags:

• Elastizitätsmodul des Rohrmaterials
• Innendurchmesser des Rohrs
• Schließzeit des Ventils

v₀ · a · ρ = p_s

v₀ = Geschwindigkeit des Mediums [m/s]
a = Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle [m/s]
ρ = Dichte des Mediums [kg/m³]
p_s = Druckstoß – Wasserschlag [N/m²]

Die maximalen Druckstöße, die durch den Druckschlag verursacht werden, können mithilfe der folgenden Gleichung berechnet werden, die aus dem „Handbook of Thermoplastic Piping System Design“ von Thomas Sixsmith und Reinhard Hanselka, Marcel Dekker Inc., S. 65–69, stammt.

Ps = V((3960 E t)/(E t + 3 x 105 DI))½
hierbei gilt:
Ps = Druckstoß (psi)
V = Wassergeschwindigkeit (ft/sec)
DI = Innendurchmesser des Rohrs (mm)
E = Elastizitätsmodul des Rohrmaterials (psi)
t = Rohrwanddicke (mm)

Im Vergleich zu PP-H, PP-B, PE-RT und PEX verfügt PB-1 über die höchste SDR-Klasse und bietet die besten akustischen Eigenschaften, einschließlich des niedrigsten Druckschlags.

Polybuten-1 bietet im Vergleich zu PE-RT und PEX spürbare Vorteile für Rohrleitungssysteme

Ein echter Kostenvergleich zwischen Rohrleitungssystemen sollte die Installationszeit, Verbindungsoptionen, Lebensdauer und SDR-Bewertung umfassen.

Darauf achten Spezifizierer: einfache Installation, die sich auf die Kosten vor Ort auswirkt; Verbindungsoptionen, langfristige Systemleistung und voraussichtliche Lebensdauer; sowie Standardbemaßungsverhältnis (Standard Dimension Ratio, SDR) von Rohrmaterialien, um die Haltbarkeit mit dem Druck zu vergleichen.

Standardbemaßungsverhältnis (SDR)

Was ist SDR?

SDR oder das Standardbemaßungsverhältnis bezieht sich auf die Geometrie eines Rohrs. SDR ist eine Methode zur Bestimmung der Widerstandsfähigkeit eines Rohrs gegenüber Druck. Es beschreibt den Zusammenhang zwischen dem Rohrmaß und der Dicke der Rohrwand. SDR 11 bedeutet beispielsweise, dass der Außendurchmesser des Rohrs das Elffache der Wandstärke beträgt.

• Hohes SDR-Verhältnis
  Die Rohrwand ist im Vergleich zum Rohrdurchmesser dünn
• Niedriges SDR-Verhältnis
  Die Rohrwand ist im Vergleich zum Rohrdurchmesser dick

Beispielrechnung:
‍Das SDR für ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Wandstärke von 5 mm kann wie folgt berechnet werden:100mm / 5mm = SDR 20

Warum ist SDR für Rohrleitungssysteme für Fernwärme von Bedeutung

• Geringeres Gewicht pro Meter Rohr
• Niedrigerer Rohraußendurchmesser für die gleiche Leistung

SDR-Klassen und Rohrabmessungen

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Nationale Normen (RU und NL)
Die Quelle für Rohrabmessungen der Fernwärme beim Vergleich von Materialien PB-1, PE-RT und PEX

Die aktuelle russische Norm für die Fernwärme (GOST 56730 – 2015) und die niederländische Richtlinie (BRL 5609 – und der Entwurf des überarbeiteten BRL 5609) beinhalten jeweils einen Vergleich von drei Materialien für Fernwärme-Rohrleitungssysteme: PB-1, PE-RT und PEX.

Nach der russischen Norm und der niederländischen Richtlinie ist die Tabelle (rechts) ein Auszug aus der entsprechenden Tabelle, die die SDR-Klassen für die aufgelisteten Materialien bei unterschiedlichen Druckwerten zeigt. Wie angegeben, ist für jeden Betriebsdruck PB-1 im Vergleich zu PEX oder PE-RT die höchste SDR-Klasse aufgeführt. Im folgenden Abschnitt wird erläutert, was dies bedeutet, warum Normen sich auf Rohrabmessungen und SDR-Klassen beziehen und welche Vorteile das für Rohrsystemspezifizierer hat.

Um die Leistung von PB-1, PE-RT und PEX im Verhältnis zum gegebenen Betriebsdruck von 8 bar bei kleinem Rohrdurchmesser von 50 mm zu veranschaulichen, bieten die Tabelle und das Diagramm im Folgenden einen Vergleich der erforderlichen Innenrohrabmessungen.

Die höhere SDR-Klasse PB-1 bietet die folgenden Vorteile:• Dünnerer Wandabschnitt• Weniger Material (weniger Gewicht)• Größerer Innendurchmesser und größere Fläche

Beispiel 1: Kleines Rohr – 50 mm Durchmesser bei 8 bar

Wie oben gezeigt, liefert der größere Innendurchmesser des Rohrs mit einem PB-1-Außendurchmesser von 50 mm bei gleichem Wasserdruck eine wesentlich höhere Durchflussrate als die anderen beiden Materialien. Anders ausgedrückt: Bei einer gegebenen Durchflussrate führen PB-1-Rohre zu einem geringeren Druckverlust, der weniger Energie für den Betrieb von Systemen und/oder Pumpen mit geringerer Kapazität erfordert.

