Padlófűtés

Bár a sugárzó nagyfelületű padlófűtés meleg levegővel a padló csatornáiban már több mint kétezer éve ismert, illetve a beépített fűtőcsövekkel megvalósított melegvizes sugárzó nagyfelületű fűtés (mennyezet, fal és padló) csaknem 100 éve létezik, a gyakorlatban mégis jelentősen túlsúlyban vannak a hagyományos fűtőtestekkel - radiátorokkal - és konvekciós hőleadással működő fűtési rendszerek.

 

Tehát az alapkérdés: miért konvekciós és nem sugárzó fűtés?

 

SUGÁRZÓ FŰTÉS

 

A helyiségek sugárzó fűtésénél a fűtőfelület (test) sugárzó hőáramát használjuk fel, amely közvetlenül, tehát a belső levegő közvetítése nélkül melegíti fel a helyiséget körülvevő épületszerkezeteket, és a hőáramnak csak nagyon kis részét adja le a sugárzó felület konvekcióval közvetlenül a fűtött helyiség levegőjének (ez éppen az ellentéte a konvekciós fűtőtesttel történő helyiségfűtésnek). Ezért a helyiséget alkotó épületszerkezetek belső felületi hőmérséklete sugárzó fűtés esetén magasabb, mint az így fűtött helyiség levegőjének hőmérséklete (ismét a konvekciós fűtés ellentéte).

 

A felmelegített szilárd testek (sugárzó fűtőfelületek) felülete által kibocsátott (sugárzott) hősugarak valójában elektromágneses hullámok, 0,78-400 hullámhosszal, tehát az elektromágneses spektrum infravörös tartományában, 300 000 km/s sebességgel terjedve.

 

 

 

 

HŐTERJEDÉS SUGÁRZÓ FŰTÉS ESETÉN

 

Épületek belső fűtési rendszereinek elméleti tervezésénél mindig meg kell határozni a fűtési teljesítményt, azaz azt a hőáramot, amely a felhasználó számára szükséges hőkomfort biztosításához szükséges.

 

A fűtési teljesítményt a fűtéstechnikában leggyakrabban a fűtött tér (helyiség stb.) hőegyensúlyi feltételeiből számítják ki, állandósult állapotban. Éppen ennél a számításnál alapvetően meg kell különböztetni a konvekciós fűtést (ahol a fűtőtest a hőáramot a fűtött helyiségbe főként konvekcióval adja le) és a sugárzó fűtést, azaz a padlófűtést (ahol a fűtőfelület a hőáramot a fűtött helyiségbe főként sugárzással adja le).

 

A fentiekből következik, hogy sugárzó fűtés esetén a fűtőfelület a hőáramot sugárzással - a helyiség levegőjének közvetítése nélkül - adja le a helyiség körülvevő, lehűlő felületeinek, mivel az effektív hőmérséklet (azaz a környező felületek átlagos hőmérséklete) magasabb, mint a levegő hőmérséklete.

 

Tehát nyilvánvaló, hogy sugárzó fűtés esetén a hő jelentős része sugárzással terjed, és csak kis mennyiség adódik le konvekcióval. Ezért a fűtési teljesítmény kiszámításánál meg kell határozni:

- a sugárzó fűtőfelület hőegyensúlyát,

- a levegő hőegyensúlyát,

- a sugárzó fűtőfelület és a levegő hőegyensúlyát,

- a fűtött tér hőegyensúlyát.

 

A SUGÁRZÓ FŰTÉS TÍPUSAI

 

Napjainkban a sugárzó fűtést a következőképpen csoportosíthatjuk:

- nagyfelületű fűtés (mennyezet-, fal- és padlófűtőfelületek), ismertebb néven padlófűtés

- teljes fűtés felfüggesztett sugárzó panelekkel,

- egyedi fűtés közeli táblákkal (sugárzó panelek),

- fűtés infravörös sugárzókkal.

 

A felosztásból látható, hogy alapvetően a sugárzó fűtőfelület elhelyezhető az épületszerkezetben mint elválaszthatatlan alkotórész (nagyfelületű fűtési rendszerek), vagy önálló fűtőfelületként a térben szabadon elhelyezve (sugárzó panelek, fűtőtáblák, infrasugárzók).

 

Ha ebből a szerkezeti eltérésből indulunk ki, akkor alapvető különbségek vannak a fűtőfelületek felületi hőmérséklete tekintetében is, ami befolyásolja a hőközvetítő közeg megválasztását és annak hőmérséktét, végül pedig a sugárzó fűtőfelület fajlagos hőteljesítményét is.

 

NAGYFELÜLETŰ SUGÁRZÓ FŰTÉS

 

A nagyfelületű sugárzó fűtésnél a fűtőfelület általában a fűtött teret határoló falak egyike: mennyezet, fal vagy padló.

 

A fűtőfelület felületi hőmérséklete viszonylag alacsony kell legyen (40-45 °C mennyezetfűtés, 55-60 °C falfűtés és 25-30 °C padlófűtés esetén), amiből következik, hogy a közeg hőmérséklete is hasonlóan alacsony lesz. A fűtőfelület felmelegíthető:

- meleg vízzel (leggyakrabban),

- meleg levegővel,

- elektromosan (ellenállásfűtéssel).

 

A fentiekből egyértelmű, hogy a nagyfelületű sugárzó fűtési rendszerek alacsonyabb hőközvetítő közeg-hőmérséklettel dolgoznak. Ezek az alacsony hőmérsékletű rendszerek alkalmasak alacsony potenciálú energiaforrásokból - például geotermikus vizekből, napenergiából, esetleg hulladékhőből és környezeti hőből - nyert energia felhasználására. A nagyfelületű fűtésnél a fűtőfelület a fűtött teret határoló falak egyike. A használt felület alapján a nagyfelületű rendszereket a következőkre osztjuk:

- padlófűtés

- mennyezetfűtés

- falfűtés.

