Zalety PB-1 w systemach rurociągów ciśnieniowych
Co w praktyce oznacza wyższa klasa SDR?
- Poznaj polibuten-1 do stosowania w systemach rurociągów ciśnieniowych ciepłej i zimnej wody.
- Dowiedz się więcej o niezwykłych właściwościach tego najbardziej zaawansowanego technicznie tworzywa termoplastycznego.
- Jakie są zalety stosowania PB-1 w systemach rurociągowych w porównaniu z alternatywnymi tworzywami termoplastycznymi?
- Możliwości obniżenia kosztów eksploatacyjnych w całym okresie użytkowania systemu rurociągowego.
Elastyczność jest zaletą wielu tworzyw sztucznych w porównaniu z metalami, jednak polibuten-1 jest zdecydowanie preferowanym tworzywem sztucznym, jak pokazano w poniższej tabeli, w której porównano typowe wartości elastyczności przy zginaniu różnych materiałów poliolefinowych stosowanych do produkcji rur.
Zalety elastyczności podczas montażu i serwisowania systemów rurowych z polibutenu-1 zostały szczegółowo opisane na tej stronie internetowej. Oczywiście im łatwiej jest manipulować rurą na miejscu i w ciasnych warunkach, tym krótszy powinien być czas montażu.
W tym względzie łatwość prowadzenia okablowania przez wywiercone otwory i przewlekanie przez ograniczone przestrzenie, w połączeniu z długimi odcinkami rur, a tym samym zmniejszeniem liczby wymaganych łączników, są czynnikami, które przyczyniają się do przyspieszenia instalacji i związanego z tym obniżenia kosztów robocizny.
Chociaż rury z polibutenu-1 są łatwe w gięciu, należy uważać, aby nie zgiąć rury do punktu „załamania”. W tym zakresie zaleca się minimalny promień gięcia wynoszący 8-krotność średnicy rury.
Rysunek (powyżej po prawej) ilustruje zalecane minimalne promienie gięcia dla różnych średnic rur z polibutenu-1.
Odporność rur na odkształcenia i pęknięcia określa się poprzez badania zgodne z normami międzynarodowymi i krajowymi. Wyniki badań są następnie wykorzystywane do obliczenia maksymalnego dopuszczalnego naprężenia obwodowego dla transportu gorącej wody zgodnie z określonym zestawem warunków, zwanych klasami temperaturowymi.
Klasy temperaturowe są zestawiane w taki sposób, aby odzwierciedlały prawdopodobny przekrój warunków eksploatacyjnych w okresie 50 godzin dla różnych zastosowań związanych z ogrzewaniem i zaopatrzeniem w wodę. Międzynarodowe klasy temperaturowe są określone w normie ISO 10508 i przywołane w innych normach dotyczących systemów rur z tworzyw sztucznych.
Stosując znormalizowane kryteria wymiarowe, można obliczyć maksymalne dopuszczalne naprężenie obwodowe konkurencyjnych rur poliolefinowych dla każdej z tych klas temperaturowych w następujący sposób:
Obliczenia te wskazują, że wymagana grubość ścianek rur z polibutenu-1 może być mniejsza niż w przypadku innych materiałów o równoważnej odporności na naprężenia. Jednak obliczenie grubości ścianek zależy od innych dodatkowych wymagań normatywnych, w wyniku czego w przypadku rur o średnicy mniejszej niż 16 mm wszystkie rury poliolefinowe muszą spełniać normę minimalnej stałej grubości określoną dla danego materiału. W związku z tym przewaga rur z polibutenu-1 pod względem wydajności prowadzi do wzrostu współczynnika projektowego o +35% w porównaniu z polietylenem usieciowanym i +50% w porównaniu z PE-RT, a nie do odpowiednich oszczędności materiałowych.
Zalety polibutenu-1 to współczynnik konstrukcyjny wyższy o 35% w porównaniu z polietylenem usieciowanym i o 50% w porównaniu z polietylenem RT.
