Golvvärme

Trots att det s.k. stora ytsalsvärmningen med varm luft i golvets kanaler är känt sedan mer än två tusen år, respektive värmevattenbaserad stora ytsalsvärmning med betongförlagda uppvärmningsrör i byggnadskonstruktionen (vägg, golv, tak) i nästan 100 år, så dominerar fortfarande konventionella uppvärmningssystem med radiatorer och konvektionsbaserad värmeöverföring till inredningen.

 

Så den grundläggande frågan är: varför konvektionsbaserad uppvärmning och inte salsbaserad?

 

SALSVÄRMNING

 

Vid salsbaserad uppvärmning av inredningar används salsvärmningsfläcken (elementet) för att direkt, dvs. utan medierande inredningsluft, värma byggnadskonstruktionerna i inredningen och endast en mycket liten del av värmeöverföringen sker genom konvektion till luften i uppvärmda inredningar (alltså motsatsen till konvektionsbaserad uppvärmning av inredningar med konvektionsbaserade uppvärmningsenheter). Därför är också de inre ytteperaturerna av byggnadskonstruktionerna, som skapar inredningen, vid salsbaserad uppvärmning högre än lufttemperaturen i sådana uppvärmda inredningar (ännu en gång motsatsen till konvektionsbaserad uppvärmning av inredningar).

 

Värmevägen som sänds (utstrålas) från ytan av uppvärmda fasta kroppar (salsvärmningsytor) är egentligen elektromagnetiska vågor med en våglängd mellan 0,78 och 400, dvs. i området infraröd del av elektromagnetiska vågornas spektrum, som sprider sig med hastigheten 300 000 km.s-1.

 

 

 

 

SPREDELSE AV VÄRME VID SALSVÄRMNING

 

Vid teoretiska lösningar av uppvärmningssystem i inredningar i byggnader måste man alltid bestämma uppvärmningsbehovet, dvs. värmetflödet som krävs för att säkerställa önskad termisk komfort för människan - användaren.

 

Uppvärmningsbehovet beräknas i värmetekniken ofta utifrån villkor för termisk jämvikt i uppvärmda utrymmen (inredning, rum osv.) i ett stabilt tillstånd. Just vid denna beräkning måste man skilja mellan konvektionsbaserad uppvärmning (där uppvärmningskroppen överför värme till uppvärmda inredningar i stort sett genom konvektion) och salsbaserad uppvärmning, dvs. golvvärme (där uppvärmningsytan överför värme till uppvärmda inredningar i stort sett genom salsvärmning).

 

Från dessa överväganden följer det att vid salsbaserad uppvärmningsmetod överför uppvärmningsytan värme genom salsvärmning - utan medierande inredningsluft till omgivande kylade ytor i inredningen, där det gäller att effektiva temperaturen (dvs. medeltemperaturen av omgivande ytor) är högre än lufttemperaturen.

 

Det är alltså uppenbart att vid salsbaserad uppvärmning sprids en betydande del av värmen genom salsvärmning och endast en liten mängd värmeöverföring sker genom konvektion. Därför måste man vid beräkning av uppvärmningsbehovet bestämma:

- termisk jämvikt för salsvärmningsytan,

- termisk jämvikt för luften,

- termisk jämvikt för salsvärmningsytan och luften,

- termisk jämvikt för uppvärmda utrymmen.

 

TYPER AV SALSVÄRMNING

 

I dag kan man indela salsvärmningen så här:

- stora ytsalsvärmning (tak, vägg och golv uppvärmningsytor), känd som golvvärme

- total uppvärmning med hängande salsvärmningspaneler,

- individuell uppvärmning med närliggande plattor (salsvärmningspaneler),

- uppvärmning med infraröda strålkastare.

 

Från indelningen ser man att i princip salsvärmningsytan kan vara placerad i byggnadskonstruktionen som en odelbar del av den (stora ytsalsvärmningssystem) eller skapas som en separat uppvärmningsyta fritt placerad i utrymmet (salsvärmningspaneler, uppvärmningsplattor, infrastrålkastare).

 

Om man utgår från denna konstruktiva skillnad, så är skillnaderna avgörande även vad gäller ytteperaturen av uppvärmningsytorna, vilket i sin tur påverkar valet av värmetärande mediet och dess temperatur och till sist även det specifika termiska effekten av salsvärmningsytan.

 

STORA YTSALSVÄRMNING

 

Uppvärmningsytan vid stora ytsalsvärmning är vanligtvis någon av väggarna som begränsar uppvärmda utrymmen, dvs. tak, vägg eller golv.

 

Ytteperaturen av uppvärmningsytan måste vara ganska låg (40 till 45 °C vid tak, 55 till 60 °C vid vägg och 25 till 30 °C vid golvuppvärmning), vilket innebär att även medietemperaturen kommer att vara lika låg. Uppvärmningsytan kan värmas:

- med varmvatten (vanligtvis),

- med varm luft,

- elektriskt (motstånd).

