Mehrschicht-Verbundrohre im Detail

Wichtigste Anforderung an ein Mehrschicht-Verbundrohr, das für den Transport des kalten und warmen Wassers an die einzelnen Verbrauchsstellen eines Gebäudes eingesetzt wird, ist – neben den Hygieneeigenschaften in der Trinkwasserversorgung – die störungsfreie Funktion über die gesamte Nutzungsdauer hinweg. Sie ist durch den Einfluss des Mediums, die äußeren Einflüsse und die Betriebsbedingungen geprägt. Beim letzten Punkt entscheiden Materialwahl und Materialstärke bei den aufkommenden Betriebstemperaturen und -drücken über die Lebensdauer.

Geprüfter und überwachter Rohrleitungstyp

Obwohl Mehrschicht-Verbundrohre ein relativ junger Rohrleitungstyp sind, haben sie einen festen Platz in der modernen Gebäudetechnik gefunden. Dies ist auch dem Umstand geschuldet, dass es kaum einen strenger geprüften und überwachten Rohrleitungstyp gibt. Das erste Patent wurde 1974 erteilt, die Serienproduktion begann 1984 in der Schweiz. Die Rohre bestehen aus drei Schichten (Bild 1) und nutzen im Verbund die Vorteile von Kunststoff und Metall. Im Fachjargon spricht man auch von fünfschichtigen Mehrschicht-Verbundrohren, da sich zwischen den einzelnen Materialschichten noch eine Haftvermittlerschicht befindet. Gängige Werkstoffkombinationen sind:

• PE-Xb/AL/PE-RT
• PE-Xc/AL/PE-RT
• PE-RT/AL/PE-RT
• PE-RT/AL/PE-HD
• PEX/AL/PE
• PE-X/AL/PE

Es gibt Rohre mit einem Außendurchmesser von 12, 14, 16, 18, 20, 26, 32 und bis zu 110 mm, die Wandstärke erreicht (dimensionsabhängig) 1,6 bis 10 mm. Die Rohre sind im Gegensatz zu reinen Kunststoffrohren leichter zu biegen und zeigen keine oder eine nur geringe Rückbiegung. Durch die Aluminium-Zwischenschicht sind die Rohre unter anderem weitestgehend für Sauerstoff undurchlässig (diffusionsdicht). Somit gibt es in der Regel keine Korrosion in Heizkörpern und Fußbodenheizungen oder anderen empfindlichen Stellen eines Rohrleitungssystems, zum Beispiel in Pumpen. In der Trinkwasserinstallation wird dadurch das Eindringen von unerwünschten Geruchs- oder Geschmacksstoffen vermieden. Mehrschicht-Verbundrohre sind formstabil, haben ein geringes Gewicht und eignen sich für fast alle Installationsarten. Neben der Trinkwasser- und Heizungsinstallation (mit Radiatoren) kommen sie auch in der thermoaktiven Bauteilaktivierung, in Fußboden-, Wand- und Deckenheizungen, für die Druckluftversorgung sowie im industriellen Rohrleitungsbau zum Einsatz (Bild 2 und 3).

Typische Verbindungstechniken für Verbundrohre sind das Pressen, das Stecken und die Schiebehülsen-Technik (Bild 4). Geschraubt wird nur beim Übergang auf andere Werkstoffe. Alle Rohrverbindungen unterliegen einem eigenen Prüf- und Zulassungsprocedere. Eine DVGW-Zertifizierung ist damit obligatorisch.

Werkstoffauswahl ist wichtiger Faktor für Langlebigkeit

Besonders in einem so sensiblen Bereich wie der Trinkwasserinstallation mit unbestimmbaren Faktoren während der Betriebszeit kommt vornehmlich der Werkstoffwahl besondere Bedeutung zu (Bild 5). Die täglichen Betriebsbedingungen können dabei nicht mit den möglichen Einflussfaktoren (mechanischen Kräften wie Druckstößen oder Längenausdehnung) gleichgesetzt werden. In der zu erwartenden Lebenszeit einer Anlage überwiegen in erster Linie die vorbestimmten Kriterien wie Temperatur, Druck, Wasserbeschaffenheit und Fließgeschwindigkeit. Eine Rohrleitung muss jedoch auch einen Störfall unbeschadet überstehen können oder kurzzeitig höheren Temperaturen, wie durch thermische Desinfektion, standhalten.