 

A hagyományos fűtőtestekkel megvalósított konvekciós fűtéstől a nagyfelületű sugárzó fűtés a hőátadás módjában és a helyiség hőviszonyaiban különbözik. Konvekciós fűtésnél a fűtőtest a helyiség levegőjét melegíti fel, amely a hőt a falaknak adja le. A belső levegő hőmérséklete magasabb, mint a falak hőmérséklete. A helyiségben jellegzetes légmozgás jön létre, amely miatt viszonylag nagy a hőmérsékletkülönbség a mennyezet és a padló közelében lévő levegő között.

 

Nagyfelületű fűtésnél a hőátadás sugárzással és konvekcióval történik. A sugárzási hőrész mennyezetfűtésnél 80%, falfűtésnél 65%, padlófűtésnél 55%.

 

A fűtőfelület konstrukciós kivitele nagyon változatos lehet. Alapvetően két megoldást különböztetünk meg:

- a fűtőfelület beépített, tehát elválaszthatatlan része az épületszerkezetnek,

- a fűtőfelület önálló, felmelegített tábla, amely:

- vagy valamelyik épületszerkezetre van rögzítve,

- vagy szabadon van elhelyezve a fűtött helyiségben.

 

Az első esetben az épületszerkezet felülete csöves regiszterekben áramló meleg vízzel melegszik, amelyek az épületszerkezetbe vannak betonozva. A sugárzó fűtés kivitelezésénél gyakran csak utólag, a kész épületben függesztik fel a fűtőköveket a teherhordó mennyezet alá, és az álmennyezetben egy réteg vakolattal fedik le. A helyiség épületszerkezeteire (vagy szabadon a térbe) elhelyezett sugárzó fűtőtáblák leggyakrabban fém, kerámia vagy üveg kivitelűek. Ezeket a táblákat általában elektromosan melegítik.

 

NAGYFELÜLETŰ PADLÓFŰTÉS

 

Ha a fűtőkígyó (regiszter) a helyiség padlójának része, nagyfelületű padlófűtésről beszélünk. Napjainkban ez egy olyan fűtési rendszer, amely számos pozitív tulajdonsága miatt bizonyos reneszánszát éli, és egyre gyakrabban alkalmazzák lakóépületekben (főleg családi házakban), közintézményekben (óvodákban, bölcsődékben, tornacsarnokokban, uszodákban stb.), de nagy alapterületű csarnokokban is (garázsok, ipari üzemek, mezőgazdasági épületek).

 

A nagyfelületű padlófűtést a múltban a mennyezetfűtés kiegészítéseként alkalmazták, ha a mennyezet felülete nem volt elegendő a hőveszteségek fedezésére. A padlófűtés jelentősebb elterjedését az is akadályozta, hogy a padló felületének alacsony hőmérsékletet kellett tartania, amivel alacsony fűtőteljesítmény is összefüggött. Az új konstrukciók, épületészeti megoldások, az épületek hőtechnikai tulajdonságainak javulása és a fűtési rendszerek kivitelezéséhez használt korszerű konstrukciós anyagok napjainkban lehetővé tették számos padlófűtési rendszer kialakulását.

 

A padlófűtés megválasztását elsősorban maga az épület határozza meg. Ennek olyan hőtechnikai tulajdonságokkal kell rendelkeznie, hogy az átlagos hőveszteség kisebb legyen, mint 20 W/m³, illetve az átlagos éves hőfelhasználás alacsonyabb legyen, mint 70-80 kWh/m². Ebből következik, hogy a minimális energiaigényt elsősorban maga az épület határozza meg, majd az üzemeltetési rendszer, amely lehetővé teszi a hő padlóban való tárolását kb. 4-8 órás hőtehetetlenséggel, valamint magas fokú önregulációt biztosít.

 

A padlófűtéses helyiségek optimális hőállapotát rendszerint 2-4 K-kel alacsonyabb végleges hőmérsékletekkel biztosítják, mint konvekciós fűtésnél, egyidejűleg csaknem ideális vertikális és horizontális hőmérséklet-gradienssel.

 

PADLÓ MELEGVIZES FŰTÉS

 

Az előzőekből nyilvánvaló, hogy a padló melegvizes fűtés a sugárzó fűtési rendszerek közé tartozik, azonban a sugárzási komponens részesedése a fűtőfelület teljes hőátadásából csak valamivel magasabb, mint a konvekciós hőáram (55% : 45%). Ez egyben nagyon kedvezően ötvözi a helyiségbe történő hőátadás mindkét módjának előnyeit.

 

A padló melegvizes fűtés egyben nagyfelületű is, azaz a fűtőcsövek a padlószerkezet részét alkotják. A padló felületének korlátozott hőmérsékletével kapcsolatos higiéniai követelmények miatt, és így a fűtőpadló viszonylag alacsonyabb fajlagos hőteljesítménye miatt, a fűtőcsövek csaknem mindig a teljes padlófelület alatt vannak elhelyezve. Ez rendkívül kedvezően hat a hőátadás egyenletességére a helyiségben, és segít homogén, egyforma hőmérsékletű környezetet kialakítani mind vertikális, mind horizontális irányban.

 

A fűtővíz hőmérséklete általában alacsonyabb, mint 50 °C, így a padló melegvizes fűtésről egyben mint alacsony hőmérsékletű fűtésről is beszélhetünk, ami több előnnyel jár. Egyrészt lényeges hőenergia-megtakarítást biztosít az üzemeltetés során, egyben lehetővé teszi a nem hagyományos, alacsony potenciálú energiaforrások, mint a napsugárzás, a geotermikus vizek energiája, illetve a környezeti hőt felhasználó hőszivattyúk alkalmazását.