W przypadku rur o średnicy powyżej 16 mm dopuszczalne jest jednak obliczanie grubości rur zgodnie ze znormalizowanymi kryteriami wydajności, gdzie zalety stosowania polibutenu-1 można wykorzystać w postaci mniejszej masy rur, a tym samym mniejszego zużycia surowców i niższych kosztów.
Poniższa tabela ilustruje korzyści wynikające z zastosowania polibutenu-1 w porównaniu z konkurencyjnymi materiałami w rurze o średnicy 40 mm, przy 50-letniej żywotności i ciągłej temperaturze roboczej 70°C, z uwzględnieniem czynników projektowych.
Wydajność dla gorących i zimnych rur ciśnieniowych
Dzięki wysokiej odporności na pełzanie w szerokim zakresie temperatur w połączeniu z niską rozszerzalnością cieplną, polibuten-1 szczególnie dobrze spełnia wymagania przemysłowe dotyczące rur ciśnieniowych stosowanych w domowych, komercyjnych i przemysłowych instalacjach ciepłej i zimnej wody.
Odporność rur z polibutenu-1 na ciśnienie wewnętrzne została przedstawiona w normie ISO 12230 – Rury z polibutenu (PB): Wpływ czasu i temperatury na przewidywaną wytrzymałość. Stanowi ona punkt odniesienia dla oceny przydatności wszystkich materiałów z polibutenu-1.
Norma ta zawiera zarówno wykres linii odniesienia (po prawej), jak i tabelę wartości naprężeń obwodowych (poniżej), które razem stanowią kryteria akceptowalności określone w wielu innych normach.
Oczekiwane wartości wytrzymałości obręczy
Norma ISO 10508 – Rury i kształtki termoplastyczne do instalacji ciepłej i zimnej wody – w połączeniu z normą ISO 12230 określa wymagania eksploatacyjne w zastosowaniach, w których można stosować rury z polibutenu-1, w odniesieniu do następujących warunków „klasyfikacji eksploatacyjnej”. ISO 10508 Klasy zastosowań rur termoplastycznych.
Określanie rozmiaru rur z polibutenu-1
Najczęściej stosowaną normą do określania zgodności właściwości gatunków polibutenu-1 (w odniesieniu do normy ISO 12230) jest norma ISO 9080 (EN): Systemy rur i przewodów rurowych z tworzyw sztucznych – Określanie długotrwałej wytrzymałości hydrostatycznej materiałów termoplastycznych w postaci rur poprzez ekstrapolację.
Ta standardowa procedura jest zazwyczaj przeprowadzana przez akredytowane niezależne instytuty zajmujące się badaniem rur w celu weryfikacji właściwości wszystkich termoplastycznych materiałów rurowych do ciepłej i zimnej wody.
Norma ISO 10508 – Rury i kształtki termoplastyczne do instalacji ciepłej i zimnej wody – w połączeniu z normą ISO 12230 określa wymagania eksploatacyjne w zastosowaniach, w których można stosować rury z polibutenu-1, w odniesieniu do następujących warunków „klasyfikacji eksploatacyjnej”. ISO 10508 Klasy zastosowań rur termoplastycznych.
Wyniki niezależnych testów
Długotrwała niezawodność i odporność na chlor
Raport z badań ASTM F2023 uzyskany dla klasy PB-1 Akoalit PB 4267 potwierdza ponad 50-letnią ekstrapolowaną żywotność przy ciągłym użytkowaniu w temperaturze 60°C. Pobierz
Ocena instalacji wodociągowej z polibutylenu po 18 latach eksploatacji
Prezentacja podczas konferencji Antec 2013 – niezależne badanie (ocena na miejscu i testy laboratoryjne) stanu instalacji wodociągowej z polibutylenu (PB) w wielorodzinnym kompleksie mieszkaniowym. Pobierz
Hałas mechaniczny towarzyszący cyklom ogrzewania i chłodzenia systemów rur grzewczych wykonanych z metalu jest prawie całkowicie wyeliminowany w przypadku stosowania systemów rur z tworzyw sztucznych. Rury z tworzyw sztucznych ograniczają i tłumią przenoszenie zarówno hałasu mechanicznego, jak i efektów uderzeń hydraulicznych.
