Instalacje z tworzyw sztucznych - zalety i ograniczenia

W instalacjach wodociągowych wykorzystywane są cztery rodzaje tworzyw sztucznych: polichlorek winylu, polietylen, polibutylen, polipropylen. Wszystkie mają pewne cechy wspólne, a różnice między nimi pozwalają na dobór materiału najlepszego dla danej instalacji.

Tworzywa sztuczne są lekkie, łatwe w montażu, mają szeroki asortyment kształtek i łączników oraz najtańsze z dostępnych materiałów instalacyjnych. Techniki łączenia ułatwiają ewentualny demontaż i wymianę. Te oczywiste zalety montażowe idą w parze z licznymi plusami dla użytkownika.

Przewody z tworzyw sztucznych są gładkie. Dzięki temu straty ciśnienia hydraulicznego są niewielkie i nie pojawiają się osady (instalacja nie zarasta). Materiał, z którego wykonane są rury nie ma wpływu na jakość wody.
Dzięki odporności na działanie substancji zawartych w wodzie, rury z tworzyw sztucznych nie ulegają korozji. Najnowsze badania potwierdzają, że woda pitna (zimna i ciepła) nie powoduje wymywania żadnych substancji ze ścianek rur.
Rury z tworzyw sztucznych słabo przewodzą ciepło – nie ma konieczności ich izolowania. Wykazują jednak znaczny współczynnik rozszerzalności cieplnej (0,08-0,18 mm/(m·K)). Oznacza to, że odcinek rury o długości 1 m rozszerzy się o 4 - 9 mm pod wpływem wody o temperaturze 60ºC. Przy ich montażu absolutnie konieczna jest kompensacja – w przypadku tworzyw sztucznych dokonuje się jej za pomocą odpowiednich zmian kierynku rur, kompensatorów U-kształtnych oraz kielichów kompensacyjnych pozwalających na swobodną pracę rur , a także poprzez odpowiednie rozmieszczenie specjalnych uchwytów (podpór stałych i przesuwnych), za pomocą których mocowane są przewody.

Podstawowymi wadami tworzyw sztucznych są: podatność na starzenie nieszczelność, mała odporność na niskie temperatury. Pod wpływem światła - dokładniej promieni UV - rury niekorzystnie zmieniają swoje właściwości – stają się mniej wytrzymałe i bardziej podatne na uszkodzenia). Są przepuszczalne dla gazów z otoczenia zewnętrznego. Pod działaniem niskich temperatur stają się kruche i tracą wytrzymałość mechaniczną.
Problemy z tworzywami sztucznymi rozwiązuje się przez:

  • poszukiwanie nowych materiałów;
  • zmiana struktury cząsteczkowej "starych" materiałów, np. wprowadzenie cząsteczek substancji, które mają poprawić pewne własności tworzyw;
  • łączenie tworzyw sztucznych z innymi materiałami (aluminium, włókno szklane) - tworzenie rur zespolonych lub warstwowych ("sandwich").

Polichlorek winylu (PVC*)
Występuje w dwóch rodzajach. Polichlorek winylu nieplastyfikowany (PVC–U) może być stosowany dla instalacji wody zimnej – w większych temperaturach wyraźnie spada jego wytrzymałość. Problem ten rozwiązano udoskonalając PVC przez wprowadzenie do cząsteczki PVC dodatkowych atomów chloru.Tak uzyskany chlorowany polichlorek winylu (PVC–C, CPVC) nie traci swych własności aż do temperatury 100ºC. Dzięki temu może być stosowany także do wody ciepłej.
Rury z PVC są znacznym zagrożeniem podczas pożaru – ich spalanie powoduje powstanie szkodliwych związków chloru. Dodatkową wadą polichlorku winylu jest podatność powierzchni klejonych (wypływek kleju do wewnętrznej części rury) na zarastanie błoną biologiczną.

Polietylen (PE)
Występuje w dwóch odmianach – jako polietylen niskociśnieniowy (PE–LD) oraz polietylen usieciowany (PE–X). Polietylen zachowuje wszystkie zalety tworzyw sztucznych, oprócz tego ma niski współczynnik sprężystości.
Zasadniczą wadą polietylenu niskociśnieniowego (PE-LD) jest spadek jego własności mechanicznych w temperaturze wyższej niż 20ºC. Wada ta została wyeliminowana dla polietylenu usieciowanego – jego zakres pracy sięga 95ºC. 
PE jest tworzywem bardzo elastycznym - pozwala to na wytłumienia drgań i cichą pracę instalacji. Na rynku są też specjalne rury z powłoką antydyfuzyjną (perforowana warstwa aluminiowa) – rury te są szczelne i nie przepuszczają gazów.
Na bazie polietylenu powstały też rury warstwowe ("sandwich") zbudowane na zasadzie kanapki – między dwoma warstwami PE znajduje się wkładka z aluminium. Wyklucza ona przenikanie gazów i zmniejsza rozszerzalność cieplną rury.

