Jeszcze niedawno niemal wszystkie rury do cwu instalacyjne wykonywane były tylko z metali takich jak miedź, różne odmiany stali oraz żeliwo. Dziś natomiast znakomita ich większość produkowana jest z tworzyw sztucznych, których wielość rodzajów i odmian przyprawić może o zawrót głowy. Do tego dochodzą rury do cwu wykonywane z połączenia różnych rodzajów tworzyw sztucznych, jak też połączenia tworzyw z metalami, co powoduje, że sprawne poruszanie się w tak szerokiej ofercie nie jest łatwe.
Był czas gdy rury do cwu stalowe dominowały w instalacjach z powodu ich bardzo wysokiej wytrzymałości mechanicznej. Stal wygrywała swoją odpornością na udary, temperatury i bardzo niewielką rozszerzalnością cieplną, jednak zarazem jej wadą była bardzo duża waga i podatność na korozję. Do tego wszystkiego dochodzi zbyt mała gładkość wewnętrznych ścian, co powoduje odkładanie się osadów i rozwój bakterii, dlatego producenci rur instalacyjnych dość szybko uznali, że w przypadku rur do wody użytkowej należy sięgnąć po inny materiał – miedź.
Rury do cwu na bazie metali
Warto jednak pamiętać, że równolegle ze stalą stosowano też żeliwo, czyli mieszankę stali z węglem (węgiel maksymalnie do ok. 6,5%). Najczęściej sięgano po jego szarą odmianę, czyli mieszankę stali grafitem – jedną z trzech podstawowych postaci węgla – która pozwalała uzyskać materiał o dobrej odporności na korozję, dobrym tłumieniu drgań, ale zarazem bardzo ciężki i niezapobiegający rozwojowi bakterii.
Miedź zagwarantowała producentom rur nie tylko odporność na szerokie spektrum temperatur i ciśnienie, ale przede wszystkim niską wagę, brak efektu starzenia się (bezkorozyjność) i działanie antybakteryjne i antygrzybiczne. Jednak podobnie jak wyżej opisane materiały, jest droższa od tworzyw sztucznych i niestety znacznie mniej odporna na czynniki mechaniczne w porównaniu do stali czy żeliwa.
Tworzywa sztuczne – pochodzenie i rodzaje
Tworzywa sztuczne powstają w oparciu o naturalne komponenty, takie jak przede wszystkim gaz ziemny i ropa naftowa, ale także węgiel i celuloza. Największe znaczenie wśród nich ma ropa naftowa, która w wyniku destylacji daje m.in. naftę poddawaną następnie procesowi tzw. crackingu – wszystko po to, by w ten sposób uzyskać etylen, propylen, butylen i inne węglowodory. Te substancje łączy się dalej ze sobą przy użyciu chemicznych łączy zwanych monomerami, tworząc powtarzalne sekwencje i uzyskując struktury takie jak łańcuchy liniowe lub rozgałęziające się, czy też struktury tworzące siatki. Właściwości poszczególnych rodzajów tworzyw sztucznych zależą właśnie od wspomnianych monomerów. Ich ustawienie w strukturze tworzywa decyduje, czy dane tworzywo należy do tworzyw termoplastycznych o strukturze liniowej (PCV, CV, PB, PP, PE) termoplastów twardych (PEX czyli polietylen usieciowany, z dodatkowymi poprzecznymi wiązaniami w strukturze cząsteczkowej) czy też tworzyw elastycznych (guma syntetyczna).
Jak łatwo można się domyślić, w instalacjach c.w.u. stosuje się tworzywa z dwóch pierwszych grup z termoplastami o strukturze liniowej na czele. Pierwszym i zarazem najtańszym tworzywem termoplastycznym z którego zaczęto produkować rury do cwu, był znany wszystkim polichlorek winylu, ale dość szybko producenci zaczęli dostrzegać zalety pozostałych odmian, które dziś są dominantami na rynku.