Auch hier kann PE-PRT zu Vergleichszwecken als Benchmark bei 100 % angesehen werden. Wie aus der obigen Abbildung (links) hervorgeht, liefert ein PB-1-Rohr mit 50 mm Außendurchmesser (8 bar) unter Verwendung des gleichen Betriebswasserdrucks eine wesentlich höhere Durchflussrate von +35 % im Vergleich zum identisch ausgelegten PE-RT-Rohr mit dem gleichen Außendurchmesser.

Gemessen mit dem anderen Vergleichspunkt (rechts): Bei einer gegebenen Durchflussrate (Ausgang) bieten PB-1-Rohre einen um 44 % geringeren Druckverlust im Vergleich zu PE-RT-Rohren. Das bedeutet, dass PB-1-Rohre weniger Energie benötigen, um ein System zu betreiben – oder – Pumpen mit einer geringeren Kapazität bei gleicher Leistung aufnehmen können.

Beispiel 2: Kleines Rohr – 160 mm Durchmesser bei 10 bar

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Aufgrund einer höheren SDR-Einstufung (und damit eines dünneren Wandabschnitts) bietet ein PB-1-Rohr mit einem Durchmesser von 140 mm dieselbe Leistung wie ein PE-RT-Rohr mit einem Durchmesser von 160 mm, jedoch mit einem kleineren Außendurchmesser und einer größeren Rohrquerschnittsfläche.

Bei einem Betriebsdruck von 10 bar mit einem Rohr mit 160 mm Außendurchmesser:

• PE-RT @ SDR 6
  Das Rohr mit einem Durchmesser von 160 mm hat eine innere Querschnittsfläche von 8.958 mm²
• PEX @ SDR 7.4
  160 mm ø rura ma wewnętrzną powierzchnię przekroju poprzecznego wynoszącą 10 605 mm².‍
• PB-1 @ SDR 9
  Przy mniejszej średnicy zewnętrznej 140 mm ø PB-1 ma wewnętrzną powierzchnię przekroju poprzecznego wynoszącą 9263 mm².
• Das Rohr mit einem Durchmesser von 160 mm hat eine innere Querschnittsfläche von 10.605 mm²
• Das Rohr mit einem kleineren Außendurchmesser von 140 mm hat eine innere Querschnittsfläche von 9.263 mm²

Fügetechniken für Fernwärme-Rohrleitungen
PB-1 ist ein vielseitiges Material für alle verfügbaren Fügetechniken

Das Endergebnis
Die Spezifikation der PB-1-Rohrleitungssysteme für Fernwärme bietet:

• Eine klare Möglichkeit zur Senkung der integralen Installations- und Betriebskosten– kleinere Rohrträgerrahmen– Verwendung von weniger Isoliermaterial– kleinere Pumpen laufen mit reduziertem Energieverbrauch
• Beste Akustik in dieser Klasse, einschließlich der niedrigsten Stufe eines Druckschlags
• Die Möglichkeit des vollständigen Recyclings

PB-1 gegenüber PE-RT und PEX

• Sponsor: LyondellBasell
• Data prezentacji: 7 marca 2019 r.
• Prezentacja:
  – Patrick van Beek, kierownik ds. marketingu PB-1
  – Werner Rothhöft, inżynier ds. rozwoju aplikacji i obsługi technicznej
• Główne cele edukacyjne | Co w praktyce oznacza wyższa klasa SDR?
  – Poznaj polibuten-1 do stosowania w systemach rurowych do gorącej i zimnej wody pod ciśnieniem.
  – Dowiedz się więcej o niezwykłych właściwościach tego najbardziej zaawansowanego technicznie tworzywa termoplastycznego.
  – Jakie są zalety stosowania PB-1 w systemach rurowych w porównaniu z alternatywnymi tworzywami termoplastycznymi?
  – Możliwości obniżenia kosztów eksploatacji w całym okresie użytkowania systemu rurowego.
• Wichtige Lernziele | Was bedeutet eine höhere SDR-Klasse in der Praxis?– Kennenlernen von Polybuten-1 für den Einsatz in druckbeaufschlagten Warm- und Kaltwasserrohrsystemen– Erfahren Sie mehr über die außergewöhnlichen Eigenschaften dieses technisch fortschrittlichsten thermoplastischen Materials– Welche Vorteile hat die Verwendung von PB-1 in Rohrleitungssystemen gegenüber alternativen thermoplastischen Werkstoffen?
  – Möglichkeiten zur Senkung der Betriebskosten während der Lebensdauer eines Rohrleitungssystems

Webinar: Was bedeutet eine höhere SDR-Klasse in der Praxis?