Niski moduł sprężystości PB-1 oraz zmniejszona grubość ścianki zapewniają niskie ciśnienie udarowe dla danej średnicy zewnętrznej rury i ciśnienia znamionowego.
Hałas mechaniczny
W przypadku przewodzenia dźwięku przez ciała stałe ważnymi kryteriami są izolacja akustyczna i pochłanianie dźwięku przez materiał, które są funkcją gęstości i elastyczności materiału.
Właściwości akustyczne tworzyw sztucznych, przedstawione na wykresie dla szerokiego zakresu częstotliwości i temperatur, są zazwyczaj określane przez temperaturę zeszklenia danego tworzywa sztucznego.
W temperaturach powyżej temperatury zeszklenia (Tg) prędkość dźwięku ulega znacznemu zmniejszeniu, a pochłanianie dźwięku znacznie wzrasta. Temperatura zeszklenia homopolimerów polibutenu-1 wynosi -18°C. Typowa temperatura robocza instalacji grzewczej lub instalacji wody pitnej znacznie przekracza tę wartość Tg, więc transmisja dźwięku jest znacznie zmniejszona. W przypadku metali, takich jak miedź, nie występuje przemiana szklista, więc transmisja dźwięku pozostaje wysoka, nawet w temperaturach zbliżających się do temperatury topnienia materiału.
W przypadku materiałów ogólnie obserwuje się, że im wyższa gęstość, tym wyższa prędkość dźwięku. Dane przedstawione w poniższej tabeli wyraźnie pokazują tę zależność dla wybranych popularnych materiałów instalacyjnych.
Oczywiście projekt instalacji ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia cichej pracy systemu hydraulicznego. Aby osiągnąć najlepsze wyniki, należy zwrócić szczególną uwagę na wybór materiałów, z których wykonane są rury i złączki, oraz na optymalny układ systemu rurociągów w stosunku do konstrukcji budynku. Oczywiście projekt instalacji ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia cichej pracy systemu hydraulicznego. Aby osiągnąć najlepsze wyniki, należy zwrócić szczególną uwagę na wybór materiałów, z których wykonane są rury i złączki, oraz na optymalny układ systemu rurociągów w stosunku do konstrukcji budynku.
Uderzenie hydrauliczne
Słup poruszającej się wody w rurociągu zawiera energię kinetyczną wynikającą z jego masy i prędkości. Ponieważ woda jest zasadniczo nieściśliwa, energia ta nie może zostać pochłonięta w momencie nagłego zamknięcia zaworu. Skutkiem tego jest gwałtowny wzrost ciśnienia, zwany potocznie „uderzeniem hydraulicznym”.
Pięć czynników decyduje o sile uderzenia hydraulicznego
- Prędkość
- Moduł sprężystości materiału rury
- Średnica wewnętrzna rury
- Grubość ścianki rury
- Czas zamykania zaworu
Powtarzające się uderzenia hydrauliczne mogą powodować uszkodzenia instalacji rurowych. Oprócz hałasu, uderzenia hydrauliczne mogą powodować pękanie rur, jeśli ciśnienie jest wystarczająco wysokie.
Maksymalna teoretyczna wartość skoku ciśnienia Ps wynosi:
v0 · a · ρ = ps
v0 = prędkość ośrodka [m/s]
a = szybkość propagacji fali ciśnienia [m/s]
ρ = gęstość ośrodka [kg/m³]
ps = skok ciśnienia – uderzenie hydrauliczne [N/m²]
Maksymalne ciśnienie udarowe spowodowane uderzeniem hydraulicznym można obliczyć za pomocą następującego równania zaczerpniętego z „Handbook of Thermoplastic Piping System Design” (Podręcznik projektowania systemów rur termoplastycznych), Thomas Sixsmith i Reinhard Hanselka, Marcel Dekker Inc., str. 65-69.