 

Éppen ezek a tények sorolják a padló melegvizes fűtést a progresszív fűtési rendszerek közé, garantálva mindhárom E-t, azaz az épületek fűtésének energetikai, környezeti és gazdasági szempontjait is. Másrészt, bár ez a fűtési mód már több mint 2000 éve létezik, éppen napjainkban éri el legnagyobb fellendülését és reneszánszát.

 

Ezért szükséges elméletileg pontosan meghatározni a padló melegvizes fűtés gyakorlati alkalmazásának alapelveit, amelyek a megválasztással, számítással, tervezéssel, elbírálással, konstrukcióval, beépítéssel, szabályozással, üzemeltetéssel és alkalmazásokkal kapcsolatosak.

 

ÉPÜLETEK MEGVÁLASZTÁSA PADLÓFŰTÉSHEZ

 

Mivel nem minden épület alkalmas a padlófűtési rendszer alkalmazására, elengedhetetlen, hogy az épület megválasztásánál biztosítsák a következő követelményeket:

- hőtechnikai,

- higiéniai,

- energetikai.

 

 

A DÖNTŐ HŐTECHNIKAI MENNYISÉGEK MEGHATÁROZÁSA

 

Az épületszerkezetek és épületek hőtechnikai tulajdonságait a következő mennyiségek biztosítják:

- az épületszerkezetek hőellenállása,

- az épületszerkezetek hőmérséklet-csillapítása,

- a padlószerkezetek hőfelvevő képessége,

- a lecsapódott és elpárolgott vízgőz mennyisége az épületszerkezetekben,

- az épületszerkezetek levegőáteresztő képessége, illesztéseik hézagai,

- a helyiség hőstabilitása,

- a fűtés energiafelhasználása.

 

Az épületszerkezetek és épületek tervezésénél a belső környezet meghatározott állapotára vonatkozóan a STN 73 0540 szabvány 3. cikkelye szerinti minimális belső felületi hőmérséklet, illetve a STN 73 0540 szabvány 21. cikkelye szerinti maximális fűtési energiafelhasználás követelményei érvényesek.

 

 

FŰTŐCSÖVEK

 

A fűtőpadló legfontosabb eleme a fűtőcső, ezért részletesebben jellemezzük:

- a fűtési célú csöveket,

- a padlófűtéshez használt csöveket.

 

 

 

 

FŰTÉSI CÉLÚ CSÖVEK

 

Napjainkban a központi fűtésnél leggyakrabban a következő csőmateriálokat használjuk:

- fémcsövek,

- műanyag csövek,

- kombinált csövek.

 

 

FÉMCSÖVEK

 

Használatos a (fekete) acél, horganyzott acél, korrózióálló acél és réz. Változatos a szerelvények és kötőelemek anyaga is (temperöntvény, sárgaréz, bronz, vörösöntvény stb.). A materiálok sokfélesége okozza az érintkezési korróziót, amely nagy hatással van a fűtőberendezés élettartamára.

 

a) Acélcsövek

A klasszikus csőmateriálok közé tartoznak. Túlnyomórészt simafalú, varrat nélküli acélcsöveket használnak. A kötés a hegesztésen alapszik, a csővezeték térbeli irányváltozásait meleg hajlítással alakítják ki. Menetes kötéseket csak szerelvények és fűtőtestek csatlakoztatására használnak. Több mint száz éves tapasztalatnak köszönhetően a hiányosságok többségét sikerült megszüntetni. Csak a hegesztési munka nagy igényessége maradt fenn. Éppen ez a körülmény áll szemben a vékonyfalú zárt téglalap keresztmetszetű acélprofilok bevezetésével, mivel a tükörvarrat nem kedvelt és ma már nem gyakori.

 

b) Horganyzott acélcsövek

A horganyzott acélcsövek egyike a legrégebbi csőmateriáloknak, amely azonban kifogástalan szakmai feldolgozást igényel. A horganyréteg vastagsága és minősége nem mindig egyenletes. Modern menetmetsző szerszámok használatakor a menet kialakításánál gyakran jelentős lokális gyengülés jön létre a cső teherhordó részén. Ez a körülmény a horganyzott felület megszűnésével együtt a résrozsdásodás oka. Mivel a csavarozott kötések szakértelmet igényelnek és időigényesek, lehetőség szerint hegesztéssel váltják fel. Megállapítható azonban, hogy a vastagfalú csövek használatával ez a technika visszaszorulóban van.

 

c) Rozsdamentes csövek

Az látszólag ideális rozsdamentes csővezeték a kivitelezés során a kötési problémával ütközött. A hegesztés ebben az esetben rendkívül speciális technológiai eljárást igényel, mert ellenkező esetben nem kívánt transzkristalikus deformációk keletkeznek. Ugyanígy az ezüstforraszos hegesztésnél gyakran fennáll a korrózió veszélye a folyasztóanyag és a rozsdamentes felület érintkezési zónájában. Csak a hetvenes évek elején jött el a fordulat, amikor a Mannesmann cég kifejlesztette a rozsdamentes csövek kötését hasonló rozsdamentes anyagú préselt hüvelyekkel.

