Instalacje wodne i grzewcze w budownictwie zrównoważonym

Instalacje wodne i grzewcze w aspekcie budownictwa zrównoważonego

Instalacje wodne i grzewcze stanowią nieodłączny element każdego budynku. Z tego względu, w budownictwie zrównoważonym coraz istotniejsze stają się materiały z jakich są wykonywane instalacje oraz sposoby ich realizacji. Na wstępie przyjrzyjmy się zatem rodzajom i zapoznamy się z charakterystyką dostępnych na rynku rozwiązań.

Instalacje wodne i grzewcze ze stali

Pierwsze instalacje wodne rurowe wykonywano z gwintowanych luf karabinowych już od ok. 1815 roku. Od tego czasu producenci nieustannie doskonalą trwałość i szczelność systemów instalacyjnych. Przy tym zwracają uwagę na opłacalność, która jest badana dla każdej zmiany technologicznej. Kolejnym etapem po erze rur żelaznych, stalowych, stalowych ocynkowanych, nierdzewnych i miedzianych jest stosowanie do ich produkcji materiałów termoplastycznych. Pomimo tego, że instalacje wodne oraz grzewcze wykonane ze stali są stosunkowo drogie i generują wysokie koszty środowiskowe, ich zastosowanie jest niezbędne w przypadku bardzo wymagających i specyficznych technicznie instalacji.

Instalacje wodne i grzewcze miedziane

Podobnie jest w przypadku rur miedzianych. Instalacje wodne i grzewcze wykonane z miedzi mają dość wysoką cenę, ale ze względu na swoje specyficzne właściwości są wykorzystywane dość powszechnie. Do głównych zalet miedzi w instalacjach wody użytkowej należy jej odporność na wysokie temperatury oraz właściwości bakteriobójcze. Należy jednak zauważyć, że miedź jest podatna na korozję elektromechaniczną, dlatego ważne jest, aby nie była bezpośrednio połączona z innymi metalami.

Ponadto przez instalacje wodne czy grzewcze wykonane z rur miedzianych musi przepływać absolutnie czysta ciecz z uwagi na to, że ten plastyczny materiał nie jest odporny na tarcie. Z tego powodu należy również kontrolować prędkość przepływu wody w instalacji, aby nie przekraczała 3 m/s. Ważne jest również zwrócenie uwagi na jakość rur i złączy miedzianych w instalacjach wody użytkowej. Nie wolno używać nieznanych czy nieoznaczonych normatywnie produktów. Jedynie klasyfikowana miedź instalacyjna spełnia odpowiednie normy i minimalizuje transfer jonów miedzi do wody. Użycie złej jakości materiałów może prowadzić do sytuacji, w której nasz organizm, a zwłaszcza krew, będzie narażony na nadmierną ilość jonów miedzi, co może zakłócić równowagę pierwiastkową i prowadzić do chorób.

Instalacje wodne i grzewcze z tworzyw termoplastycznych

W praktyce, ze względu na koszty, rynek budowlany skłania się ku wykorzystywaniu instalacji z tworzyw sztucznych, chociaż wiedza na temat tych materiałów i ich właściwości jest ograniczona. Pożądana trwałość tworzyw sztucznych, która jest istotna z punktu widzenia wytrzymałości, jednocześnie stwarza pewne problemy w procesie ich usuwania i utylizacji. Jednak im trwalsze jest tworzywo, tym dłużej może służyć, co przyczynia się do zmniejszenia generacji odpadów, a także jest zgodne z interesem inwestora.

Trzy termoplasty – polietylen, polibutylen i polipropylen – są powszechnie znane i konkurują ze sobą jako tworzywa, z których realizuje się kompletne instalacje wodne i grzewcze.

Woda, podobnie jak ogień, ma potencjał zniszczenia każdej budowli. Dlatego też poszczególne systemy instalacyjne muszą spełniać wymagane przez normy parametry, a ich trwałość powinna być potwierdzona. Ponieważ instalacje wodne i grzewcze są podłączane do różnych urządzeń, wszystkie rodzaje złączy, połączeń i całe systemy podlegają rygorystycznym testom. Szczególnie rygorystyczne badania są przeprowadzane w kontekście możliwości wykorzystania tych systemów w instalacjach wody pitnej.

Co ważne, mimo że koszt złączek i rur stanowi zwykle nie więcej niż 0,5% wartości wszystkich materiałów wykorzystanych przy budowie całego budynku, producenci systemów do instalacji wodnych i grzewczych konkurują ze sobą na światowym rynku. W tym przypadku kluczową rolę odgrywają przede wszystkim koszty produkcji. Niestety, ich optymalizacja często nie idzie w parze z jakością danego systemu. Nawet doświadczeni projektanci mają trudności z oceną właściwości kolejnej, nowej rury od danego producenta, która została wprowadzona na rynek jedynie ze względu na niższe koszty wytwarzania. Powstaje wówczas pytanie, czy podczas optymalizacji kosztów produkcji uwzględniono wszystkie wymagane parametry określone przez normy, oraz czy interes końcowego użytkownika jest zachowany.

