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Rohrleitungssysteme – Materialien und Schadensfälle aus der Praxis

Brixen, 18. März 2016

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Inhalt

• Werkstoffe in der Trinkwasserversorgung

Werkstoffe, Eigenschaften, Vor- und Nachteile

Schadensfälle aus der Praxis

Entwicklung in den kommenden Jahren

• Zusammenfassung & Ausblick

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Werkstoffe, Eigenschaften

• Polymere sind Chemiewerkstoffe und organische Verbindungen (Basis: Erdöl, Erdgas), welche mittels Polymerisation erzeugt werden

• Wiederholung identer Einheiten (Prof. Staudinger, Nobelpreis 1953)

• Charakterisierung durch Schmelzindex (MFR) und mittlere Molekulargewicht bzw. deren Verteilung

• Nachwachsende Kunststoffe (NAKUs) habenin der Baubranche keine Bedeutung

Polymere Werkstoffe (Kunststoffe)

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Werkstoffe, Eigenschaften

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Werkstoffe, Eigenschaften

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Werkstoffe, Eigenschaften

Dämmstoffe, Fenster,

Türen, Rohre etc.

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Werkstoffe, Eigenschaften

• Handelsübliche Kunststoffe bestehen auf Basispolymer und Zusatzstoffen:

- Farbpigmente

- Füllstoffe (Ruß, Talkum etc.)

- Verstärkungsstoffe (Glasfasern)

- Vernetzungsmittel

- Stabilisatoren gegen Hitze, UV etc.

- Schlagzähmodifizierung

• Verarbeiter erhält fertiges Package

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Werkstoffe, Eigenschaften

• Flexibilität

• Verarbeitbarkeit (1 Verarbeitungsvorgang)

• Beständigkeit

• Vielfalt der Verbindungstechnologien

• Gewicht bzw. geringe Dichte

Vorteile polymerer Werkstoffe

• Spannungsrissempfindlichkeit bzw. Beständigkeit

• Temperaturbeständigkeit

• Höhere Längenausdehnung im Vergleich zu metallischen Werkstoffen

Nachteile polymerer Werkstoffe

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Werkstoffe, Eigenschaften

• Polypropylen (PP)

• Vernetztes Polyethylen (PE-X)

• PE mit erhöhter Temperaturbeständigkeit (PE-RT)

• Kunststoff-Metallverbundrohre (PE-X/Al/PE-X bzw. PE)

• Poly(1-buten) (PB), Polyvinylchlorid chloriert (PVC-C)

Kunststoffe in der Trinkwasserinstallation (Hot & Cold)

• Polyethylen hoher Dichte (PE 80, PE 100, PE 100-RC)

• Weichmacherfreies Polyvinylchlorid (PVC-U)

• Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) – Basis: Polyesterharze

Kunststoffe in der Trinkwasserversorgung

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Werkstoffe, Eigenschaften

Vorteile:

• Leichte Verarbeitbarkeit, gute Schweißbarkeit

• Sehr gute Chemikalienbeständigkeit

• Gute Trinkwassertauglichkeit

Nachteile:• Mäßige Temperaturbeständigkeit (70 °C - 90 °C) Vernetzung (PE-X) oder Stabilisierung (PE-RT)

• Neigung zur Spannungsrisskorrosion (Punktlast etc.) Bimodalität (PE 100-RC)

Polyethylen (PE)

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Werkstoffe, Eigenschaften

• PE ist Ausgangsstoff, welcher einer Vernetzung unterzogen wird:

PE-Xa … peroxidisch-vernetztes PE PE-Xb … silan-vernetztes PE PE-Xc … strahlen-vernetztes PE PE-Xd ... Azo-vernetztes PE

• Veränderung der Molekularstruktur durch Vernetzung bedingt höhere Einsatztemperatur

• Kein Thermoplast und daher z.B. nicht recyclierbar, nicht schmelzbar, aber sehr wohl schweißbar

• Verbindungstechnologie: Mechanische Verbindungen (und Heizwendelschweißen)

Vernetztes Polyethylen (PE-X)

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Beispiele aus der Praxis

• Warmwasserleitung aus PE-X zeigte Brüche auf. Rohre waren in der Zwischendecke (Zirkulationsleitung) verlegt.

• Betriebsbedingungen (Temperatur,Druck) waren unauffällig.

• Deutlicher Krümmungsradius aus Verlegung.

• Eine Chlorierung (Chlordioxid) wurdevorgenommen.

• Liegt hier ein Werkstofffehler vor?

Warmwasserleitung aus PE-X

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Beispiele aus der Praxis

• Schädigung ausschließlich an Innenseite nahe Boiler und Zudo-sierung (OIT < 1“). In größerer Entfernung: OIT-Werte ca. 5 min

• Stabilisatoren, die Kunststoff vor Oxidation schützen, waren im Rohr ursprünglich mit 0,6 mg/g vorhanden. An geschädigten Rohren waren Werte < 0,1 mg/g feststellbar.

• Verbrauch an Stabilisatoren ist auf das Oxidationsmittel Chlordioxid zurückzuführen.

