Polibutylen-1 dla Budynków Wysokościowych cz.1

Olbrzymie korzyści wynikające z zastosowania PB1 w instalacjach wodnych i grzewczych w budynkach wielkogabarytowych i wysokich – są nie do pominięcia. 

Wzrost  zaludnienia w miastach, z wynikającym z tego niedoborem gruntów, przekłada się na konieczność budowy coraz wyższych budynków. To jest nie lada wyzwanie dla projektantów. Ze względu na fakt, że wymagania dotyczące właściwości mechanicznych pionowo instalowanych systemów rurowych są zwiększone, w przypadku budynków wielokondygnacyjnych, polibutylen-1 (polibutylen, PB-1) jest uznawany przez specjalistów za nieodzowny polimer w tak wymagających zastosowaniach.

Miasta na całym świecie rozwijają się w bardzo szybkim tempie. Ponad 50% światowej populacji mieszka w obszarach miejskich i odsetek ten ma wzrosnąć do 66% do 2050 roku. Prognozy ONZ wskazują, że urbanizacja, połączona z ogólnym wzrostem populacji świata, do roku 2050 może dodatkowo zwiększyć liczbę mieszkańców miast o kolejne 2,5 miliarda.

Ze względów praktycznych, takich jak trwałość i łatwość wykonania instalacji, przepisy budowlane dla budynków wysokościowych na całym świecie uznają za zasadne stosowanie systemów rur z plastiku.

Projektując systemy rurowe dla budynków wysokościowych, inżynierowie instalacji sanitarnych powinni brać pod uwagę podwyższone wymagania nie tylko dla systemów kanalizacyjnych i wentylacyjnych, ale także dla systemów dostarczania i rozprowadzenia wody. Wysokość budynku znacznie wpływa na siły działające na systemy rurowe. Tradycyjne rozwiązania i materiały często są nieodpowiednie dla takich zastosowań. W wysokich budynkach dobrze zaprojektowany system zaopatrzenia w wodę powinien działać bezawaryjnie i bezserwisowo.

Podwyższone wymagania są niezbędne dla realizacji bezpiecznych, użytecznych  i niezawodnych systemów instalacji wodnych i grzewczych, które powinny mieć następujące cechy:

• System (rura-złączka-połączenie) powinien wytrzymać wysokie ciśnienie spowodowane wysokim słupem wody.
• System i materiał powinny być odpowiednio elastyczne, aby wytrzymać wszelkie uderzenia hydrauliczne
• Powinny być stosowane rury i kształtki odporne na naprężenia spowodowane rozszerzaniem, np. w pionach
• System rurowy powinien oferować łatwą, bezpieczną i ekonomicznie uzasadnioną technologię montażu uwzględniającą braki kadrowe i przyszłe modernizacje
• Szeroka gama produktów powinna umożliwiać wykonanie całego projektu z jednego materiału, w zakresie wszystkich, zaprojektowanych średnic rur.

W porównaniu z PVC-C, PEx, PP-R, PP-RTC i PE-RT, systemy rur z polibutenu zapewniają wyższą wydajność pod względem odporności na ciśnienie, wytrzymałości na uderzenia, odporności na tłoki wodne, elastyczności i niskiego naporu ekspansji.

Systemy rur z polibutylenu-1(PB-1) w porównaniu z PVC-C, PEx, PP-R, PP-RTC i PE-RT, oferują wyższą jakość pod względem odporności na ciśnienie, udarności, odporności na uderzenia hydrauliczne oraz elastyczności.

Złożona funkcjonalność budynku zależy od jego rodzaju. Zazwyczaj szpitale i hotele wymagają większej gęstości i złożoności systemów rur i armatury sanitarno-technicznej niż większość innych typów budynków. W tym przypadku systemy rur z polibutylenu-1 oferują również istotne korzyści.

Idealny wybór dla systemów rurowych pod ciśnieniem

Kombinacja zasadniczych właściwości, odróżniająca PB-1 od konkurencyjnych materiałów, to wysoka elastyczność połączona z wyjątkową odpornością na pełzanie pod ciśnieniem wewnętrznym i w szerokim zakresie temperatur.

Wszystkie poliolefiny wykazują pewien brak odporności na pełzanie, gdy są narażone na ciągłe naprężenia przez długi czas.