Charakterystyka tworzyw sztucznych jest całkowicie odmienna od charakterystyki metali. Rury do cwu z termoplastów cechują się znacznie mniejszą gęstością, a więc i wagą, większa odpornością na gorącą wodę i ciśnienie jak też na zamarzanie (szczególnie polibutylen) oraz brakiem korozji i wysoką odpornością na czynniki chemiczne. Ponadto bardzo niskim współczynnikiem przewodności cieplnej co oznacza niewielkie straty ciepła, brakiem przewodności elektrycznej, nieporównanie większą elastycznością i odpornością na ścieranie, niskoszumowością (tłumienie i niwelowanie hałasów) oraz brakiem porowatości wewnętrznych ścianek, których gładkość jest dla konwencjonalnych metalowych rur nieosiągalna. Do tego warto jeszcze dodać całkowitą obojętność chemiczną, co oznacza, że termoplasty spełniają wysokie wymagania w kwestiach sanitarnych i doskonale nadają się do transportu wody użytkowej.
Natomiast poważne wady rur z tworzyw sztucznych to przede wszystkim wysoka wydłużalność liniowa, która powoduje konieczność stosowania kompensacji, bardzo wysoka czułość na promieniowanie UV, które degraduje strukturę tworzywa oraz wysoki poziom palności, który producenci ograniczają eliminując halogen z listy składowych tworzyw sztucznych. Do listy wad można jeszcze dorzucić przepuszczalność dla cząsteczek tlenu, który odpowiada za bardzo powolną, ale jednak stopniową degradację rur z tworzyw sztucznych. Owa przepuszczalność – bardzo niewielka, ale jednak istniejąca – wymusiła na producentach stworzenie rur wielowarstwowych, które okazały się rewolucją w świecie rur do C.W.U. jak też do instalacji grzewczych – ale o tym w dalszych rozdziałach.
Charakterystyka najpopularniejszych termoplastów
Ze względów wręcz historycznych należy zacząć od polichlorku winylu (PVC), którego mały ciężar i dość wysoka odporność na udary oraz czynniki chemiczne uczyniły z niego chyba najpopularniejsze tworzywo wykorzystywane w produkcji nie tylko rur, ale też wszelkich złączek. Niestety słaba odporność na wysokie temperatury (woda do 60ºC) wymusiła poszukiwania nowego rozwiązania, jakim się stał C-PVC czyli polichlorek winylu chlorowany, którego górna granica odporności temperaturowej sięga niemal 100ºC. Należy jednak docenić niską rozszerzalność liniową PVC, niezły współczynnik ognioodporności oraz łatwość montażu rur z tego tworzywa, które najczęściej się klei lub łączy skręcając po uprzednim wykonaniu gwintów. Największym jednak „grzechem” PVC i C-PVC jest jego sztywność, która nie pozwala z niego produkować rur giętkich, dlatego producenci zaoferowali instalatorom rury z polietylenu (PE), które do określonego zakresu – zależnego od średnicy danej rury – można giąć bez użycia jakichkolwiek kształtek.
Polietylen świetnie wytrzymuje udary i działania czynnikami mechanicznymi i dobrze się spisuje w niskich temperaturach przy stale wysokiej elastyczności, jednak przy wysokich temperaturach należy sięgnąć po usieciowiony polietylen PEX, gdyż jego odporność na temperaturę 95ºC czy nawet krótkotrwale 100ºC jest znacznie wyższa niż ma to miejsce w przypadku HDPE (High Density PE), nie mówiąc już o LDPE (Low Density PE). Metody łączenia rur wykonanych z użyciem PE to: łączenie przy użyciu złączek zaciskowych (PEX), łączenie złączkami zaciskowymi, samozaciskowymi, elektrozłączkami bądź poprzez zgrzewanie doczołowe (HDPE), połączenia gwintowe i kołnierzowe (HDPE) jak też zgrzewanie doczołowe lub elektrozłączkami (LDPE).
Doskonałym termoplastem dla rur do C.W.U. okazał się polipropylen, który jest trwały, odporny na udary, fizjologicznie i mikrobiologicznie obojętny, bardzo odporny na czynniki chemiczne – do tego stopnia, że stosuje się go w instalacjach przemysłowych – a także świetnie tłumi i pochłania hałas, co uczyniło go popularnym materiałem dla instalacji niskoszumowych. Rury z PP łączy się poprzez zgrzewanie mufowe, czyli tzw. polifuzję termiczną – i odbywa się to przy użyciu zgrzewarek elektrycznych.