 

Från detta framgår det att stora ytsalsvärmningssystem arbetar med lägre temperaturer av värmetärande mediet. Dessa lågtemperatursystem är lämpliga för att utnyttja energi från lågpotentiella energikällor som geotermiska vatten, solenergi, eventuellt spillvärme och miljövärme. Uppvärmningsytan vid stora ytsalsvärmning är någon av väggarna som begränsar uppvärmda utrymmen. Beroende på använd yta indelas stora ytsalsvärmningssystem i:

- golvvärme

- tak

- vägg.

 

Från konvektionsbaserad uppvärmning med uppvärmningskroppar skiljer sig stora ytsalsvärmning genom värmeöverföringsmetoden och termiska förhållanden i rummet. Vid konventionell uppvärmning värmer uppvärmningskroppen luften i rummet, som överför värme till väggarna. Inre lufttemperaturen är högre än väggtemperaturen. I rummet uppstår ett karakteristiskt luftflöde och därför en ganska stor temperaturdifferens mellan luften under taket och vid golvet.

 

Vid stora ytsalsvärmning sker värmeöverföringen genom salsvärmning och konvektion. Andelen salsvärmning vid takuppvärmning är 80%, vid vägguppvärmning 65% och vid golvuppvärmning är 55%.

 

Konstruktiva utföranden av uppvärmningsytan är mycket varierande. I grunden skiljer man två grundläggande lösningar:

- uppvärmningsytan är inbyggd, dvs. en odelbar del av byggnadskonstruktionen,

- uppvärmningsytan är separat, det är en uppvärmd platta, som:

- antingen är fäst i någon av byggnadskonstruktionerna,

- eller är fritt placerad i uppvärmda inredningar.

 

I första fallet värms ytan av byggnadskonstruktionen med varmvatten som flödar i rörledningar (register), där dessa rör är betongförlagda i byggnadskonstruktionen. Vid utförande av salsvärmning hängs uppvärmningsledningarna under bärväggen i ett färdigt bygge och döljs med en lera av puts. Salsvärmningsplattor, som placeras på byggnadskonstruktionerna i rummet (eller fritt i utrymmet), är oftast metalliska, keramiska eller glasplattor. Dessa plattor värms oftast elektriskt.

 

STORA YTSALSVÄRMNING GOLVVÄRMNING

 

Om uppvärmningsledningen (registret) är en del av golvet i den aktuella inredningen, talar man om stora ytsalsvärmning av golv. I dag är det en uppvärmningssystem som, beroende på många positiva egenskaper, upplever en viss renessans och används alltmer i bostadsbyggnad (särskilt i villaområden), i byggnader med civila anläggningar (förskolor, dagis, idrottslokal, simhallar osv.), samt i stora utrymmen (massgarage, industrihallar, jordbruksbyggnader).

 

Storarea golvvärme användes tidigare som komplement till taktilt uppvärmning, om takets yta inte räckte till för att täcka värmebehovet. En större spridning av golvvärme hindrades också av kravet på låg temperatur på golvytan, vilket i sin tur gav ett lågt värmeutbyte. Nya konstruktioner, arkitektoniska lösningar, förbättringar av byggnadens termiska egenskaper och framstående konstruktionsmaterial för uppvärmningssystem har idag möjliggjort att många olika golvvärme-system har skapats.

 

Välj golvvärme bestäms först av själva byggnaden. Den måste uppfylla termiska egenskaper så att den genomsnittliga värmebehovet bör vara lägre än 20 W/m³, eller genomsnittlig årsenergiförbrukning lägre än 70 till 80 kWh/m². Ur detta framgår det att den minsta energiförbrukningen först beror på själva byggnaden, därefter driftsregimen med möjlighet till värmeackumulering i golvet med värmetrög värme på cirka 4 till 8 timmar och med hög grad av självreglering.

 

Optimal termiskt tillstånd i inredningar med golvvärme är vanligtvis säkerställt med 2 till 4 K lägre temperaturer än vid konvektionsuppvärmning, samtidigt med nästan idealisk vertikal och horisontell temperaturgradient.

 

GOLVVARMVATTENUPPVÄRMNING

 

Från ovanstående konstatering framgår det att golvvattenuppvärmning tillhör strålningssystem, även om andelen strålning i totalt värmeöverföring från uppvärmningsytan är bara något högre än värmeöverföring genom konvektion (55 % : 45 %). Samtidigt påverkar detta väldigt bra fördelarna av båda metoderna för värmeöverföring till inredningen.

 

Golvvattenuppvärmning är samtidigt storarea, det vill säga uppvärmningsrör är en del av golvens konstruktion. Beroende på hygieniska krav, som är kopplat till begränsad temperatur på golvytan, och därmed relativt lägre specifika värmeutbyten från uppvärmningsgolvet, är uppvärmningsrör nästan alltid placerade under hela golvytan. Detta påverkar positivt jämnheten i värmeöverföringen i inredningen och bidrar till att skapa temperaturhomogent och jämnt miljö, oavsett om det är vertikalt eller horisontellt.