Instalacje z polipropylenu

Ze względu na niską cenę jednostkową, najpopularniejsze są instalacje wodne wykonane z polipropylenu. Materiał ten jest również wykorzystywany do produkcji rur kanalizacyjnych, rynien, studzienek kanalizacyjnych oraz koryt w systemach odwodnieniowych. Polipropylen, podobnie jak inne tworzywa sztuczne, w przeciwieństwie do stali i miedzi, jest odporny na korozję i nie reaguje chemicznie z wodą instalacyjną. Wyjątkiem są instalacje wykonane z polipropylenu PP 3, dla których ogranicza się zawartość jonów miedzi w wodzie. W celu spełnienia tego wymogu wszystkie kształtki polipropylenowe z zatopionym elementem gwintowym mosiężnym muszą być dodatkowo niklowane. Rury z polipropylenu można łączyć przede wszystkim poprzez zgrzewanie. Połączenia tego typu mogą być wykonane za pomocą zgrzewania kielichowego, elektrooporowego przy użyciu odpowiedniej mufy lub doczołowego.

Instalacje z polietylenu

Rury z polietylenu są stosowane równie powszechnie jak polipropylenowe. Duża liczba instalacji, zwłaszcza przyłączy domowych i rurociągów, jest wykonana z polietylenu. Materiał ten charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością chemiczną i dużą elastycznością. Ze względu na swoją specyficzną budowę, wyróżnia się pięć rodzajów polietylenu – polietylen niskiej (LDPE), średniej (MDPE) i wysokiej gęstości (HDPE), sieciowany (PEX) oraz o podwyższonej wytrzymałości termicznej (PE-RT) dzięki dodatkowym komponentom oktanowym. Warto zauważyć, że większość rur do instalacji centralnego ogrzewania i wody użytkowej wykonana z polietylenu to rury wielowarstwowe. Ze względu na dużą przepuszczalność tlenu przez polietylen, w tych produktach konieczne jest stosowanie barier antydyfuzyjnych.

Popularność polietylenu sprawia, że wiele firm decyduje się na jego użycie przy tworzeniu systemów instalacyjnych. Na rynku istnieje ogromna liczba różnych systemów połączeń, co stwarza pewien problem dla firm instalacyjnych, które muszą wykonywać prace zgodnie z konkretnym projektem uwzględniającym określony system. W większości przypadków specyfika połączenia wymaga użycia specjalistycznych narzędzi, co oznacza, że firmy instalacyjne muszą być wyposażone w różnorodne narzędzia do łączenia różnych systemów. Obecnie najpopularniejszym sposobem łączenia rur PE jest metoda zaciskowa, do której wykonania niezbędne są zaciskarki lub prasy.

Instalacje z polibutylenu

Polibutylen (PB) to materiał termoplastyczny z grupy poliolefinów, charakteryzujący się podobną gęstością do innych tworzyw termoplastycznych, takich jak PP czy PE. Wyróżniają go doskonałe właściwości mechaniczne, wysoka odporność chemiczna oraz niska rozszerzalność termiczna, co sprawia, że jest idealnym materiałem do stosowania w instalacjach c.w.u. PB 4237, ze względu na swoje właściwości, nie wpływa na smak ani zapach przepływających przez niego cieczy, dlatego znakomicie sprawdza się w przemyśle spożywczym.

Podobnie jak PP i PE, PB należy do grupy tworzyw niepolarnych, co oznacza, że jego powierzchnia nie ulega penetracji ani rozpuszczaniu. W przypadku montażu instalacji z polibutylenu sprawdzą się zarówno połączenia mechaniczne, jak i zgrzewane. Elastyczność polibutylenu, nawet w niskich temperaturach, a takżejego stabilność przy wysokich czynią go odpowiednim materiałem zarówno do instalacji domowych, jak i przemysłowych.

Polibutylen, łączy wiele korzystnych cech tj.:

• stabilność wymiarową i długotrwałą żywotność,
• odporność na odkształcenia plastyczne,
• niewrażliwość na gorące media,
• stabilność pod wpływem promieni ultrafioletowych,
• pigmentację zapobiegającą rozwojowi flory bakteryjnej,
• elastyczność, także w niskich temperaturach,
• niska temperatura łamliwości,
• odporność na uderzenia,
• odporność na ścieranie.

Dzięki dużej odporności na wysokie temperatury polibutylen umożliwia stosowanie cieńszych ścianek rur w porównaniu do innych materiałów przy zachowaniu równych funkcjonalności. To z kolei oznacza większe średnice wewnętrzne rur przy tych samych średnicach zewnętrznych, mniejszą prędkość przepływu wody, mniejsze straty ciśnienia oraz niższą masę rur na metr długości.