 

Ez a kötési technika fokozatosan elterjedt más csőfajtáknál is (pl. műanyag csöveknél, ahol többnyire bronz préselt hüvelyeket használnak). A hüvely speciális kézi elektromos szerszámmal történő préselésénél kb. 6 másodperc alatt vízzáró kötés keletkezik a cső és a hüvely között. Az egyetlen gyenge pontnak tűnik a hüvely végén elhelyezett, préselt tömítő o-gyűrű, amely rendszerint butilkaucsukból van. A vélemények megoszlanak ennek az anyagnak az élettartamáról, és eddig még nincs elegendő hosszú távú tapasztalat.

 

d) Rézcsövek

A réz a legnemesebb csőmateriálok közé tartozik. Alapvetően szükséges azonban a fűtővízbe adott inhibitor adagolásának betartása. A víz és a rézfelület reakciójánál egyrészt kupri-oxid védőréteg jön létre, másrészt réz-ionok szabadulnak fel. Ha tudatlanságból vagy szükségszerűségből a rézvezeték szakasza után acél (esetleg akár horganyzott) vezeték vagy alumínium van elhelyezve, ennek a felületnek intenzív korróziós károsodása lép fel. Itt megfelelő inhibitor segíthet.

 

Nagyon fontos munkafolyamat a rézvezeték összekötése. Nagyon előnyösen puhaforrasztással vagy keményforrasztással köthető össze. Puhaforrasztás a felhasznált forrasz típusa szerint 230-240 °C hőmérsékleten, keményforrasztás pedig 710-730 °C hőmérsékleten történik. Ezeket a hőmérsékleteket mindig feltétlenül be kell tartani. Csak vízben oldódó folyasztóanyagokat használnak, amelyek maradványait a csővezeték átmosásával eltávolítják.

 

Ha a kötési feltételeket betartják, és minimum 99,9%-os réztartalmú dezoxidált rézt (SF-Cu) használnak, garantált a magas korrózióállóság és a vékonyfalú csövek elegendő szilárdsága is. A beépítés viszonylag egyszerű és gyors. A csővezeték akár 4 MPa-os üzemi nyomásig és 150 °C-os üzemi hőmérsékletig alkalmazható.

 

 

MŰANYAG CSÖVEK

 

A központi fűtésre alkalmas csövek közül meg kell különböztetni a padlófűtési rendszereket és a klasszikus rendszereket. A padlófűtési rendszerek ugyanis nagy hajlékonyságot igényelnek a csőhurkoknál, és ezen kívül kevésbé vannak hőterhelésnek kitéve, ellentétben a klasszikus fűtési rendszerekkel.

 

Padlófűtéshez tehát a PB, PE-X, PVC-C, PP-R típusok alkalmasak. Ezzel kapcsolatban figyelembe kell venni, hogy a PVC típus maximális üzemi hőmérséklete csak 60 °C, a PVC-C-nél tartós 90 °C, rövid ideig pedig 110 °C. Hasonló tartomány érvényes a PB, PE-X és PP-R esetén is. Külön helyet foglal el a PVDF, amely akár 140 °C-ig alkalmazható. Az egyes értékek folyamatosan finomodnak. Például ismert volt, hogy a halogének (fluor, klór, bróm, jód) reagálnak a PE-vel, és molekuláris változásokat okoznak, ami az anyag ridegségét és szilárdságvesztését eredményezi már 20 °C-on. Az USA-ban most megállapították, hogy a PB elöregedik és tönkremegy hosszú távú használat esetén klór hatására. Ez a megállapítás azonban nem alkalmazható teljes mértékben a mi körülményeinkre, mivel a víz klórkoncentrációja az USA-ban messze magasabb (akár 2 ppm).

 

A műanyag csővezetékek fő előnye az egyszerű és gyors beépítés. Kötésük ragasztással (PVC), hegesztéssel (PB, PE, PP), vagy csonkokkal és csavaros kötőelemekkel (PB, PE-X, PP) történik.

 

A műanyag csővezetékek fő hátránya a kis nyomásállóság magasabb hőmérsékleteken, a kis merevség (térbeli formatartás) és főleg a nagy hőtágulás. A korrózióálló acélhoz képest a hőtágulás PB esetén 10-szeres, PP esetén 12-szeres, PE esetén 14-szeres, PE-LO esetén akár 23-szoros is lehet. Ezt a körülményt figyelembe kell venni a műanyag csővezetékek felfüggesztésének és vezetésének megoldásánál. Folyamatos alátámasztás és a hőtágulás kompenzációval történő kiküszöbölése nélkül a műanyag csővezetéket egyáltalán nem szabadna beépíteni.

 

TÖBBRÉTEGŰ CSÖVEK FÉMBETÉTTEL

 

A fejlesztés más iránya abból a felismerésből indult ki, hogy a fém 100%-ban véd az oxigén diffúziója ellen. Ez alapján fejlesztették ki a fémbetétes többrétegű műanyag csöveket. Eddig két alapvető típus terjedt el a legjobban:

a) Az egyik típusban belülről kb. 0,5 mm vastag, hosszanti irányban hegesztett alumínium köpeny van beépítve. Ezek a csövek a következőkből állnak: belső műanyag köpeny (PB, PE-HD, PE-X, PP-R), közbenső adhéziós réteg, hegesztett alumínium köpeny, ismét közbenső adhéziós réteg, és a külső műanyag köpeny.

b) A másik típus egy normál műanyag csőből fejlődött ki, amelyet kb. 0,2 mm vastag alumínium fóliával szorosan körbecsavartak, mindkét oldalon adhéziós réteggel bevonva, és a külső védelem érdekében gyengébb műanyag réteggel ellátva.

 

A műanyag és fém kompozitja nem csak alumíniummal alakítható ki. A vékonyfalú rozsdamentes acélcsőbe adhéziós réteggel bevont műanyag cső helyezhető, amelyet utólagos hőkezeléssel az acél köpenyre préselnek. A fémbetétes többrétegű csővezetékek minimalizálják a hőtágulást olyan értékekre, amelyek megközelítik az alumínium értékeit. Stabilabbak, ami lényegesen csökkenti a szükséges rögzítők számát.