 

Värmen i uppvärmningsvattnet är vanligtvis lägre än 50 °C, vilket gör att vi samtidigt kan säga att golvvattenuppvärmning är lågtemperatur, vilket har flera fördelar. För det första säkerställer det betydande energibesparingar vid drift, samtidigt som det möjliggör användning av icke-traditionella lågpotentiella energikällor, såsom solstrålning, geotermisk energi, eller värme från värmeväxlar som utnyttjar miljöns värme.

 

Just dessa fakta gör att golvvattenuppvärmning tillhör de framstående uppvärmningssystemen, som garanterar alla tre E, det vill säga energi, miljö och ekonomi i byggnadens uppvärmning. Å andra sidan, trots att detta uppvärmningsmetod existerar sedan mer än 2 000 år, sker just nu dess största spridning och renessans.

 

Därför är det nödvändigt att exakt definiera principerna för praktisk tillämpning av golvvattenuppvärmning, vilket är kopplat till val, beräkning, utformning, bedömning, konstruktion, installation, styrning, drift och tillämpningar.

 

VAL AV BYGGE FÖR GOLVVÄRME

 

Eftersom inte varje byggnad är lämplig för tillämpning av golvvärme-system, är det nödvändigt att säkerställa krav:

- termiska,

- hygieniska,

- energimässiga.

 

 

FASTSTÄLLAN AV VIKTIGA TERMOTEKNISKA VÄRDEN

 

Termiska egenskaper hos byggnadskonstruktioner och byggnader säkerställs av värden:

- värmedärvärdet hos byggnadskonstruktioner,

- temperaturdämpningen hos byggnadskonstruktioner,

- värmeabsorptionsförmågan hos golvkonstruktioner,

- mängden av kondenserad och avdunstad vattenånga i byggnadskonstruktioner,

- luftgenomsläppligheten hos byggnadskonstruktioner, deras fackverk,

- värmet stabilitet i rummet,

- energiförbrukning för uppvärmning.

 

Vid utformning av byggnadskonstruktioner och byggnader som definieras av ett bestämt inre miljö är krav på minsta inre yttre temperatur enligt kapitel 3 STN 73 0540 och maximal energiförbrukning för uppvärmning enligt kapitel 21 STN 73 0540.

 

 

UPPVÄRMNINGSRÖR

 

Den viktigaste delen av uppvärmningsgolvet är uppvärmningsrören, därför kommer vi att mer detaljerat beskriva:

- rör för uppvärmning,

- rör för golvvärme.

 

 

 

 

RÖR FÖR UPPVÄRMNING

 

I dag vid centraluppvärmning används ofta följande rörmaterial:

- metallrör,

- plaströr,

- kombinerade rör.

 

 

METALLRÖR

 

Används stål (svart), galvaniserad, rostfritt och koppar. Materialet hos rördelar och anslutningar är mångsidigt (härdat guss, messing, brons, röd metall osv.). Mångsidigheten av material är orsaken till kontaktkorrosion, som har stor inverkan på livslängden av uppvärmningsanläggningen.

 

a) Stålrör

De tillhör klassiska rörmaterialen. Huvudsakligen används glatta, svepta stålrör. Förbindelserna har fastnat vid svetsning och rumsliga förändringar i rörsystemet skapas genom värmeformning. Skruvanslutningar används endast för anslutning av armaturer och uppvärmningskroppar. Med mer än ett sekels erfarenhet har det lyckats eliminera de flesta nackdelar. Endast hög krav på svetsningsarbete återstår. Just denna omständighet står nu emot introduktionen av tunnväggiga stålrör i form av sluten rektangulär profil, eftersom spegelsvets inte är populär och idag inte längre används.

 

b) Galvaniserade stålrör

Galvaniserade stålrör är en av de äldsta rörmaterialen, men kräver perfekt handarbetes bearbetning. Zinklager har inte alltid samma tjocklek och kvalitet. Vid användning av moderna skruvskärnare skapas ofta en markant lokal svaghet i rörets bärande del. Denna omständighet tillsammans med avlägsnandet av galvaniserade ytor är orsaken till spaltkorrosion. Eftersom skruvanslutningar kräver specialisering och är tidskrävande ersätts de helst med svetsning. Det kan konstateras att användning av tjockväggigt rörmaterial redan är på väg ut.

 

c) Rostfria rör

Enligt yttre idealiskt rostfritt rörmaterial stötte vid realiseringen på problem med förbindning. Svetsning i detta fall kräver högt specialiserad teknologisk process, eftersom annars uppstår oönskade transkristalliska deformationer. Samtidigt vid hårda silverlödning uppstår ofta faran för korrosion i området av kontakt mellan lödmedel och rostfri yta. Först i början av sjuttiotalet skedde en avgörande förändring, när företaget Mannesmann utvecklade förbindning av rostfria rör genom tryckfria anslutningar av autentisk rostfri stål.