Ps = V((3960 E t)/(E t + 3 x 105 DI))½
gdzie:
Ps = ciśnienie udarowe (psi)
V = prędkość wody (ft/sec)
DI = średnica wewnętrzna rury (in)
E = moduł sprężystości materiału rury (psi)
t = grubość ścianki rury (in)
Niski moduł sprężystości polibutenu-1 w połączeniu z mniejszą grubością ścianek powoduje niskie ciśnienie udarowe dla danej średnicy zewnętrznej rury i ciśnienia znamionowego. Poniższa tabela porównuje maksymalne ciśnienie udarowe dla rur o średnicy zewnętrznej 38,1 mm (1-1/2") wykonanych z różnych tworzyw sztucznych, zaprojektowanych do pracy pod tym samym ciśnieniem.
Korozja metali i elementów metalowych w instalacjach grzewczych i wodociągowych występuje z powodu obecności wolnego tlenu w wodzie. Tlen prawie zawsze występuje w każdym systemie, ponieważ może przedostawać się do niego przez wiele punktów, takich jak otwarte zbiorniki wyrównawcze, zawory, połączenia gwintowe i pompy, a także przez materiały przepuszczające gaz.
W zamkniętych systemach grzewczych, które nie są stale zasilane gorącą wodą, minimalizacja przedostawania się tlenu przez ścianki rur znacznie ogranicza występowanie korozji. Z tego powodu opracowano nieprzepuszczające tlenu rury barierowe z polibutenu-1.
Rura barierowa składa się z 3 lub 5 koncentrycznych, współwytłaczanych warstw materiału, które są połączone w jedną integralną ściankę rury. W strukturze 3-warstwowej polibuten-1 stanowi warstwę wewnętrzną, a kopolimer etylenu i alkoholu winylowego (EVOH) warstwę zewnętrzną. Warstwa środkowa to materiał klejący, który jest kompatybilny zarówno z wewnętrznymi, jak i zewnętrznymi materiałami funkcjonalnymi, tworząc integralną strukturę.
W zamkniętych systemach grzewczych opracowano rurę barierową PB-1, aby zminimalizować przedostawanie się tlenu przez ścianki rury.
EVOH to materiał barierowy dla tlenu, który charakteryzuje się wyjątkowo niską przepuszczalnością tlenu. Aby jeszcze bardziej poprawić właściwości barierowe dla tlenu, opracowano pięciowarstwową strukturę rury. W tym przypadku warstwy wewnętrzna i zewnętrzna to PB-1, a warstwa środkowa to EVOH. Po obu stronach EVOH znajdują się warstwy „klejące”. Zaletą struktury pięciowarstwowej jest to, że warstwa EVOH jest chroniona zarówno przed czynnikami fizycznymi, jak i atmosferycznymi, dzięki czemu zapewnia doskonałą barierę dla tlenu w przeliczeniu na jednostkę masy EVOH.
Niezależnie od rodzaju użytej rury, do wszystkich obiegów wody grzewczej dostają się niewielkie ilości tlenu, dlatego w celu ochrony systemu przed korozją do wody obiegowej dodaje się inhibitory.
Legionella to bakteria występująca sporadycznie w sieciach wodociągowych, która stanowi potencjalne zagrożenie dla zdrowia użytkowników tych instalacji.
Czynniki, które należy zwalczać, aby zapobiec rozmnażaniu się tej bakterii w instalacjach rurowych w budynkach, to temperatura jej rozmnażania oraz tworzenie się biofilmu jako podłoża do odżywiania się i kolonizacji bakterii.