Vorgegebene bzw. aktuelle Betriebsbedingungen

Die Lebensdauer eines Mehrschicht-Verbundrohres hängt stark von den Betriebsbedingungen ab. Dabei spielt in erster Linie das „übliche“ Temperaturniveau einer Anlage eine fundamentale Rolle. So wird eine Trinkwasserinstallation mit einer recht konstanten Betriebstemperatur – nach DVGW-Arbeitsblatt W 542 – zwischen 55 °C und 70 °C belastet. Das Kaltwasser sollte dabei eine Temperatur < 25 °C haben. In aller Regel werden Trinkwasserinstallationen mit 60 °C (Warmwasser-Bevorratungstemperatur) am Wasseraustritt des Trinkwassererwärmers betrieben. In der Warmwasserzirkulation darf ein Temperaturabfall von 5 K nicht überschritten werden. Das heißt: Die betriebsgemäße Wassertemperatur im Kreislauf liegt zwischen 55 °C und 60 °C. In seltenen Fällen, z. B. in Anlagen mit einem weit verzweigten Leitungsnetz, werden die Temperaturen auch angehoben (beispielsweise 65 °C/60 °C). In Ein- und Zweifamilienhäusern kann unter gewissen Voraussetzungen die Bevorratungs- und Austrittstemperatur sogar auf > 50 °C abgesenkt werden. Aber nur dann, wenn der Rohrleitungsinhalt PWH einschließlich Speichervolumen spätestens nach 72 h ausgetauscht wird. Das sind die in DIN 1988-200 erwähnten „Anlagen mit hohem Wasseraustausch“.

Höhere Temperaturen liegen nur im Störfall an. Oder wenn eine thermische Desinfektion zur Legionellenbekämpfung (im Sinne des DVGW-Arbeitsblattes W 551) durchgeführt wird. Zur Erinnerung: Bei der thermischen Desinfektion muss die Wassertemperatur so eingestellt werden, dass sie in den Warmwasser- und Zirkulationsleitungen für mindestens drei Minuten > 70 °C beträgt.

Grundsätzlich ist jedoch anzustreben, Trinkwassersysteme so zu errichten und zu betreiben, dass eine relevante Legionellenvermehrung nicht erfolgt. Neben der thermischen Desinfektion beschreiben die DVGW-Arbeitsblätter W 557 und W 556 die Reinigung und Desinfektion bzw. die Methodik und Maßnahmen zur Behebung von mikrobiellen Auffälligkeiten. Unabhängig davon ist der Ursache der Legionellenvermehrung auf den Grund zu gehen und sie muss beseitigt werden.

Temperaturprofile von Heizungsanlagen

Dagegen sind die Betriebstemperaturen in einer Heizungsinstallation saisonal schwankend und von der Außentemperatur abhängig; im Temperaturniveau mit entsprechend längerer Zeit (Winter) aber auch deutlich geringer (Sommer). Aufgrund von Fortschritten in der Heizungstechnik und Anforderungen der EnEV wird mittlerweile mit niedrigeren Temperaturen gearbeitet. Bei Fußbodenheizkreisläufen liegt die Temperatur durchschnittlich bei 45/25 °C (Vor- und Rücklauf) , je nach Auslegung der Heizung, aber nie höher als 50 °C. Radiatorenheizungen werden durchschnittlich mit 75/65 °C, 70/55 °C oder 55/45 °C betrieben. Selten werden Anlagen mit höheren Heizungstemperaturen – bis max. 85 °C – gefahren.