 

Denna typ av förbindningsteknik har gradvis utökats till andra rörsorter (t.ex. plast, där man främst använder brons pressklämmor). Genom att pressa klämmorna med ett specialverktyg bildas en vattentät förbindning mellan röret och klämmorna på cirka 6 sekunder. Den enda svaga punkten verkar vara den pressade tätgummiringen, som är placerad i klämmans ände och vanligtvis är av butylgummi. Olika åsikter om materialens livslängd skiljer sig åt, och ännu har man inte samlat tillräckligt långvariga erfarenheter.

 

d) Kopparrör

Koppar tillhör bland de mest eleganta rörsalternativen. Det är dock nödvändigt att strikt följa doseringen av hämmandemedel i uppvärmningsvattnet. Genom reaktionen mellan vatten och kopparytan bildas en skyddande oxidfilm och kopparjoner frigörs. Om man av okunskap eller nödvändighet placerar ett stål- (även galvaniserat) eller aluminiumrör efter ett kopparrör, kommer detta yta att intensivt korrodera. Här kan ett lämpligt hämmandemedel hjälpa.

 

En mycket viktig arbetsprocess är kopplingen av kopparrör. Det är mycket fördelaktigt att sätta ihop dem genom mjuk- eller hårdlödning. Vid mjuklödning sker det vid 230–240 °C beroende på lödningsmaterial och vid hårdlödning vid 710–730 °C. Dessa temperaturer måste alltid strikt följas. Endast vattenlösliga lödningsmaterial används, vars rester tvättas bort ur röret.

 

Vid strikt följd av sammansättningsvillkor och användning av deoxidiserat koppar SF-Cu med minst 99,9 % kopparinnehåll säkerställs hög korrosionsbeständighet och tillräcklig styrka även hos tunnväggiga rör. Installationen är ganska enkel och snabb. Röret kan användas vid drifttryck upp till 4 MPa och drifttemperaturer upp till 150 °C.

 

 

PLASTRÖR

 

Mellan rör som är lämpliga för centraluppvärmning måste man skilja på golvvärme- och klassiska system. Golvvärme kräver stora böjbarheter hos rörslingorna och dessutom är de mindre termiskt belastade jämfört med klassiska uppvärmningssystem.

 

Till golvvärme är därför typerna PB, PE-X, PVC-C, PP-R lämpliga. Här måste man komma ihåg att för typen PVC är den maximala drifttemperaturen endast 60 °C och för PVC-C är drifttemperaturen permanent 90 °C och tillfällig 110 °C. Ett liknande omfång gäller för PB, PE-X och PP-R. Ett särskilt fall är PVDF, som kan användas upp till 140 °C. Vissa värden måste kontinuerligt justeras. T.ex. har det varit känt att halogener (fluor, klor, brom, jod) reagerar med PE och leder till molekylära förändringar, sprickbildning och förlust av styrka redan vid temperaturer på 20 °C. I USA har det nu visat sig att PB-avskiktning och destruktion sker vid långvarigt bruk p.g.a. klorpåverkan. Detta resultat kan dock inte helt överföras till våra förhållanden, eftersom klorhalten i vattnet är mycket högre i USA (upp till 2 ppm).

 

Huvudfördelen med plaströr är deras enkla och snabba installation. De kopplas antingen genom limning (PVC), svetsning (PB, PE, PP) eller genom nippelförbindelser och skruvanslutningar (PB, PE-X, PP).

 

Huvudnackdelen med plaströr är deras låga tryckhållfasthet vid högre temperaturer, låg styvhet (rumslig formbeständighet) och särskilt stor längdtemperaturutvidgning. Jämfört med rostfritt stål är utvidgningen vid PB 10 gånger, vid PP 12 gånger, vid PE 14 gånger och vid PE-LO till och med 23 gånger större. Denna omständighet måste beaktas vid lösningen av fixering och ledning av plaströr. Plaströr bör inte alls installeras utan kontinuerliga stöd och eliminering av utvidgning genom kompensation.

 

MULTILAGDA RÖR MED METALLINSATTS

 

En annan utvecklingsriktning utgick från upptäckten att fullständig skydd mot syrepermeabilitet är metall. Baserat på detta har flerlagda plaströr med metallinsats utvecklats. För närvarande har två grundläggande typer blivit mest etablerade:

a) En typ med inbyggd, längsgjuten aluminiumplåt med en tjocklek på ca 0,5 mm. Dessa rör består av en inre plastplåt (PB, PE-HD, PE-X, PP-R), en limlig medelplåt, en gjuten aluminiumplåt, en åter limlig medelplåt och en yttre plastplåt.

b) En annan typ har utvecklats från en vanlig plaströr, som är fastviktad med en aluminiumfolie med en tjocklek på ca 0,2 mm, båda sidor beströdda med limlig komponent och yttre skydd beströdd med en tunn plastlager.