Temperatura rozmnażania Legionelli wynosi od 20° do 50ºC, dlatego należy unikać temperatur wody mieszczących się w tym zakresie. Z drugiej strony, tworzeniu się biofilmu sprzyja gromadzenie się stojącej wody, temperatura mieszcząca się w wyżej wymienionym zakresie, chropowatość rur i ewentualna korozja ich metalu.
Temperatura rozmnażania bakterii Legionella wynosi od 20 do 50ºC, dlatego należy unikać temperatur wody mieszczących się w tym zakresie.
Temperatura unicestwiająca bakterie Legionella wynosi 70ºC, dlatego też zabiegi dezynfekcji termicznej wymagają podgrzania płynu do tej temperatury.
Międzynarodowe normy dotyczące produkcji uwzględniają tę temperaturę roboczą dla tego zastosowania, gdzie klasa 2 jest określona jako mająca zastosowanie. Najlepszym wyborem materiału do tego zastosowania jest polibuten-1, a dzięki dobrej konstrukcji i odpowiedniej konserwacji instalacji można uniknąć potencjalnych problemów związanych z bakterią Legionella. Rury z PB, ze względu na niską chropowatość, brak korozji metalu i optymalną odporność w temperaturze 70ºC (temperatura unicestwiająca bakterie), są idealne do zapobiegania problemom związanym z bakterią Legionella. Ponadto nadają się one do corocznych zabiegów dezynfekcji chemicznej (30 ppm Cl w temperaturze 30ºC, ciśnieniu 6 barów i przez 2 godziny), zgodnie z testami przeprowadzonymi przez producenta surowca, firmę LyondellBasell, w niezależnych laboratoriach.
Polibuten, podobnie jak inne poliolefiny, jest wysoce odporny na działanie rozpuszczalników i produktów chemicznych, z nielicznymi wyjątkami. PB-1 może jednak ulegać działaniu niepolarnych rozpuszczalników organicznych, takich jak benzen, toluen, chlorek węgla itp. Aby uzyskać więcej informacji na temat konkretnych kontaktów, należy skonsultować się z dostawcą systemu rurociągowego PB-1. Chlor jest silnym środkiem utleniającym zarówno dla polibutenu, jak i innych poliolefin. Procentowe stężenia występujące w sieciach wody pitnej (< 1 ppm) nie są szkodliwe, podobnie jak coroczne zabiegi przeprowadzane w celu zapobiegania pojawianiu się bakterii Legionella.
Promienie ultrafioletowe zawarte w świetle słonecznym mogą powodować lub przyspieszać degradację materiału. Produkt należy chronić przed bezpośrednim działaniem promieni słonecznych, zarówno podczas przechowywania, jak i użytkowania. W przypadku stosowania na zewnątrz należy go osłonić lub pomalować w celu ochrony. W przypadku malowania zaleca się stosowanie farb emulsyjnych (na bazie wody) do malowania polibutenu-1. Farby lakiernicze na bazie oleju można stosować z podkładem. Nie należy stosować farb na bazie celulozy, środków do usuwania farby ani rozpuszczalników. Przed malowaniem należy upewnić się, że powierzchnie są czyste, suche i wolne od tłuszczu.
Polibuten-1 jest materiałem bardzo dobrze nadającym się do chłodzenia i klimatyzacji. Zachowuje swoją elastyczność lepiej niż inne materiały w temperaturach poniżej zera i jest odporny na działanie glikoli stosowanych jako środki przeciwzamarzające. Testy przeprowadzone w naszych laboratoriach wskazują na optymalne zachowanie i odporność w tych warunkach. Temperatura zeszklenia wynosi -16ºC, a testy ciśnieniowe przeprowadzono w temperaturach do -40ºC. Jego elastyczność oznacza, że może wytrzymać zamarznięcie transportowanej wody bez pękania, w przeciwieństwie do bardziej sztywnych materiałów, które pękają w przypadku zamarznięcia.
PB-1 jest materiałem bardzo dobrze nadającym się do chłodzenia i klimatyzacji.
