PP-RCT - nová třída plastových materiálů pro vodovodní a topenářské aplikace

1. ÚVOD

Plastové materiály v celém světě rychle nahrazují měděné trubky a tvarovky v domácích vodovodních a otopných systémech. Během posledních dvaceti let byly v řadě zemí světa široce akceptovány tlakové potrubní systémy z PP-R (polypropylenové statistické kopolymery) pro oblasti sanitárních rozvodů horké a studené vody a otopných soustav. Během této doby došlo značnému pokroku v konstrukci komponent vodovodních a otopných systémů; základní plast, který se k jejich výrobě používá, zůstal však v podstatě stejný.

Tato situace se nyní zásadně mění zavedením nedávno vyvinuté nové generace materiálů, které se označují jako PP-RCT a využívají speciální proces "?-nukleace". Tento proces zlepšuje krystalickou strukturu statistického kopolymeru PP, což umožňuje z něj vyrobeným trubkám operovat při vyšším napětí za zvýšených teplot. Tlakové zkoušky na trubkách vyrobených z PP-RCT vykazují pevnost 5 MPa po 50 letech při 70°C v porovnání s 3,2 MPa dosahovaných se standardnícmi materiály PP-R.

Borealis, jako renomovaný evropský výrobce surovin, vyvinul novou generaci PP-R materiálů, kterou uvedl na trh pod označením Beta-PPR. Tato nová generace surovin je mezníkem pro zásadní zlepšení PP tlakových potrubních systémů a otevírá cestu k nové materiálové třídě - PP-RCT (označení podle ISO 1043-1 (1).

Nabídkou více než 50% zlepšení dlouhodobé pevnosti umožňuje PP-RCT návrhářům zvolit trubky se slabší stěnou a v určitých situacích i s menším průměrem. To má za následek zvýšení hydraulické kapacity nebo možnost použití vyšších tlaků než u standardního PP-R.

Tlakové potrubní systémy z PP-RCT nabízejí vyšší bezpečnost při provozu a výhodné rozměry trubek, které přispívají k zlepšené ekonomice výroby a použití těchto systémů.

2. VÝHODNÉ ROZMĚRY TRUBEK

Jedna z nejdůležitějších vlastností polymerního materiálu používaného k výrobě tlakových trubek pro horkou a studenou vodu je jeho odolnost vůči vnitřnímu přetlaku při různých teplotách. Standardní postup vyhodnocení tlakové stability při zkoušce vnitřním přetlakem je popsán v normě ISO 9080 (2). Tato dlouhodobá zkouška byla také provedena na materiálu nové generace Beta-PPR v akreditovaném švédském zkušebním ústavu Bodycote Polymer AB. Zkouška sestávala z testováníí více než 150 trubek při 5 různých teplotách s nejvyšší zkušební teplotou 110°C a s nejdelšími časy více než 1 rok. Vyhodnocení (3) těchto dlouhodobých zkoušek vykázalo u nového materiálu vyšší hydrostatickou tlakovou stabilitu ve srovnání se standardním PP-R (viz Tabulka 1).

Teplota	Čas	Dlouhodobá pevnost PP-R	Dlouhodobá pevnost PP-RCT
20°C	50 roků	9,7 MPa	11,5 MPa
60°C	50 roků	4,9 MPa	6,1 MPa
70°C	50 roků	3,2 MPa	5,1 MPa
95°C	5 roků	1,9 MPa	3,3 MPa
110°C	1 rok	1,9 MPa	2,6 MPa

Tabulka 1: Dlouhodobá pevnost trubek z PP-RCT ve srovnání s PP-R

Na základě vyšší dlouhodobé pevnosti trubek z PP-RCT se mohou použít pro rozvody vyrobené z tohoto materiálu výhodnější rozměry. Za použití kriterií pro rozměry plastových trubek podle DVGW W544 (70°C; 50 roků; S_F = 1,5) dojdeme k závěru, že pro plastové rozvody pitné vody jsou naprosto dostatečné trubky a tvarovky rozměrové řady SDR 7,4, zatímco trubky ze standardního PP-R musí být navrhovány v rozměrové řadě SDR 6 s maximální provozní teplotou pouze 67°C.

SDR označuje "jmenovitý rozměrový poměr" (Standard Dimension Ratio) vnějšího průměru trubky k tlouštce stěny v potrubní řadě S. Rovnice S = (SDR-1)/2 spojuje potrubní řadu S s hodnotou SDR. Rozměry trubek potrubní řady S a odpovídající hodnoty SDR jsou shrnuty v Tabulce 2.