Dziś jednak rolę „króla” pośród termoplastów stosowanych do produkcji rur dla instalacji C.W.U. przejmuje polibutylen, czyli krystaliczno-termoplastyczny polilefin o wysokiej wytrzymałości na długotrwałe działanie skrajnych dla wszystkich termoplastów czynników, z wysokimi temperaturami na czele. Polibutylen zaoferował coś niezwykle ważnego w branży: możliwość wytwarzania rur o cieńszych niż dotąd ściankach, wykorzystywanych do tych samych celów. Krótko mówiąc rury z PB przy tych samych średnicach zewnętrznych co rury z PE, PP czy PVC, oferują większe średnice wewnętrzne, a co za tym idzie mniejszą prędkość wody przy jej niezmienionej ilości, mniejsze straty liniowe i mniejsza wagę przy 1 mb długości rury. Oczywiście, podobnie jak reszta termoplastów, polibutylen jest niekorozyjny, obojętny chemicznie, fizjologicznie i mikrobiologicznie, bardzo gładki (brak zarastania), a także – jak wszystkie termoplasty za wyjątkiem PVC – niepolarny. Oznacza to, że jego powierzchnia nie ulega penetracji i rozpuszczaniu i w efekcie rury z PB łączyć można wyłącznie poprzez zgrzewanie (doczołowe, elektrooporowe) i połączenia mechaniczne, ale nie poprzez klejenie. Ogromną zaletą PB jest jego wysoka elastyczność nawet w temperaturach niskich, przy których pozostałe termoplasty zaczynają wykazywać łamliwość.
Zdaniem EKSPERTA
Jaki czynnik w największym stopniu decyduje o przewadze rur warstwowych nad innymi systemami instalacyjnymi?
Ekspert z firmy TECE
Rury wielowarstwowe przewyższają pod względem pewnych cech i parametrów rury jednorodne. Rura wielowarstwowa wyposażona jest w bardzo mocną rurę wewnętrzną np. PE-Xc, która dodatkowo pokryta jest płaszczem aluminiowym i zewnętrzną powłoką, np. PE (PE-RT typu II). Warstwy te są gwarancją dodatkowej wytrzymałości mechanicznej, co doskonale sprawdza się na budowie. Warto zaznaczyć, że rura wewnętrza, np. PE -Xc samodzielnie spełnia wszystkie wymagania odnośnie wytrzymałości na ciśnienie i temperaturę. Płaszcz aluminiowy jest zgrzewany doczołowo, co oznacza, że równomiernie otacza rurę wewnętrzną nie tworząc dodatkowej zakładki. Zarówno pomiędzy rurą wewnętrzną, a płaszczem aluminiowym, jak i płaszczem aluminiowym i zewnętrzną powłoką PE zastosowany został dodatkowo środek poprawiający przyczepność. Ta specjalna konstrukcja rury wielowarstwowej powoduje, że jest ona odporna na deformację, a zarazem podatna na zginanie. Budowa taka gwarantuje ponadto wytrzymałość na wyboczenia, co pozwala na gięcie rury ręcznie, bez użycia sprężyn.
Dzięki warstwie aluminiowej rury te (do pewnych średnic) można wyginać bez użycia dodatkowych narzędzi, co w znacznym stopniu ułatwia pracę instalatorom. Kombinacja materiałów takiej rury wielowarstwowej redukuje wydłużenie termiczne. Rury te wyróżnia współczynnik wydłużalności cieplnej α=0,026 mm/(mK), co powoduje że wydłużalność liniowa porównywalna jest z rurami metalowymi. Przykładowo rury tworzywowe, jednorodne mają współczynnik wydłużalności cieplnej α=0,2 mm/(mK), równica ta jest więc znacząca.
Rury do cwu powstałe z połączenia kilku materiałów
Najpopularniejsze rozwiązanie w postaci rur zbudowanych z kilku różnych materiałów, to rury wielowarstwowe zwane często też warstwowymi. Typowa rura warstwowa składa się z pięciu warstw: zewnętrznej polietylenowej, wewnętrznej również polietylenowej (ta warstwa często jest usieciowiona) oraz znajdującej się między nimi rury aluminiowej, zgrzewanej doczołowo lub na tzw. zakładkę – oraz łączących je wszystkie ze sobą dwóch warstw kleju. Zastosowany polietylen to zawsze jego odmiana o podwyższonej odporności temperaturowej i zgodna z obowiązującymi normami krajowymi i europejskimi (m.in. PN EN ISO-22391-1). Łatwo zauważyć, że symbolika rur warstwowych (PE / AL / PE) prezentuje nie tylko zastosowane materiały, ale też i kolejność wszystkich warstw.