 

Plast-metall-kompositen behöver inte skapas endast med aluminium. I ett tunnväggigt rostfritt stål kan en plaströr med pålagd limlig komponent infogas, som genom termisk bearbetning pressas mot stålplåten. Multilagda rör med metallinsats minskar termisk längdutvidgning till värden som närmar sig aluminiumets. De är mer stabila, vilket betydligt minskar det nödvändiga antalet fixeringar.

 

Dessa rör kan kopplas med skruvanslutningar, pressklämmor eller direkt pressning. Rörens livslängd bestäms av två grundläggande villkor. För det första måste man förhindra möjlig vatten- eller luftfuktighetsinflöde till den främre skärande ytan av det flerlagda röret (för att förhindra kontakt mellan vatten och aluminium) och för det andra måste man undvika möjligheten till elektrostatisk korrosion mellan messing eller röd brons och aluminium.

 

 

RÖR FÖR GOLVVÄRME

 

Från den tidigare delen framgår det att rörsmaterialsklassen för centraluppvärmning är mycket bred, men för golvvärme är särskilt lämpliga:

- koppar,

- plast,

- kombinerade rör.

 

 

KOPPARRÖR FÖR GOLVVÄRME

 

Koppar som arbetsmaterial har säkert påverkat kulturhistorien. Eftersom det förekommer i naturen i ren form kunde metallen bearbetas redan i forntiden. I det gamla Egypten användes koppar som betalmedel. De första nämnderna om kopparvattenledningar är kända redan från 2500 f.Kr., då smidda kopparplåtar lades i Sahures grav i Egypten.

 

Kring 1900 började koppar användas som högkvalitativ takbeläggning särskilt på viktiga representativa byggnader och kyrkor. År 1933 förbjöds användningen av detta material för icke-strategiska ändamål. I västeuropa avblockerades detta material för uppvärmnings- och installationsändamål 1965. Tyvärr fortsatte östblocket att använda detta material endast för strategiska ändamål.

 

Det omfattande användandet av koppar är möjligt särskilt tack vare den höga kvaliteten på det bearbetade materialet, till vilket höga krav ställs:

- minimala installationskostnader,

- stabil funktion och driftsäkerhet,

- lång livslängd.

 

Bland de viktigaste fördelarna med kopparinstallationer märks:

• hög korrosionsbeständighet, vilket jämfört med stål-

- minimala väggtyckor,

- minimal metervikt,

• stor materialstyrka,

• enkel och snabb installation vid små utrymmeskrav,

• god anpassningsförmåga till byggnadsvillkor och därför särskilt lämplig även för efterinstallerade installationer,

• enkel och säker kopplingsmetod (utan krav på skruvanslutningar),

• bakteriedödande effekt,

• inga avlagringar i rören (kopparrör förstens inte), vilket säkerställer höga flöden, små tryckförluster,

- möjlighet att ange exakt inre rördiameter,

- god värmeledning,

• ekologisk egenskap hos materialet (100 % återvinning möjlig, avfallsfri teknologi).

 

Materialet, som kopparrören tillverkas av, är deoxidiserad koppar (SF-Cu) med minst 99,90 % ren koppar.

 

I grunden skiljer vi på två typer av kopparrorets förbindelser:

1. Avtagbara kopplingar

• Nippelförbindelser

- konisk/konisk,

- konisk/cirkulär,

- platt packning.

• Nippelförbindelser med packningsring

- metallpackning,

- mjuk packning.

• Röranslutningar.

• Flänsförbindelser.

2. Oavtagbara kopplingar

• Mjuk lödning.

• Hård lödning.

• Pressning.

• Svejsning.

 

Röret är utvecklat särskilt för ledningar till golvvärme och anslutning av uppvärmningskroppar för en- och tvärörssystem. Kopparröret är beklädt med en skyddande PVC-mantel, som delvis möjliggör expansion och skyddar röret mot både fysiska och kemiska påverkningar från betong- respektive putsblandningar.

 

För närvarande finns det ingen annan installationsmaterial i västra Europa, som används i bostadsinstallationer, som är så utbrett och har så mångsidig användning som koppar. I Tyskland är cirka 70 % av installationerna idag utförda med kopparinstallationer, i Storbritannien till och med 90 till 95 %.

 

PLASTRÖR FÖR GOLVVÄRME

 

De grundläggande byggstenarna hos polymerer är kol C och väte H. Vid tillverkning används tre grundläggande processer, nämligen polymerisering, polykondensation och polyaddition.

 

Polymerisering innebär att polymerer bildas från monomerer under inverkan av energi, katalysatorer och andra tillsatsmedel. Genom polymerisering tillverkas t.ex. polyetylen och polypropylen.