• Brüche treten vorrangig im Bereich starker Krümmungsradien auf (Herstellerangaben unterschritten). Dort überlagern sich Spannungen auf Biegung und dem Innendruck.

Warmwasserleitung aus PE-X

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Beispiele aus der Praxis

• Schweißverbindung (Elektroschweißmuffe, Rohrbogen) haben sich getrennt.

• Betriebsbedingungen (Temperatur,Druck) waren unauffällig.

• Schweißindikatoren an Muffe deutlich ausgetreten.

• Lösen (Bruch) der Oberfläche erfolgte zu 100 % spröd und ohne Verformungen

• Liegt hier ein Produktfehler vor?

Wasserleitung aus PE

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Beispiele aus der Praxis

• Austritt der Schweißindikatoren zeigt ausreichende Schmelzebildung. Wärmeeindringung in Rohr und Formstück feststellbar.

• Rohrbogen wurde vor der Schweißung nicht geschabt.

• FT-IR Analyse an Bruchflächen zeigt Silikonöl (Poly-dimethylsiloxane), Fettsäureester und Ethylorthosilikat

• Fehlende Schabung hat zur „Verschmutzung“ der Fügepartner und einer mangelhaften Verschweißung geführt.

Wasserleitung aus PE

415621_gr415621_K

NameBG Korneuburg, Oberflächenspann groß, KBr-ScheibeBG Korneuburg, Oberflächenspann klein, KBr-Scheibe

Beschreibung

4000 6003500 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 750cm-1

105

66

70

75

80

85

90

95

100

%T

105

7274767880828486889092949698

100102

%T

2923,8

2853,0

1457,8

1260,3

1019,71081,41376,23357,5

1737,7

800,1

967,9

1186,51646,1

1080,1

2977,4 2929,9

2894,9971,6

797,0

1393,0

1444,7 1367,2

1297,1

1484,8

1732,0

groß

klein

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Werkstoffe, Eigenschaften

Vorteile:

• Hohe mechanische Festigkeit, Steifheit und Härte

• Chemikalienbeständigkeit (polare Lösungsmittel)

• Schwer entflammbar, gute Licht- und Wetterbeständigkeit

• Kaum Neigung zur Spannungsrissbildung und klebbar

Nachteile:

• Schlagempfindlich in der Kälte ( Schlagzähmodifizierung)

• Vergleichsweise schwierige Verarbeitbarkeit

• Niedrige Dauergebrauchstemperatur (60 – 90 °C) ( PVC-C)

Polyvinylchlorid (PVC-U, PVC-C)

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Beispiele aus der Praxis

• Rohrleitungssystem aus PVC-U (weichmacherfreies PVC)

• Druckversorgungsleitung (PN 16) in Keller verlegt

• Bogen 45° in DN/OD 150 (gefertigt aus Rohr)

• Bruch radial im Bereich des Bogen

• Wandbefestigung erfolgt durch Schellen

PVC-U Wasserversorgung innerhalb eines Gebäudes

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Beispiele aus der Praxis

PVC-U Wasserversorgung innerhalb eines Gebäudes

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Beispiele aus der Praxis

• Am Werkstoff PVC-U (weichmacherfreies PVC) konnte keine oxidative Schädigung (Umgebungstemperatur) festgestellt werden

• Bruchfläche in Lichtmikroskop liefert keine eindeutigen Hinweise.

• Zufällig beobachtete Fleckenbildung bei Auslagerung an Oberfläche.

• Was ist Grund für Bruch?

• Infrarotspektroskopie (FT-IR), Gaschromatographie (GC) zeigen Phthalsäureester bzw. Diisooctyladipat und Diisooctylphthtalat.

• Weichmacher (aus Elastomer der Schelle) erhöhen Flexibilität, senken jedoch die Festigkeit.

PVC-U Wasserversorgung innerhalb eines Gebäudes

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Werkstoffe, Eigenschaften

• Herstellung aus Propylen

• Copolymere (meist PE), da PP alleine zu spröde

• Grundsätzlich 3 Arten:

Homopolymer (PP-H)

Block-Copolymer (PP-B)

Random-Copolymer (PP-R)

• Verbindungstechnologie: Schweißen und mechanische Verbindungen

Polypropylen (PP)

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Werkstoffe, Eigenschaften

• Aufbau der Rohre: Kunststoff – Metall – Kunststoff

• Metall: Aluminium bzw. Kunststoff: PE-HD, PE-X, PE-RT

• Bezeichnung z.B. PE-X/AL/PE-HD Rohr

• Verbinder: Mechanische Verbinder aus Kunststoff oder Metall

• Vorteile:

Geringere Längenausdehnung

Diffusionsdicht

Heißwasserbeständig

Längssteifigkeit

Kunststoff-Metallverbundrohre

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Beispiele aus der Praxis

• Kunststoff-Metallverbundrohre (PE-X/Al/PE-X) in einer im Jahr 2006 errichteten Wohnhausanlage

• Innenschicht der Rohre ist nach ca. 6 Jahren versprödet. Es sind Brüche und Undichtheiten ausschließlich an der Warmwasser-leitung aufgetreten.