 

Ez a csővezeték csavaros kötőelemekkel, préselt hüvelyekkel vagy közvetlen préseléssel köthető össze. A csővezetékek élettartamát két alapvető feltétel határozza meg. Először meg kell akadályozni a víz, illetve légnedvesség bejutását a többrétegű csővezeték homloklapjának vágott felületére (megakadályozni a víz és az alumínium érintkezését), másodszor pedig el kell kerülni az elektrosztatikus korrózió lehetőségét a sárgaréz vagy vörösöntvény és az alumínium között.

 

 

CSÖVEK PADLÓFŰTÉSHEZ

 

Az előző részből nyilvánvaló, hogy a központi fűtéshez alkalmazható csőmateriálok skálája nagyon széles, de a padlófűtéshez főleg a következők alkalmasak:

- réz,

- műanyagok,

- kombinált csövek.

 

 

RÉZCSÖVEK PADLÓFŰTÉSHEZ

 

A réz munkaanyagként döntően befolyásolta a kultúra történetét. Mivel a természetben tiszta állapotban is előfordul, fémként már ősidők óta feldolgozható volt. Az ókori Egyiptomban a rezet fizetőeszközként használták. Az első feljegyzések rézvízvezetékekről már i.e. 2500-ból ismertek, amikor kalapált rézlemezeket helyeztek el Sahure sírjában Egyiptomban.

 

1900 körül a rezet minőségi tetőfedő anyagként kezdték használni, főleg jelentős reprezentatív épületeken és templomokon. 1933-ban megtiltották ennek az anyagnak a nem stratégiai célú felhasználását. Nyugat-Európában 1965-ben oldották fel ennek az anyagnak a fűtési és szerelési célú felhasználását. Sajnos a keleti blokk ezt az anyagot továbbra is csak stratégiai célokra használta.

 

A réz sokoldalú felhasználása főleg a feldolgozott anyag magas minőségének köszönhető, amellyel kapcsolatban magas követelményeket állítanak:

- minimális beépítési költségek,

- stabil funkcionális és üzemi biztonság,

- hosszú élettartam.

 

A rézcsővezeték-beépítések legjelentősebb előnyei közé tartoznak:

• magas korrózióállóság, amely az acélcsövekhez képest a következőket eredményezi

- minimális falvastagságok,

- minimális folyóméterenkénti tömeg,

• nagy anyagszilárdság,

• egyszerű és gyors beépítés, kis helyszükséglettel,

• jó alkalmazkodóképesség az építési feltételekhez, ezért rendkívül alkalmas utólagos beépítésre is,

• egyszerű és biztonságos kötési technika (csavaros kötések nélkül),

• baktericid hatás,

• nincsenek lerakódások a csövekben (a rézcsövek nem szennyeznek be), így biztosítva vannak a magas átfolyási teljesítmények, kis nyomásesések,

- lehetőség a csövek pontos belső átmérőjének meghatározására,

- jó hővezető képesség,

• az anyag környezetbarát jellege (100%-ban újrahasznosítható, hulladékmentes technológia).

 

A rézcsövek gyártásához használt anyag dezoxidált réz (SF-Cu), minimum 99,90% tisztaréz tartalommal.

 

Alapvetően a rézcsövek kötésének két típusát különböztetjük meg:

1. Oldható kötések

• Anyacsavar

-kónikus/kónikus,

-kónikus/kör alakú,

-lapos tömítés.

• Anyacsavar szorítógyűrűvel

-fém tömítés,

-lágy tömítés.

• Csővezeték-kötőelemek.

• Peremes kötések.

2. Oldhatatlan kötések

• Puhaforrasztás.

• Keményforrasztás.

• Préselés.

• Hegesztés.

 

A csövet speciálisan a padlófűtés vezetékeihez és fűtőtestek csatlakoztatásához fejlesztették ki, egy- és kétvezetékes fűtési rendszerekhez. A rézcsövet PVC védőburkolat vonja be, amely részben lehetővé teszi a hőtágulást, és megvédi a csövet a betonkeverékek, illetve vakolatkeverékek fizikai és kémiai hatásaitól.

 

Napjainkban Nyugat-Európában nincs olyan más beépítési anyag a lakóépület-installációkban, amely olyan elterjedt lenne és annyira sokoldalúan alkalmazható lenne, mint a réz. Németországban jelenleg kb. 70%-a a beépítéseknek rézcsőből készül, Nagy-Britanniában pedig akár 90-95%-a.

 

MŰANYAG CSÖVEK PADLÓFŰTÉSHEZ

 

A műanyagok alapvető építőelemei a szén (C) és a hidrogén (H). Az előállításnál három alapvető folyamatot alkalmaznak: polimerizáció, polikondenzáció, poliaddíció.

 

Polimerizáció útján a monomerekből energia, katalizátorok és más adalékok hatására polimer keletkezik. Polimerizációval készül például a polietilén és a polipropilén.

 

Polikondenzáció útján nagy számú, több alacsony molekulasúlyú anyag molekulájából új anyag keletkezik. Polikondenzációval készül például a fenol-formaldehid gyanta. A poliaddíció szabálytalan polimerizáció. Poliaddícióval készül például a polikarbonát.

 

A polimereket két csoportra oszthatjuk:

• homopolimerek, amelyek makromolekuláris lánca szabályosan ismétlődő, azonos molekulákból áll,

• kopolimerek, amelyekben az alaplánchoz más molekulafajták egységei kapcsolódnak. A makromolekulák térbeli elrendeződése szerint lineáris és elágazó polimereket különböztetünk meg.