Istnieje niewielka oferta rur warstwowych, które nie uwzględniają aluminium, lecz wciąż cechują się nieprzepuszczalnością gazową. Ich wewnętrzną warstwę stanowić może sieciowany polietylen o wysokiej odporności temperaturowej i wysokim stopniu sieciowania (~70%), zaś zewnętrzną odpowiednio dobrana przez producenta warstwa antydyfuzyjna, zapewniająca 100% nieprzepuszczalności tlenu. Taką warstwą może być np. EVOH, czyli żywica kopolimerowa alkoholu etylowinylowego – tworzywo chętnie stosowane w branży opakowań ze względu na skuteczną barierowość dla tlenu. Jednak znakomitą większość oferty rynkowej stanowią rury warstwowe łączące cechy polietylenu z cechami aluminium, dostępne w dość dużych zakresach średnic, na przykład 14/16/18/20/25/32/40/50/63/75 mm i sprzedawane w postaci kilkumetrowych odcinków lub w dużych rolkach 50/100 mb.
Maksymalna temperatura i ciśnienie pracy dla rur warstwowych wynosi odpowiednio około 90-95ºC i 10-13 bar (przy temperaturze 65ºC), jednak najistotniejszą cechą rur warstwowych jest ich gazoszczelność, dzięki której nie dochodzi do przedostawania się przez ich strukturę tlenu – jednego z głównych winowajców odpowiedzialnych za szybką degradacje pozostałych rodzajów rur. Instalacje wykonane z rur warstwowych są wewnętrznie gładkie, dzięki czemu nie dochodzi do ich „zarastania” i szybkiego korodowania, ani do rozwoju niepożądanych drobnoustrojów powodujących zanieczyszczenie (skażenie) wody, lub przynajmniej obniżenie jej jakości. Można je z powodzeniem wsuwać w otuliny dla zabezpieczenia instalacji ZW przed roszeniem lub CW przed stratami cieplnymi – obojętne czy następnie mocowane są naściennie, podwieszane podsufitowo, czy też wpuszczane w ścianę bądź zatapiane w betonie lub innych rodzajach mas i zapraw.
Istotnym parametrem rur wielowarstwowych jest ich elastyczność – łatwo poddają się ręcznemu lub maszynowemu gięciu, gdy należy osiągnąć niewielki promień zgięcia. Rury warstwowe są słabymi przewodnikami cieplnymi, zaś w kwestii palności mają mocny argument za: trudno się zapalają. Odporność wewnętrznej warstwy rur PE/AL/PE na ścieranie jest bardzo wysoka – nawet przy dużych prędkościach przepływu uszkodzenie materiału po długim czasie użytkowania jest minimalne. Warto zwrócić uwagę na fakt, iż rury warstwowe nie przewodzą ładunków elektrycznych, dlatego nie można ich wykorzystywać do wyrównywania potencjałów i uziemiania.
Bardzo istotną kwestią jest odporność rur warstwowych na środki chemiczne. Jest to kwestia pojawiająca się w przypadku zakażenia wody w instalacji sanitarnej, kiedy to należy dokonać dezynfekcji albo termicznej (80-85ºC), albo właśnie chemicznej. W takich sytuacjach stosuje się z reguły dwutlenek (ditlenek) chloru. Jeśli dezynfekcja przeprowadzana jest w temperaturze około 25ºC, wówczas typowa rura warstwowa wykazuje niemal całkowitą odporność na działanie CLO2. Praktyka podpowiada jednak, że często powtarzane dezynfekcje mają z czasem negatywny wpływ na trwałość instalacji.
Rury do cwu – podsumowanie
Porównując materiały stosowane przy produkcji rur do instalacji C.W.U., należy zwrócić uwagę nie tylko na ich właściwości fizyczne, determinujące ich twardość, kruchość, elastyczność przy różnych przedziałach temperatur, czy odporność na czynniki chemiczne. Istotna jest też łatwość i czasochłonność wykonania instalacji z rur powstałych przy użyciu każdego z opisanych wyżej materiałów lub kombinacji materiałowych. Ale to już temat na osobną analizę.
Łukasz Lewczuk
Na podstawie materiałów publikowanych m.in. przez:
Nueva Terrain Polska, Viega Sp. z o.o.,
Geberit Sp. z o.o.,
Vesbo Poland Sp. z o.o.,
Tece Sp. z o.o.,
Pipelife Polska S.A.
i Magnaplast Sp. z o.o.