• Erstgutachter stellt ohne Befund fest, dass Rohre Temperatur nicht standgehalten haben, und das die Ursache für die Schäden sei.

• Stimmt das? War es das Rohr oder eine Übertemperatur?

Warmwasserversorgung

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Beispiele aus der Praxis

• Boiler-Temperatur hat 60 °C nicht überschritten. Bewohner klagen über zu heißes Warmwasser, dass dann kühler und schließlich wieder wärmer wird.

• Befundaufnahme zeigt, dass Leitungssystem im Kaltwasser-bereich ohne Isolierung ausgeführt ist.

• Warmwasserleitung (DN 16) ist isoliert (Dämmstärke 20 mm) und nicht als Zirkulationsleitung ausgeführt.

• Um Temperatur zu halten, wurde elektrisches Heizband (Modell HWAT-R der Fa. Raychem) in ein- und zweifacher Verlegung installiert.

Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes

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Beispiele aus der Praxis

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Beispiele aus der Praxis

• Heizband HWAT-R ist für eine Wohnhausanlage überdimensioniert und für Hotels, Krankenhäuser etc. vorgesehen.

• Im gegenständlichen Fall wäre Heizband HWAT-M mit einer ca. 1/3 geringeren Heizleistung.

• Weiters wäre verpflichtend der Temperatursteller HWAT-ECO zu verwenden gewesen. Dieser wurde im Keller an den Kupfer-leitungen vorgesehen, nicht aber in den Wohnebenen.

• Die zu hohe Leistung und der permanente Betrieb der Heizbänder führt dazu, dass mehr Energie eingebracht wird, als durch die Isolierung abgeführt werden kann.

Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes

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Beispiele aus der Praxis

Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes

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Beispiele aus der Praxis

Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes

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Beispiele aus der Praxis

• Die zu hohe Leistung und der permanente Betrieb der Heizbänder führt dazu, dass mehr Energie eingebracht wird, als durch die Isolierung abgeführt werden kann.

• Je nach Rohrdimension (DN 16 oder DN 20), Entnahmesituation und Belegung des Heizbandes (einfach oder doppelt) stellen sich Betriebstemperaturen zwischen 73 °C und 80 °C) ein.

• Die Max. Dauerbetriebstemperatur des Rohres beträgt 70 °C.

• Der Schaden ist auf einen Planungsmangel zurückzuführen.

Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes

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Beispiele aus der Praxis

• Kunststoff-Metallverbundrohrleitungssystem zeigte Undichtheiten im Warm- und Kaltwasserbereich an mehreren Verbindungen auf.

• Verbindungstechnologie: Pressverbinder (mit Presshülse).

• Betriebsbedingungen (Temperatur,Druck) waren unauffällig.

• Ursache für die Undichtheiten?

Kunststoff-Metallverbundrohrleitungssystem

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Beispiele aus der Praxis

• Es war ein Mischinstallationssystem (Rohre des Herstellers A und Formstücke der Hersteller A und B) festzustellen.

• Undichtheiten waren ausschließlichan Verbindungen der Kombination A/B feststellbar.

• Presswerkzeug, das verwendet wurde,ist für System A/A und nicht A/B geeignet. Zusätzlich geometrische Inkompatibilität.

Kunststoff-Metallverbundrohrleitungssystem

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Werkstoffe, Eigenschaften

• Steigende Verbreitung des Werkstoffes PE 100-RC in Rohren und Formstücken

• Verbesserte Stabilisierung polymerer Werkstoffe (Temperatur, Chlor, Chlordioxid…ÖNORM B 5019)

• Kunststoff-Metallverbundrohre und höhere Vielfalt an Verbindungssystemen (Plug & Play)

• Höhere Festigkeiten (z.B. PP-RCT) und Reduktion der Wand-dicken sowie Verbesserung der Schlagzähigkeit (trimodales PP-R)

• Weiters Substitution von Gusseisen, Kupfer und Stählen

Entwicklungen in den kommenden Jahren

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Inhalt

• Werkstoffe in der Trinkwasserversorgung

Werkstoffe, Eigenschaften, Vor- und Nachteile

Schadensfälle aus der Praxis

Entwicklung in den kommenden Jahren

• Zusammenfassung & Ausblick

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Zusammenfassung & Ausblick

• Am Markt sind Produkte aus einer Vielzahl von bewährten Werkstoffen erhältlich. Kunststoffe haben wegen der Produkteigenschaften und der Verbindungstechnik klare Vorteile.

• Qualifiziertes Personal und geeignete Gerätschaften sowie Verwendung von dem System zugehörigen Presswerkzeugen tragen wesentlich zur Qualität bei.

• Von Mischinstallationen ist aus Gründen der Kompatibilität und der Gewährleistung eindeutig abzuraten.

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Kontakt: DI Udo PAPPLER

Leiter Bereich Werkstoffanwendungen am OFI

Leiter der Zertifizierungsstelle OFI-CERT

t: +43 1 7981601 790

udo.pappler@ofi.at

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