 

A technológiai feldolgozás módja és a műanyagok meleg hatására mutatott viselkedése szerint termoplasztokra, hőre nem lágyuló műanyagokra (duroplasztokra) és elasztomerekre osztjuk fel őket.

 

A termoplasztok tulajdonságait a makromolekulák rendezettsége vagy rendezetlensége befolyásolja. A részben kristályos műanyagok hajlékonyak és szívósak. Az amorf műanyagok ezzel szemben keménynek és ridegek. A termoplasztok hőre visszafordíthatóan feldolgozhatók és alakíthatók.

 

A duroplasztok (termoszetek) sem hővel nem alakíthatók, sem hegeszthetők. Ennek a csoportnak egyértelmű képviselői a gyanták. A duroplasztok között külön csoportot alkotnak a termoelasztok, amelyek megtartják a hajlékonyságukat, de hővel nem alakíthatók és nem hegeszthetők. A termoelasztok fő képviselője a keresztkötött polietilén.

 

Az elasztomerek mechanikai terhelés hatására jelentősen deformálódnak. A terhelés megszüntetése után visszatérnek az eredeti állapotukba. Hővel nem alakíthatók és nem hegeszthetők. Ebbe a csoportba tartoznak a szintetikus kaucsukok.

 

 

A fűtésben alkalmazott műanyagok típusai

 

Az itthon fűtési beépítéshez használt műanyagok főleg a PEX, PP-B, PP-R, C-PVC, PB és PVDF.

 

A polipropilén blokk-kopolimer (PP-B) 20-30% etilén-komponenst tartalmaz, amely nagyobb hajlékonyságot és szívósságot biztosít alacsony hőmérsékleten (-20 °C-ig). Nyomásmentes hőállósága 90 °C-ig terjed. Az ebből a műanyagból készült csővezeték padlófűtésre alkalmas. Hegesztéssel vagy mechanikus kötőelemekkel köthető össze.

 

A polipropilén statikus kopolimer (PP-R) főleg a szaniter technika számára fejlesztették ki. Jó nyomásállósággal jellemezhető magasabb hőmérsékleten is, és mind padlófűtésre, mind központi fűtésre használják. Nyomásmentes állóképessége meghaladja a 100 °C-ot. Mechanikus kötőelemekkel, tompahegesztéssel vagy polifúzióval köthető össze.

 

A polibutilén (PB) igen hajlékony, és magas molekulasúllyal rendelkezik. Nagy szilárdsága mellett feszültségrepedés-ellenállással is jellemezhető. Nyomásmentes hőállósága meghaladja a 100 °C-ot, -18 °C-on ridegé válik. Padlófűtés és központi fűtés vezetékeinél alkalmazzák. Mivel jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkezik, vékonyabb falú csövekben gyártják, mint más műanyag csöveket. Mechanikus kötőelemekkel, tompahegesztéssel vagy polifúzióval köthető össze.

 

A klórozott polivinilklorid (C-PVC) fokozott klórtartalommal rendelkezik, amely higiéniai szempontból nem jelent akadályt a meleg víz szállításánál az ebből a műanyagból készült csővezetéken. Nyomásmentes hőállósága meghaladja a 100 °C-ot. Ez a műanyag különböző módokon készül, ezért tulajdonságai gyártónként némileg eltérhetnek. Ragasztással köthető össze, ám csak azonos gyártótól származó csöveket és szerelvényeket szabad összeragasztani az ajánlott ragasztóval.

 

A polivinilidén-fluorid (PVDF) magas mechanikai szilárdsággal és jelentős magas hőmérsékletű állóképességgel rendelkezik. Emellett jól feldolgozható. A felhasználási hőmérséklet-tartomány -40 és +140 °C között mozog. UV- és gamma-sugárzásnak ellenáll, így jó öregedésállósággal rendelkezik. Ugyanígy kopásálló, fiziológiailag ártalmatlan és nehezen éghető. Ára viszonylag magas. Polifúzióval, infravörös sugarakkal, tompahegesztéssel vagy mechanikus kötőelemekkel köthető össze.

 

A műanyagok tulajdonságai

 

A műanyagok tulajdonságai közül, amelyekre feltétlenül figyelnünk kell, tartoznak: a hőállóság, éghetőség, vízfelvevő képesség, elektromos vezetőképesség, hővezető képesség és hőtágulás.

 

Az a hőmérsékleti határ, amelyen a polimer szerkezetváltozás nélkül olvad és megpuhul, a hőállóság határa. Ha a műanyagot tovább terhelnénk hővel, a mechanikai-fizikai tulajdonságok megváltoznának, és fokozatosan a polimerek degradációja, azaz tönkremenetele következne be. Ha a fűtésben történő beépítéshez tervezett csővezetékek hőállóságát vizsgáljuk, bizonyos elővel kell eljárnunk, mert helytelen hegesztésnél lokális túlmelegedés miatt részleges degradáció következik be.

 

A műanyagok öregedésének megakadályozása vagy csökkentése céljából a polimerekhez stabilizátorokat, pigmenteket és antioxidánsokat adnak. Öregedési folyamatnak nevezzük a műanyagok mechanikai tulajdonságainak visszafordíthatatlan változásait, amelyeket oxigén, hőmérséklet és UV-sugárzás hatása okoz. Az öregedés a hőmérsékleti degradációhoz képest lassan zajlik.