Druckverhältnisse in Trinkwasseranlagen

Alle Teile von Trinkwasseranlagen müssen aus Gründen der Festigkeit für einen zulässigen Betriebsüberdruck von 1 MPa bemessen sein. Trinkwasserinstallationen werden jedoch mit tieferen Drücken betrieben – in der Regel zwischen 0,3 und 0,5 MPa (3 bis 5 bar). Die 5-bar-Begrenzung fordert die DIN 4109 aus Schallschutzgründen. Das Sicherheitsventil vor einem zentralen Trinkwassererwärmer schützt diesen vor unzulässigem Druckanstieg. Das Sicherheitsventil öffnet in der Regel bei 6 bar. Der maximale Druck in der vorgelagerten Kaltwasserleitung darf 80 % des Ansprechdrucks des Sicherheitsventils nicht überschreiten – bedeutet also max. 4,8 bar.

Druckverhältnisse in Heizungsanlagen

In geschlossenen Heizungsanlagen orientiert sich der Druck an den Höhenmetern zwischen Heizung (oftmals im Keller) bis zum höchstgelegenen Heizkörper – man rechnet hier 0,1 bar je Meter. Grundsätzlich wird bei Ein-, Zwei- und kleineren Mehrfamilienhäusern häufig zu einer Einstellung zwischen 1,0 und 2,0 bar geraten. Dabei sollte der Druck nicht unter 1,0 bar sinken. In größeren Anlagen kann das Niveau auch höher sein, wobei durch Druckminderer der Betriebsdruck in aller Regel auf maximal 6 bar begrenzt wird.

Sicherheit hat Vorrang

Mehrschicht-Verbundrohre werden umfassenden Prüfungen unterzogen. Zentraler Punkt dafür sind Zeitstandsprüfungen, mit denen im Zeitraffer die auftretenden Belastungen anhand eines 50-jährigen Lebenszyklus simuliert werden, da Polymere, je nach Werkstoff und Werkstoffdicke, schneller oder langsamer altern. Doch dieser Alterungsprozess kann eingeschätzt werden. Als Grundlage dafür dient ein Festigkeitsnachweis mit der Erstellung der Zeitstand-Innendruckkurven. Die Vorgaben dafür sind im DVGW-Arbeitsblatt W 542 definiert, das auch Grundlage für eine DVGW-Zertifizierung ist. Dieses Arbeitsblatt entspricht im europäischen Ausland der EN ISO 21003-2 „Mehrschichtverbund-Rohrleitungssysteme für die Warm- und Kaltwasserinstallation innerhalb von Gebäuden – Teil 2: Rohre (EN ISO 21003-2:2008)“. In beiden Normen sind die heute zugelassenen Werkstoffe mit ihren jeweiligen Bezugs-Produktnormen abgebildet, die genau beschreiben, was der jeweils eingesetzte Werkstoff zu erfüllen hat. So muss die im Rahmen des Festigkeitsnachweises ermittelte Zeitstand-Innendruckkurve bei 70 °C oberhalb des Referenzpunktes von 70 °C/15 bar/49 Jahre (Sicherheitsfaktor 1,3) oder bei 80 °C oberhalb des Referenzpunktes 80 °C/11 bar/8670 h liegen.

Daneben hat jeder Hersteller eines Mehrschicht-Verbundrohres den Langzeit-Festigkeitsnachweis auf Grundlage der DIN 16 887 (bzw. ISO 9080) für jede Rohrdimension zu dokumentieren. Die Prüfungen sind bei verschiedenen Temperaturen (20 °C, 60 °C, alternativ 70 °C, 95 °C und 110 °C) durchzuführen.

Zudem müssen alle Rohre für die Warm- und Kaltwasserversorgung in Gebäuden zusätzlich gemäß der ISO 10508 „Plastic Piping Systems for Hot and Cold Water Installations – Guidance for Classification and Design“ ausgelegt sein. Diese Norm ist in verschiedene Klassen gegliedert, maßgebend sind:

• <b>Klasse 2: Trinkwasserleitungen</b>

Einsatztemperaturbedingungen bei 10 bar Nenndruck

Dauerbetrieb: 70 °C – 49 Jahre

maximal: 80 °C – 1 Jahr

Störfall: 95 °C – max. 100 h (kumuliert über 50 Jahre)

• <b>Klasse 5: Heizung</b>

Einsatztemperaturbedingungen bei 10 bar Nenndruck

Dauerbetrieb: 20 °C – 14 Jahre; 60 °C – 25 Jahre; 80 °C – 10 Jahre (kumuliert)

maximal: 90 °C – 1 Jahr

Störfall: 100 °C – max. 100 h (kumuliert über 50 Jahre)

Zu beachten ist für die Hersteller: Jegliche Änderung in der Zusammensetzung der Werkstoffe oder Änderungen bei der Materialstärke oder eine neue Technologie bei Herstellung bedarf einer erneuten Prüfungsprozedur.