 

Polykondensation innebär att en ny substans bildas från ett stort antal molekyler av flera lågmolekylära ämnen. Genom polykondensation tillverkas t.ex. fenolformaldehyd. Polyaddition är en oregelbunden polymerisering. Genom polyaddition tillverkas t.ex. polykarbonat.

 

Polymerer kan indelas i två grupper:

• homopolymerer, vars makromolekylära kedjor består av regelbundna upprepade likadana molekyler,

• kopolymerer, där andra molekyltyper är kopplade till den grundläggande kedjan. Enligt det rumsliga ordnandet av makromolekyler skiljer vi mellan linjära och grenade polymerer.

 

Enligt sättet att teknologiskt bearbeta och bete sig vid värme delar vi in plasten i termoplast, duroplast och elastomerer.

 

Egenskaperna hos termoplast påverkas av ordningen eller oordningen hos makromolekyler. Delvis kristallina plasten är böjliga och spröda. Amorf plast är däremot hård och spröd. Termoplast kan värmebehandlas och bearbetas om.

 

Duroplast (termosätta) kan inte formas eller svetsas med värme. Typiska representanter för denna grupp är lim. En särskild grupp bland duroplasten utgörs av termoelastomerer, som behåller böjbarhet, men kan inte värmeformas eller svetsas. Huvudrepresentanten för termoelastomerer är nätverkad polyetylen.

 

Elastomerer deformeras mycket vid mekanisk belastning. Efter belastningens borttagning återgår de till sitt ursprungliga tillstånd. De kan inte värmeformas och är ogenomskinliga. Denna grupp omfattar syntetiska gummior.

 

 

Typ av plast som används i uppvärmning

 

Plaster som används hos oss för installation i uppvärmning är främst PEX, PP-B, PP-R, C-PVC, PB och PVDF.

 

Polypropylen blockkopolymer PP-B innehåller 20 till 30 % etylensammansättning, som möjliggör större böjbarhet och sprödhet vid låga temperaturer (till -20 °C). Tryckfri temperaturbeständighet är upp till 90 °C. Röret av detta material är avsett för golvvärme. Det förbinds genom svetsning eller mekaniska kopplingar.

 

Polypropylen statisk kopolymer PP-R utvecklades främst för sanitära installationer. Den har god tryckbeständighet även vid högre temperaturer och används därför för golvvärme samt centraluppvärmning. Tryckfri temperaturbeständighet överstiger 100 °C. Det förbinds med mekaniska kopplingar, svetsning i kugel eller polyfusion.

 

Polybutylen PB är mycket böjligt och har hög molekylmassa. Vid stor hållfasthet är den också motståndskraftig mot spänningskrisar. Tryckfri temperaturbeständighet överstiger 100 °C, den blir spröd vid - 18 °C. Den används för ledningar till golvvärme och centraluppvärmning. Eftersom den har goda mekaniska egenskaper tillverkas den med tunnare väggar än andra plaströr. Den förbinds med mekaniska kopplingar, svetsning i kugel eller polyfusion.

 

Klorerad polyvinylklorid C-PVC har ökad klorinmängd, som inte är en hygienisk hinder vid transport av varmvatten i rör av detta material. Tryckfri temperaturbeständighet överstiger 1 OO °C. Detta material tillverkas på olika sätt, därför skiljer sig dess egenskaper delvis beroende på enskilda tillverkare. Det förbinds med limning, där vi bör limma endast rör och rörformar levererade av samma tillverkare med hans rekommenderade lim.

 

Polyvinylidenfluorid PVDF har hög mekanisk hållfasthet och stor motståndskraft även vid höga temperaturer. Den är också bra att bearbeta. Temperaturintervallet för användning ligger mellan - 40 och + 140 °C. Den är motståndskraftig mot UV- och gammastrålning, vilket ger god motståndskraft mot åldring. Den är också motståndskraftig mot slitage, fysiologiskt oåterkalligt och svårt att antända. Priset är ganska högt. Den förbinds med polyfusion, infraröd strålning, svetsning i kugel eller mekaniska kopplingar.

 

Egenskaper hos plast

 

Mellan plastens egenskaper, som vi bör notera, är temperaturbeständighet, brännbarhet, nedsugbarhet, elektrisk ledningsförmåga, värmeledningsförmåga och temperaturutvidgning.

 

Temperaturgränsen, där polymeren smälter och mjuknar utan strukturändring, är gränsen för temperaturbeständighet. Om vi vidare värmebelastar plasten, kommer det till mekaniska-fysiska egenskapsändringar och gradvis till polymerdegradering och deras nedvärdering. Om vi bedömer temperaturbeständigheten hos rör avsedda för installation i uppvärmning, bör vi delvis kontrollera, eftersom felaktig svetsning orsakar delvis degradering av lokalt överhettning.

 

För att förhindra eller mildra åldring av plast tillsätts stabilisatorer, pigment och antioxidanter till polymererna. Åldring innebär att pågående oåterkalliga förändringar i mekaniska egenskaper hos plasten sker, vilket beror på syre, temperatur och UV-strålning. Åldring sker i jämförelse med temperaturdegradering långsamt.