 

A műanyagok korróziója először a műanyagok belsejében, majd később a felületen is megjelenik. A műanyagok korróziója az összetétel és a tulajdonságok változásában mutatkozik meg. A változást kémiai és fizikai hatások okozzák. Negatív hatással lehetnek egyes fémes materiálok is, mint a réz, kobalt és ötvözeteik. A fém és bizonyos műanyagok érintkezésénél termooxidáció következik be, amelyet fémionok katalizálnak, és a műanyagok szerkezetének károsodásában mutatkozik meg. Ezért olyan kötőelemeket és átalakítókat kell használni megfelelő felületkezeléssel, amelyeket a műanyag csővezeték gyártója javasol. A műanyagok feszültség hatására bekövetkező korróziója apró repedések keletkezésében mutatkozik meg. A műanyag termékeknél nem kell figyelembe vennünk a méretezési tolerancia és a mechanikai tulajdonságok nedvesség hatására bekövetkező változásait. A műanyagok nem nedvesíthetők, vízfelvevő és nedvességfelvevő képességük nagyon alacsony. A műanyagokat általánosan szigetelőnek tekintjük, elektromosan nem vezetőnek. Más tény, hogy a szemcsés anyagokat vagy gázokat szállító műanyag csővezetékeknél sztatikus elektromos kisülés jelenhet meg. A felületi ellenállás kb. 10¹⁴ ohm körül mozog, és a felület szennyezettségének fokától, illetve a levegő páratartalmának százalékától függ.

 

A csővezetékrendszer tervezése szempontjából nagyon fontos a hőtágulás. A hőtágulás műanyagoknál tízszer nagyobb, mint acélnál vagy réznél. Ha a tervező ezt a műanyagok tulajdonságát nem veszi teljes mértékben figyelembe, sok problémát okoz magának, amely csak a csővezeték újbóli lefektetésével szüntethető meg.

 

A műanyagok hővezetési tényezője nagyon alacsony, ez a tény azonban nem jogosít fel arra, hogy elutasítsuk a hőszigetelést a műanyag csővezetéknél. A műanyag csővezeték nem sorolható a hőszigetelők közé, és sok műanyag vezeték egyenesen igényli az általános szigetelő védelmet.

 

 

A műanyag csővezeték használatánál alkalmazott alapadatok

 

Fontos tényező, amely befolyásolja a műanyag csővezeték felhasználását, az élettartama. Régen 50-60 éves élettartamról beszéltek, az üzemi feltételektől és a felhasznált műanyag fajtájától függetlenül. Most nyilvánvaló, hogy ezt az élettartam-határt lejjebb kell csökkenteni, és nagyon szigorúan kell megítélni a felhasznált műanyaggal és az üzemi feltételekkel összhangban, amelyeknek a műanyag ki van téve. Üzemeltetés során a műanyag csővezeték egyszerre van kitéve az üzemi nyomás és üzemi hőmérséklet terhelésének. Mivel a nyomás és a hőmérséklet egyidejű hatása igen fontos tényező, a gyakorlatban meghatározzák a vezeték minimális élettartamát. Ezt az élettartamot a fent említett két paraméter függvényében, kísérletileg meghatározott izotermák alapján határozzák meg. A cső falában lévő feszültség, amelyet az y-tengelyen ábrázolnak, egyenesen arányos a cső külső átmérőjével, a falvastagsággal és a belső túlnyomással, és fordítottan arányos a falvastagság kétszeresével.

 

A műanyag csöveket a következő sorban gyártják: PN2,5 PN4 PN6 PN10 PN12,5 PN16 PN20 PN25.

 

A PN rövidítés után álló szám a maximális üzemi nyomást (Pa) határozza meg 30 °C-ig terjedő vízhőmérséklet mellett, 50 éves időtartamra. Ebből következik, hogy tervezett magasabb hőmérsékletekhez ugyanazon nyomás és élettartam mellett magasabb nyomásfokozatot kell választani, mivel a víz hőmérsékletének növekedésével a maximálisan megengedett üzemi nyomás csökken.

 

A műanyag csöveket milliméteres sorban jelölik. A jelölésnek tartalmaznia kell: a gyártó nevét, az anyag megjelölését, a külső vagy belső méretet x falvastagságot, az üzemi nyomást/hőmérsékletet, a gyártás dátumát, a cső nevét, illetve nyilvántartási számát.

 

Összeköthetjük a műanyag csővezetékeket egymással, a műanyag csővezetéket más materiálú vezetékkel, csöveket szerelvényekkel, csöveket armatúrákkal vagy csöveket berendezésekkel. Ehhez a csővezetékek kötésének teljes rendszerét használják. A kötéseknek meg kell felelniük bizonyos követelményeknek, ezért nyomás-, hőmérséklet- vagy kémiai hatásállóság szempontjából ellenőrizzük őket, miközben a kötés funkcionalitását és tömítettségét igényeljük.

 

 

Oxigéndiffúzió a műanyag csövek falain keresztül

 

A fűtési poliolefin csövekről gyakran vitatkoznak, ezek a teljes rendszer minőségének mércéjeként és annak megkérdőjelezésének célpontjaként szolgálnak. Ezért fokozott figyelmet kell rájuk fordítani.

 

Aktuális probléma, amelyre napjainkban fokozott figyelmet fordítanak, az oxigén diffúziója a műanyag csövek falán keresztül.