Polibutylen (PB)
Polibutylen wyróżnia się wśród tworzyw sztucznych własnościami mechanicznymi.
Przede wszystkim jest bardzo elastyczny. Ułatwia to układanie instalacji – można układać przewody polibutylenowe, stosując tzw. system kablowy - podobnie jak w przypadku instalacji kablowych (np. elektrycznych) przewody mogą być wyginane i prowadzone zgodnie z kierunkiem pomieszczeń. Taki sposób układania znacznie ogranicza stosowanie łączników. Ma znakomite własności mechaniczne – wysoką udarność i zdolność tłumienia drgań. W praktyce oznacza to znaczną odporność na uszkodzenia i cichą pracę instalacji.
Godne uwagi są też własności cieplne polibutylenu – współczynnik rozszerzalności cieplnej wynosi 0,13 mm/mK (lepszy wśród tworzyw sztucznych jest tylko polichlorek winylu). W temperaturze 60°C odcinek o długości 1 m wydłuży się o 6,5 mm. Dla tworzywa sztucznego to mała wartość.

Polipropylen (PP)
Polipropylen wyróżnia się wysoką sztywnością, co pozwala montować instalację sposobem tradycyjnym (tak jak instalacje metalowe). Ma poprawione parametry pracy w skrajnych temperaturach – górna granica to 120°C, a niskie temperatury nie wpływają na obniżenie własności mechanicznych. Na rynku są rury przeznaczone do pracy w wysokich temperaturach – wyposażone są w perforowaną wkładkę aluminiową, która zmniejsza wydłużenie temperaturowe. Podobną funkcję pełnią rury, w których są trzy warstwy PP: wewnętrzna jest dodatkowo wzmacniana włóknem szklanym.

Instalacje z tworzyw sztucznych w praktyce
Tworzywa sztuczne mogą być łączone przez:

  • klejenie za pomocą specjalnych kształtek –  stosowane do rur PVC;
  • połączenia kielichowe  – stosowane do rur PVC. Rury mają specjalne końcówki (kielichy), w które wsuwane są tzw. końce bose. Połączenie jest uszczelniane podkładką gumową;
  • kształtki kołnierzowe – stosowane dla większych średnic rur z PVC, przeważnie dla rur sieciowych;
  • zgrzewanie doczołowe – stosowane do rur z LDPE i z polipropylenu, polega na rozgrzaniu końców łączonych rur i ściśnięcie aż do zastygnięcia zgrzewu;
  • elektrozłączki – stosowane do rur z LDPE . Końce łączonych rur wsuwa się do złączki, która jest następnie poddawana działaniu prądu elektrycznego przez specjalne urządzenie;
  • złączki zaciskowe i gwintowe – stosowane do rur z polibutylenu, rur warstwowych, polietylenu, a szczególnie PE–X – materiału tego nie można zgrzewać ani kleić;
  • złączki zaprasowywane – stosowane do rur warstwowych;
  • zgrzewanie polidyfuzyjne – stosowane do rur z polipropylenu i polibutylenu oraz rur warstwowych. Polega na nagrzaniu specjalnym narzędziem wewnętrznej części kształtki i zewnętrznej części rury i połączeniu ich. Proces powtarza się dla drugiej strony kształtki i drugiej rury;

Tabela. Współczynniki rozszerzalności cieplnej tworzyw sztucznych

tworzywo sztuczne rury warstwowe 
i zespolone
PVC
i CPVC
PB PE PP PEX

współczynnik roz.
cieplnej [mm/(m·K)]

0,03-0,05 0,08 0,13 0,14 0,15 0,18

Asortyment
Rury z tworzyw sztucznych występują w postaci zwojów (tworzywa elastyczne takie jak polietylen, polipropylen i polibutylen) o długości do 50 m lub w sztangach – odcinkach o długości 3-5 m (polichlorek winylu i polibutylen).
Rury mogą występować jako cienkościenne (temperatura wody do 20ºC) i grubościenne (temperatura wody do 65ºC). Do wyższych temperatur należy stosować rury warstwowe.
Na rynku dostępna jest cała gama kształtek (złączki i złączki redukcyjne, kolanka, łuki). Dostępne są też specjalne kolanka z wtopionymi gwintowanymi wkładkami metalowymi, które służą do podłączenia do baterii. Kształtki są najdroższym elementem instalacji.

Oceń artykuł
3,57 / 14 głosów
Co sądzisz na ten temat
Zaloguj się i dodaj swój komentarz

Autor: Joanna Ryńska

Zdjęcia: Wavin, Geberit, Hepworth, Aquatherm

Polecamy Ci również

Zobacz także