 

Korrosion av plast visar sig först inuti plasten och därefter på ytan. Korrosion av plast visar sig genom förändring av sammansättning och egenskaper hos plasten. Förändringen orsakas av kemiska och fysiska påverkningar. Några metaller, som koppar, kobolt och deras legeringar kan också ha negativ påverkan. Vid kontakt mellan metall och vissa plastor uppstår termooxidation, som katalyseras av metalljoner och visar sig genom störningar i plastens struktur. Därför bör man använda kopplingar och övergångar med lämplig ytbearbetning, rekommenderade av plaströrstillverkaren. Mikrotäringar visar sig vid spänning i plasten. Vid plastprodukter behöver vi inte beakta förändringar i dimensionella toleranser och förändringar i mekaniska egenskaper p.g.a. fuktverkan. Plaster är nedsugningsfria och deras nedsugbarhet och fuktupptagning är mycket låga. Plaster betraktas generellt som isolatorer, de är inte elektriskt ledande. En annan verklighet är att vid plaströr, genom vilka transporteras bulkmaterial eller gaser, uppstår statisk elektricitet. Ytresistansen ligger runt 10¹⁴ ohm och beror på graden av ytsmuts och luftfuktighetsprocent.

 

Ur språklig design av rörsystem är det mycket viktiga att beakta längdtemperaturegenskaper. Temperaturegenskapen hos plast är tio gånger större än hos stål eller koppar. Om ingenjören inte fullt ut beaktar denna egenskap hos plasten, kommer det att orsaka många problem som bara kan åtgärdas genom att lägga om röret.

 

Värmeledningskoefficienten hos plast är mycket låg, men detta faktum berättigar oss inte att avvisa värmeisolation vid plaströr. Plaströret kan inte betraktas som ett termoisolat och många plastnätverk kräver direkt en allmän isoleringsbarriär.

 

 

Grundläggande data vid användning av plaströr

 

Ett viktigt faktum som påverkar användningen av plaströr är dess livslängd. Förr talades det om en livslängd på 50 till 60 år oavsett driftvillkor och typ av använd plast. Nu är det uppenbart att denna gräns för livslängden måste flyttas neråt och mycket strikt bedömas i enlighet med den använda plasten och i enlighet med driftvillkor som plasten utsätts för. Under drift är plaströret belastat samtidigt av drifttryck och drifttemperatur. Eftersom samtidigt påverkan av tryck och temperatur är en mycket viktig verklighet, fastställs i praktiken en minimilivslängd för nätverket. Denna livslängd fastställs beroende på de två ovan nämnda parametrarna enligt experimentellt bestämda isoterm. Spänningen i rörets vägg, som avsätts på y-axeln, beror direkt proportionellt på rörets yttre diameter, väggens tjocklek och inre övertryck och omvänd proportionellt beror på dubbla väggens tjocklek.

 

Plaströr tillverkas i denna rad: PN2,5 PN4 PN6 PN10 PN12,5 PN16 PN20 PN25.

 

Siffran efter förkortningen PN anger maximalt drifttryck (Pa) vid vattentemperatur upp till 30 °C under 50 år. Av detta följer det att vid planerade högre temperaturer måste man för samma tryck och samma livslängd välja en högre trykkrad, eftersom maximalt tillåtet drifttryck minskar med ökande vattentemperatur.

 

Plaströr märks i millimeterskalan. Märkningen bör innehålla: tillverkarens namn, materialmärkning, yttre eller inre dimension x väggens tjocklek, drifttryck/temperatur, tillverkningsdatum, rörets namn, eventuellt registreringsnummer.

 

Man kan sammanfoga plaströr med varandra, plaströr med rör av annan material, rör med formstyrningar, rör med armaturer eller rör till förbrukare. Till detta ändamål används hela systemet för rörsammanfogning. Föreningarna måste uppfylla vissa krav, därför kontrollerar vi dem från synpunkten på motstånd mot tryck, temperatur eller kemiska påverkningar, där vi kräver funktion och tätning av föreningen.

 

 

Oxygenpermeation genom väggen av plaströr

 

Om uppvärmningspolyolefinrör ofta diskuteras, är de mätaren av kvaliteten hos hela systemet och målet för dess ifrågasättande. Därför måste de ges ökad uppmärksamhet.

 

Ett aktuellt problem som idag ges ökad uppmärksamhet är oxygenpermeation genom väggen av plaströr.