 

Megállapították, hogy a levegő oxigénmolekulái áthatolnak a műanyag rácsán, amíg a fűtővízbe nem kerülnek. A folyamatosan oxigénnel telítődő fűtővíz ezután nagyon agresszívvá válik a fémekkel szemben. A behatoló oxigén mennyisége a műanyag típusától és a hőmérséklettől függ. Továbbá megállapították, hogy a magasabb hőmérsékleten fellépő nyomásváltozások fáradási felületi repedések kialakulásának hajlamát okozzák, ami növeli az oxigéndiffúziót. Mivel a kisebb atomsugarú molekula könnyebben diffundál a nagyobb atomsugarú atomokból álló rácsba, elsőként a műanyagok keresztkötéséhez jutottak. Sikerült így csaknem kizárni a fáradási repedések keletkezését, de az oxigéndiffúziót teljesen nem sikerült megakadályozni. Ezért a fejlesztés további iránya a műanyag csövek teljes felületének speciális polimer réteggel történő bevonásához vezetett, amely diffúziógátló funkciót tölt be. E gát hatékonysága és élettartama azonban a felhasznált polimertől függ.

 

Az oxigéndiffúzió korlátozható a fűtőkörök szivattyús körtől való elválasztásával, a csövek falvastagságának növelésével, vagy oxidáló anyag hozzáadásával a fűtővízhez.

 

Végül el kell mondani az alapelvet, hogy ennek a problémának az oka a padlófűtési rendszer üzemi állapota, amely egyszer és mindenkorra szilárdan beépült a padlószerkezetbe. Ezért igyekeznek meggyőzni az ügyfelet és a felhasználót a fűtési rendszer megbízhatóságáról és biztonságáról, hogy ne kelljen félnie az esetleges csővezeték-károsodásoktól. Az egyik hagyományos ok a fűtési rendszer szerelvényeinek és berendezéseinek fém részeinek korróziója, mivel a csövek műanyagból vannak.

 

A megoldást tehát a következőképpen találták meg. A renomé cégek alapvetően sárgarézből készült fém részeket használnak, ami minimalizálja a korrózió lehetőségét. Továbbá, a szennyeződések - főleg a hőforrásból eredő, alacsony hőmérsékletű korrózió lehetőségének kitett - szállításának lehetősége ellen a fűtési rendszer hőcserélőn keresztüli bekötése kezd érvényesülni, azaz az elsődleges kazánkör elválasztása a másodlagos, padlófűtő felület körétől. Végül, a lehető legnagyobb biztonság érdekében, igyekeznek kizárni az oxigén közvetlenül a műanyag csövek falán keresztül történő bejutásának lehetőségét, azaz egy további fedőréteg - oxigéngát - segítségével. Ismertek már olyan extrém megoldások is, ahol egy harmadik réteget is hozzáadnak, fémes alapon.

 

Így az oxigéndiffúzió problémája mindig főleg a konkrét felhasználási körülményektől, valamint a beruházó fizetőképességétől függ majd. Németországban, ahol a padlófűtés a legelterjedtebb, a cégek kb. 60%-a ajánl oxigéngátas csöveket.

 

Fontos azonban, hogy napjainkban, a konkrét gyakorlati esetek hiánya miatt, folyamatosan zajlik a kutatás az oxigéngát alkalmazása nélküli megoldás irányában.

 

 

Trendek a műanyagok alkalmazásában

 

Németország - a teljes piacot kb. 230 millió m csőre becsülik, amelyből több mint fele réz, a műanyagok közül leginkább a keresztkötött PE-t (70%) használják, majd a PPC-t (15-20%) és a PB-t (5-10%),

Ausztria - az acél és a réz több mint 55%-ot tesz ki, a többi műanyag,

Svájc - a műanyagok a piac akár 74%-át teszik ki, főleg padlófűtésre használják, felhasználás 4,6 m/lakos (évente, max. PEX; a PPC és PB 4-szer alacsonyabb, mint a PEX),

Hollandia - a műanyagok 10%-a a szaniter technikában, 10%-a a központi fűtésben, ahol a PEX 60%, a PP és PB jelentősen kevesebb (1-2%).

 

A műanyagok épületekben történő csővezeték-alkalmazásánál 50-55 éves élettartammal számolnak, azaz az installáció egyszeri cseréjével az épület élettartama során.

 

A műanyag piac fejlődése Németországban, Ausztriában és Svájcban megerősíti a teljes egyenrangúságot a hagyományos fém alapú és a műanyag alapú csővezetékrendszerek között, amelyek részesedése 40-75% között mozog.

 

A csővezeték-materiálok gyártásában általánosan a keresztkötött polietilén a domináns, kb. 70%-kal, míg a polipropilén és a polibuten egyenrangú sorrendben követi.

 

 

KOMBINÁLT CSÖVEK PADLÓFŰTÉSHEZ

 

Az utóbbi években nálunk kezdik alkalmazni a többrétegű csővezetéket, azaz a nem egyforma materiálokból összeállított csővezetéket. A többrétegű cső alapvető műanyag csőből, hosszanti irányú hegesztett varratú alumínium köpenyből és védő műanyag rétegből áll. Mindkét műanyag réteg és az alumínium fólia jó összetartását speciális adhéziós réteg biztosítja.

 

A kombinált csövek kompenzálják a műanyag csövek hátrányát a hőtágulás tekintetében. A hőtágulási értékek megközelítik az alumíniumnál megadott értékeket, például a cégek 0,025 mm/m/K értéket adnak meg. Továbbá előnyt jelent, hogy a csővezeték nagyobb távközzel rögzíthető, mert vízzel megtöltve kisebb az elhajlás. Ezek a csővezetékek viszonylagos merevséggel jellemezhetők, de egyben jelentős hajlékonyságot is megtartanak. A többrétegű csővezetékeket mechanikusan vagy polifúziós hegesztéssel szerelvényekkel kötik össze. Hegesztés előtt minden réteget el kell távolítani az alapvető műanyag csőig.

 

 

 

Felhasznált szakirodalom:

Dušan Petráš: Padló melegvizes fűtés

Dušan Petráš: Alacsony hőmérsékletű fűtés és megújuló energiaforrások