Vnější průměr trubky [mm]	Tlouštky stěny trubky potrubní řady S a hodnoty SDR [mm]
	S 4 SDR 9	S 3,2 SDR 7,4	S 2,5 SDR 6	S 2 SDR 5
16	1,8	2,2	2,7	3,3
20	2,3	2,8	3,4	4,1
25	2,8	3,5	4,2	5,1
32	3,6	4,4	5,4	6,5
40	4,5	5,5	6,7	8,1
50	5,6	6,9	8,3	10,1
63	7,1	8,6	10,5	12,7
75	8,4	10,3	12,5	15,1
90	10,1	12,3	15,0	18,1
110	12,3	15,1	18,3	22,1
125	14,0	17,1	20,8	25,1
140	15,7	19,2	23,3	28,1
160	17,9	21,9	26,6	32,1

Tabulka 2: Rozměry trubek potrubní řady S a odpovídající hodnoty SDR.

Podobně výhodné závěry plynou pro provozní podmínek podle jednotlivých tříd použití z EN ISO 15874. Tabulka 3 shrnuje požadované rozměry pro PP-RCT ve srovnání se standardním PP-R pro provozní tlaky 8 a 10 bar. Pro lepší přestavu je možné použít následující přirovnání: Vztah mezi rozměry trubek ze standardního PP-r a PP-RCT je podobný vztahu rozměrů trubek z PE80 a PE100 v případě PE tlakových trubek. Srovnávání rozměrů trubek ze dvou různých materiálů PP- a PP-RCT na základě již dnes vlastně neplatného, ale v našich krajích stále používaného systému PN je zavádějící. Pouze srovnání SDR rozměrů trubek přináší pravdivý obraz skutečnosti.

	Provozní tlak 8 bar		Provozní tlak 10 bar
	PP-R	PP-RCT	PP-R	PP-RCT
Třída použití 1 60°C Dodávka horké vody	SDR 7,4	SDR 9	SDR 6	SDR 7,4
Třída použití 2 70°C Dodávka horké vody	SDR 6	SDR 9	SDR 5	SDR 7,4
Třída použití 4 Podlahové topení a nízkoteplotní radiátory	SDR 7,4	SDR 9	SDR 7,4	SDR 7,4
Třída použití 5 Vysokoteplotní radiátory	SDR 5	SDR 7,4	---	SDR 6

Tabulka 3: Rozměry pro třídy použití podle EN ISO 15874

Pro jednotlivé aplikace se tedy dají použít trubky vyrobené z PP-RCT se stěnou slabší než mají příslušné trubky vyrobené ze standardního PP-R. To vede ke zvýšené hydraulické kapacitě, což zpětně vede k velkým úsporám materiálu, práce a nákladů již při návrhu daného rozvodného systému.

3. NAVRHOVÁNÍ SYSTÉMŮ

Při navrhování rozvodného systému s požadovaným objemovým průtokem a provozním tlakem při minimalizaci mrtvých prostor a s přihlédnutím k ekonomickému využití vody se dají dosáhnout výrazné nákladové výhody, pokud se použije potrubní systém vyrobený z PP-RCT. To lze snado ukázat na příkladu velkého a složitého systému (certifikační systém podle ZVSHK).

Výpočet požadovaných rozměrů a délek potrubí jasně ukazuje, že vyšší procento potrubí může být navrženo z trubek menších rozměrů (viz Diagram 1). Výpočet byl proveden pomocí programu Dendrit Haustechnik Software GmbH (4), který je založen na požadavcích DIN 1988 (5) a je certifikován DVGW.

Návrh instalace s výpočetním programem Dendrit Haustechnik Software GmbH zajišťuje optimální funkčnost vodovodního rozvodného systému. Zabrání se použití trubek se zbytečně velkými průměry a zbytečné stagnaci vody - každé odběrová jednotka je zásobována dostatečným množstvím vody. Proto by měl být každý rozvodný systém, ať už se jedná o několikapatrový kancelářský komplex nebo obytný dům pro jednu rodinu, vypočítán a ne odhadnut za použití "kvalifikovaného odhadu". Jen tak mohou být výhody nové materiálové třídy plně využity. Navíc, vlastní instalační práce se zjednoduší a také zrychlí (snadnější řezání trubek, méně prostoru potřebného k instalaci, menší rýhy, méně izolačního materiálu atd.). V neposlední řadě je úspora materiálu dalším příspěvkem k ekologicky šetrnému využívání zdrojů.