 

Det har visat sig att luftens syreatomer tränger in i plastnätverket tills de når uppvärmningsvattnet. Uppvärmningsvattnet, kontinuerligt mättat med syre, blir därefter mycket aggressivt mot metaller. Mängden av trängande syre beror på typen av plast och temperaturen. Vidare har det visat sig att tryckförändringar vid högre temperaturer orsakar benägenhet till att skapa trötthetssprickor på ytan, vilket ökar syrepermeationen. Eftersom molekyler med liten atomradie diffunderar lättare in i nätverket bildat av atomer med större radie, kom man först till nätverk av plast. Det lyckades nästan helt utesluta trötthetssprickor, men syrepermeationen kunde inte helt förhindras. Därför ledde nästa utvecklingsriktning till fullständigt omslutning av plaströr med en lager av specialpolymer, som fungerar som en diffusionsbarriär. Procentuell effektivitet och livslängd av denna barriär beror dock på den använda polymeren.

 

Syrepermeationen kan begränsas genom att separera uppvärmningscirkulationen från pumpcirkulationen, öka väggens tjocklek eller tillsätta oxidationsmedel till uppvärmningsvattnet.

 

Till sist måste man säga principen att orsaken till detta problem är driftläget av golvvärmesystemet, som är fast inbyggt i golvenstrukturen. Därför är det försöket att övertyga kunden och användaren om systemets pålitlighet och säkerhet, så att de inte behöver oroa sig för eventuella förstörningar av rörsystemet. En av de traditionella orsakerna är korrosion av metallkomponenter i tillbehör och uppvärmningsutrustning, eftersom rören är av plast.

 

Lösningen hittades därför så här. Kända företag använder metallkomponenter av brons, vilket minskar sannolikheten för korrosion. Vidare mot möjlig transport av föroreningar, särskilt från värmekällan utsatt för möjlig lågtemperaturkorrosion, börjar man förespråka anslutning av uppvärmningssystemet genom värmeväxling, dvs. separation av primärt panncirkulation från sekundärt golvvärmecirkulation. Och till sist, för att säkerheten ska vara maximal, är det försöket att utesluta möjligheten till syreinträngning direkt genom väggen av plaströr, dvs. genom en ytterligare skyddsskikt – syrebarriären. Det finns kända extremlösningar, där man till och med lägger till en tredje lager, nämligen metallisk.

 

Så problematiken med syrepermeation kommer alltid att bero främst på de specifika användningsvillkor och investerarens kapabilitet. I Tyskland, där golvvärme är mest använd, erbjuder cirka 60 % av företagen rör med syrebarriär.

 

Viktigt är dock att idag, med hänsyn till bristen på konkreta fall från praktiken, sker kontinuerlig forskning om inte att använda syrebarriären.

 

 

Trender i plastanvändning

 

EU – den totala marknaden uppskattas till cirka 230 mil. m rör, varav mer än 1/2 är koppar, och av plast används främst nätverkad PE (70 %), därefter PPC (15 till 20 %) och PB (5 till 10 %),

Österrike – stål och koppar utgör mer än 55 %, resten är plast,

Schweiz – plast utgör upp till 74 % av marknaden, används främst till golvvärme, förbrukning 4,6 m per invånare (år max. PEX; PPC och PB är 4 gånger lägre än PEX),

Nederländerna – plast 10 % på sanitärteknik, 10 % på uppvärmning, varav PEX 60 %, PP och PB betydligt mindre (1 till 2 %).

 

Vid användning av plast i rörsystem i byggnader utgår man från antagandet om en livslängd på 50 till 55 år, dvs. byte av installationer en gång under byggnadens livslängd.

 

Utvecklingen på marknaden för plastmaterial i EU, Österrike och Schweiz bekräftar fullständig jämvikt mellan rörsystem på traditionell metallbasi och på plastbasi, vars andel varierar från 40 till 75 %.

 

Dominant position i produktionen av rörmaterial har generellt nätverkad polyeten, upp till cirka 70 %, varav polypropylen och polybuten är jämnt fördelade i följande ordning.

 

 

KOMBINERAT RÖR FÖR GOLVVÄRME

 

Under de senaste åren börjar man använda flerskiktsrör, dvs. rör sammansatt av olika material. Ett flerskiktsrör består av en grundplast, en aluminiumskikt med en longitudinell svejsning och en skyddande plastskikt. Goda sammanhållning mellan de två plastskikten och aluminiumfolien säkerställs av en specialklistrad lager.

 

Kombinerade rör kompenserar handikappet hos plaströr vad gäller temperaturbeteende och längdutvidgning. Värdena för temperaturbeteende och längdutvidgning närmar sig de värden som anges för aluminium, t.ex. anger företag värden som 0,025 mm/m·K. En annan fördel är att röret kan fästas med större avstånd mellan fästen, eftersom böjningen efter fyllning med vatten är mindre. Dessa rör kännetecknas av relativ stelhet, men behåller samtidigt en betydande böjbarhet. Multilagd rör kopplas ihop mekaniskt eller genom polyfusionssvetsning med rörform. Innan svetsning måste alla lager tas bort för att bara lämna den grundläggande plaströrstammen.

 

 

 

Använd litteratur:

Dušan Petráš: Golvvärme med vatten

Dušan Petráš: Lågtemperaturvärmning och förnybara energikällor