Vorgaben bei den zugelassenen Werkstoffen

Für Mehrschicht-Verbundrohre sind als Innenschicht (Inliner) grundsätzlich folgende Werkstoffe zugelassen, sofern sie das Langzeit-Kriechverhalten nach ISO 9080 sowie eine Langzeit-Temperaturbeständigkeit nach ISO 2578 „Bestimmung der Temperatur-Zeit-Grenzen bei langanhaltender Wärmeeinwirkung“ erfüllen:

• <b>Vernetzte Polyethylene</b>

PE-Xa (peroxidisch vernetzt)

PE-Xb (silanvernetzt)

PE-Xc (strahlenvernetzt – Elektronen oder Gamma)

• <b>Unvernetzte Polyethylene</b>

PE-RT (eine spezielle PE-HD-Rohrqualität mit verbesserten Langzeit-Temperatureigenschaften)

Beim Werkstoff der Innenschicht ist zu prüfen, ob die Anforderungen an die thermische Stabilität der zutreffenden Bezugs-Produktnorm erfüllt werden. Konkret heißt das, dass man für ein Trinkwasserrohr der Klasse II gemäß der eingangs erwähnten ISO 10 508 mittels Ofenalterung nach ISO 2578 nachweisen muss, dass das verwendete Material über 50 Jahre mindestens bis 70 °C tauglich ist.

Beim Werkstoff PE-RT ist es nur das neue Material der zweiten Generation, das hierfür geeignet ist. Bei den vernetzten Inlinern muss jeder Hersteller selbst diesen Tauglichkeitsnachweis durch entsprechende Messungen an einem akkreditierten Labor erbringen, um die entsprechenden Gütesiegel zu erhalten.

Fazit

Kein Rohrleitungstyp dürfte besser auf seine Qualitäten geprüft sein als Mehrschicht-Verbundrohre. Wichtigster Grund dafür: die Vorgaben für den Festigkeitsnachweis nach den in der DVGW W 542 definierten Bedingungen, in Kombination mit den von den Herstellern zu erbringenden Zeitstand-Innendruckkurven. Da in der Zwischenzeit eher niedrigere Betriebstemperaturen die Regel sind, kann man sogar von einem kleinen Sicherheitspolster ausgehen. Darüber hinaus von Herstellern kommunizierte, beträchtlich höher liegende Temperaturprofile für die verbriefte Lebensdauer von Rohrleitungen sind nicht praxisrelevant und kontraproduktiv, da sie eine Sicherheit versprechen, die tatsächlich gar nicht notwendig ist (Bild 6).

Gut zu wissen

Bei Einhaltung der bestimmungsgemäßen Betriebstemperaturen von Trinkwasser- und Heizungsanlagen sind Mehrschicht-Verbundrohre, im Fachjargon oftmals auch als Multilayer-Rohre bezeichnet, vielfach einsetzbar. Sie erfüllen Vorgaben und Anforderungen, die durch umfassende Prüfungen untersucht und mit Prüfzeugnissen bestätigt werden. Bei anderen Anwendungen obliegt es dem Hersteller zu entscheiden, ob sein Rohrsystem dafür geeignet ist und welche Rahmenbedingungen dabei eingehalten werden müssen.

Dietmar Stump ist Fachjournalist. Sein Pressebüro DTS bearbeitet die Themenschwerpunkte Sanitär, Heizung und erneuerbare Energien. 67551 Worms, Telefon (0 62 41) 9 33 89 94, E-Mail: dietmar.stump@t-online.de