Diagram 1: Porovnání požadovaných rozměrů a délky trubek pro certifikační objekt ZVSHK

4. SPOJOVACÍ TECHNOLOGIE

Trubky a tvarovky vyrobené z materiálů nové materiálové třídy PP-RCT se spojují polyfúzním svařováním za pomoci vytápěných nástrojů, metodou dobře známou pro standardní PP-R. Tato spojovací technologie, prověřená mnohaletým používáním, poskytuje materiálově propojené, nerozebiratelné a bezpečné spojení. Polyfúzní svařování pomocí vytápěného zasouvacího nástroje je rychlý a snadný postup (viz Obrázek 2) a instalatéři seznámení se standardním PP-R se nemusí učit nvovu svařovací technologii nebo investovat do nového zařízení.

Postup zahrnující jednotlivé svařovací parametry je popsán v DVS 2207 Část 11 (6).

Obrázek 2: Polyfúzní svařování pomocí vyhřívaného nástroje - rychlý a jednoduchý postup

5. ZKOUŠENÍ A KONTROLA TRUBEK A TVAROVEK VYROBENÝCH Z PP-RCT

Zkušební a kontrolní programy pro tlakkové potrubní systémy vyrobené z PP-RCT byly vyvinuty v ústavu SKZ (Süddeutsches Kunststoff-Zentrum) a byly vydány ve formě směrnice. Tato směrnice (HR3.34) (7) shrnuje požadavky na surovinu a definuje vyžadované typové a šaržové zkoušky a podmínky auditu potřebné k získáníní značky kvality SKZ pro trubky a tvarovky vyrobené z PP-RCT.

V České republice existuje Technická Specifikace TS-ITC , která shrnuje požadavky na trubky z PP-RCT pro rozvody horké a studené vody (8). ITC Zlín vydal dne 30.6.2007 na základě Závěrečného protokolu č. 373500239/2007 Certifikát č. 07 0370 T/ITC pro "Trubky z PP-RCT (Beta PPR RA7050) pro rozvody horké a studené vody" o shodě s výše uvedenou technickou specifikací pro trubky dodané firmou Borealis.

V posledním verzi německé normy DIN 8077 a DIN 8078 z května 2007 naleznete PP-RCT jako čtvrtou, zvlášť uvedenou materiálovou třídu polypropylenů pro výrobu tlakových PP trubek.

Tato nová materiálová třída přináší výhody a bonusy všem účastníkům hodnotového řetězu od výrobců potrubních systémů přes distributory a instalatéry až k majitelům domů. Pokud máte zájem o podrobnější informace o potrubních systémech vyrobených z PP-RCT, kontaktujte, prosím, Vaše obvyklé distributory a dodavatele potrubních systémů.

Pionýrskou roli při zavádění nové třídy PP-RCT na trh sanitárních, zejména pak STABI trubek, hraje německý výrobce Bönninger. Z tuzemských výrobců jako první na trh uvedla v roce 2007 STABI trubky z PP-RCT firma Instaplast Praha.

Pokud máte dotazy, které se týkají nového materiálu, kontaktujte, prosím, firmu Borealis na adresách: petr.vondracek@borealisgroup.com, případně info@borealisgroup.com.

LITERATURA

[1] ISO 1043-1 - Plastics - Symbols and abbreviated terms - Part 1: Basic polymers and their special characteristics

[2] ISO 9080 - Plastics piping and ducting systems - Determination of the long-term hydrostatic strength of thermoplastic materials in pipe form by extrapolation

[3] Bodycote Report P-05/09

[4] Dendrit Haustechnik Software GmbH, Linnertstrasse 21, D-48249 Dülmen, Tel.: +49-2594-961-0, Fax: +49-2594-961-50, www.dendrit.de

[5] DIN 1988 - Codes of practice for drinking water installations (TRWI)

[6] Guideline DVS 2207-11 - Welding of thermoplastics - Heated tool welding of pipes, pipeline components and sheets out of PP

[7] SKZ Testing and Supervisory Provisions HR 3.34 October 2005 - Pressure Pipe System Made of PP-RCT

[8] ITC Zlín - Technická Specifikace TS-ITC - 292/2007 "Trubky z PP-RCT pro rozvody horké a studené vody" z 1. 2. 2007.