W przypadku PB1 nie jest konieczne tworzenie trójwymiarowej sieci w strukturze polimeru dla stłumienia szkodliwego efektu zmian w charakterystyce przepływu. Polibutylen-1 naturalnie wykazuje doskonałą odporność na pełzanie, bez konieczności stosowania dodatkowego sieciowania, kopolimeryzacji czy modyfikacji mieszanki.

W swojej najprostszej formie homopolimerowej, profil właściwości polibutylenu-1 czyni go idealnym materiałem, który w pełni zaspokaja wysokie wymagania dla systemów rur pod ciśnieniem zarówno z ciepłą jak i z zimną wodą.

Odporność na ciśnienie

Porównanie wydajności PB-1 i alternatywnych tworzyw sztucznych

Istnieją normy równoległe do ISO 12230, które prezentują wpływ czasu i temperatury na wytrzymałość wymienionych poniżej materiałów. Dane przedstawione w tych standardach stanowią przydatne narzędzie do porównania wydajności materiałów z tworzyw sztucznych używanych do systemów rurowych.

Poniższy rysunek przedstawia linie odniesienia wydajności (odporności na ciśnienie) dla następujących materiałów przy 70°C na równoważnej skali:

Po 10 latach ciągłego obciążenia, najlepiej radzący sobie polibutylen-1 (PB-H i PB-R) zachowuje o ponad 50% większą wytrzymałość niż materiały o średniej wydajności (PE-X, PP-RCT i PE-RT typ II) oraz o 70% – 90% większą wytrzymałość niż materiały o niższej wydajności, takie jak PE-RT typ I i PP-R.

Naprężenia projektowe

Poprzez zastosowanie standaryzowanych kryteriów wymiarowych przedstawionych w normie ISO 10508, można obliczyć maksymalne dopuszczalne naprężenie obwodowe alternatywnych rur poliolefinowych dla różnych standardowych klas i temperatur stosowania.

To obliczenie naprężenia projektowego skutkuje porównaniem przedstawionym w poniższej tabeli, która pokazuje, że polimery PB-1 osiągają najwyższe wartości naprężeń obwodowych we wszystkich standardowych klasach aplikacyjnych.

Przewaga PB-1 w zakresie odporności na wewnętrzne naprężenia jest o 35% do 90% wyższa, w zależności od zastosowanej klasy i materiału. Oznacza to w praktyce, że przy tej samej grubości, rury z PB-1 oferują znacznie większy margines bezpieczeństwa w porównaniu z alternatywnymi materiałami z tworzyw sztucznych.

Na podstawie maksymalnego dopuszczalnego naprężenia obwodowego, możemy obliczyć minimalną dopuszczalną grubość ścianki. Z obliczeń wynika jasno, że rury z polibutylenu-1 mogą być produkowane ze znacząco zmniejszoną grubością ścianki, w porównaniu z innymi materiałami, w zależności od ograniczeń standardów aplikacyjnych.

Mniejsza grubość ścianki oznacza także większy wewnętrzny przekrój dla określonej zewnętrznej średnicy rury, co prowadzi do zmniejszenia strat ciśnienia i niższych prędkości przepływu w celu dostarczenia ustalonej objętości wody.

Po 10 latach ciągłego obciążenia, PB-1 zachowuje o ponad 50% większą wytrzymałość niż PE-X, PP-RCT i PE-RT typ II, oraz o 70-90% większą wytrzymałość niż PE-RT typ I i PP-R.

Odporność na pełzanie

Doskonała długoterminowa odporność na pełzanie

W przeciwieństwie do innych tworzyw termoplastycznych stosowanych w rurociągach, modyfikacja materiału poprzez mieszanie, sieciowanie lub kopolimeryzację nie są konieczne, aby systemy rurowe z PB-1 spełniały rygorystyczne standardy jakości.

W porównaniu z innym poliolefinami, polibutylen-1 wykazuje najwyższy poziom odporności na odkształcenie pod ciągłym obciążeniem w długim okresie czasu.

Wykres ilustruje doskonałą wydajność PB-1 w czasie przekraczającym 100 godzin.

Oprócz doskonałych właściwości mechanicznych i odporności termicznej, PB-1 zapewnia wysoki poziom odporności na agresywne chemikalia, oferuje również istotny poziom odporności na palność, spełniając przy tym wymagania większości stosowanych norm.

Z technicznego punktu widzenia, równowaga właściwości PB-1 w jego najprostszej homopolimerowej formie, czyni go obecnie predysponowanym materiałem do produkcji systemów rurowych służących do dystrybucji gorącej i zimnej wody pod ciśnieniem i istotnie jest preferowany