Instalacje wodne a wymagania rynku budownictwa zrównoważonego

W latach 90. wprowadzenie na rynek płyty gipsowo-kartonowej stanowiło znaczący przełom technologiczny w branży budowlanej. Jednak na początku spotkała się ona z dużą krytyką ze strony tradycjonalistów, którzy byli przywiązani do klasycznych metod i materiałów budowlanych. Mimo to, wraz z upływem czasu i zdobywaniem doświadczenia z użyciem tego typu rozwiązania, nastąpiła zmiana w podejściu i obecnie trudno jest wyobrazić sobie budowę bez wykorzystania płyt gipsowo-kartonowych.

Podobną sytuację można odnieść do systemów instalacyjnych z tworzyw sztucznych. Choć były bardziej uniwersalne, lżejsze i szybsze w realizacji w porównaniu do tradycyjnych rozwiązań stalowych czy miedzianych, niewielu instalatorów decydowało się na wykorzystanie tych materiałów do wykonywania instalacji.

Obecnie na rynku budowlanym istnieje kilka istotnych czynników, które mają wpływ na wybór systemu instalacyjnego i są to trwałość, gwarancja, cena, uniwersalność oraz dostępność na rynku. Wraz z dynamicznym rozwojem branży i pojawianiem się nowych technologii, pojawiają się również nowe wymagania, które także mają znaczący wpływ na wybór rozwiązań.

Wymaganie dotyczące jak największego przepływu jest nowym aspektem, który stał się istotny dla wielu instalacji, zwłaszcza w kontekście energooszczędności. Przykładem są pompa ciepła, gdzie przepływ ma kluczowe znaczenie dla oszczędności energii. Dlatego systemy instalacyjne z zaciskanymi rurami PE, które mają duże przewężenia w złączkach, nie są już preferowane w tego typu realizacjach.

W przypadku pomp układowych lub cyrkulacyjnych, których zadaniem jest pompowanie medium przez rury w instalacji grzewczej, duża liczba przewężeń powoduje, że pompy muszą wykonać dodatkową pracę, aby pokonać opory przepływu. Jest to nieefektywne pod względem energetycznym i prowadzi do wyższych kosztów eksploatacji.

Nowe wymagania w dziedzinie instalacji skupiają się na oszczędności energii, wody, materiałów i surowców energetycznych. W kontekście zrównoważonego budownictwa coraz większe znaczenie przywiązuje się również do trwałości. Wybór trwałych materiałów i urządzeń pozwala na ich dłuższą żywotność, co z kolei przekłada się na redukcję potrzeb produkcyjnych oraz oszczędności w różnych aspektach.

Kolejnym nowym wymaganiem jest szybkość montażu. W obliczu niedoborów pracowników i zwiększonej presji na optymalizację czasu pracy branża instalacyjna poszukuje nowoczesnych rozwiązań technologicznych, które umożliwią efektywne i szybkie wykonywanie prac. Tradycyjne metody, takie jak lutowanie, zaciskanie, zaprasowywanie czy zgrzewanie, są zastępowane innowacyjnymi technikami, np. połączeniami na wcisk (z ang. push fit). Połączenia tego typu są znane od dawna i z powodzeniem stosowane nawet w przypadku instalacji gazowych, gdzie gaz jest uznawany za bardziej niebezpieczne medium niż woda.

Nowoczesne instalacje wodne i grzewcze powinny spełniać precyzyjne zalecenia określone w doktrynie gospodarki zrównoważonej. Te wytyczne koncentrują się na różnych aspektach, które dotyczą produktów, materiałów i surowców wykorzystywanych w budownictwie. W ramach gospodarki zrównoważonej oczekuje się, że systemy instalacyjne będą:

• opłacalne we wszystkich sferach i dla wszystkich uczestników procesu, w tym również dla odbiorcy końcowego. W tym przypadku mają znaczenie aspekty, takie jak trwałość, potwierdzona gwarancja oraz dostępność cenowa;
• zgodne z ideą ochrony środowiska i przeciwdziałania zmianom klimatycznym. Istotne jest, aby systemy miały możliwie najniższy ślad węglowy, który jest badany w cyklu życia produktu (LCCA). Ponadto, powinny być kompatybilne z nowymi i energooszczędnymi technologiami, efektywnie wykorzystywać zasoby (np. minimalizując nakłady pracy na montaż) oraz generować jak najmniejszą ilość odpadów;
• pozbawione socjologicznych ograniczeń, takich jak technologiczne, cenowe, językowe i inne kwestie społeczne. Dodatkowo powinny być wolne od politycznych i sztucznych barier gospodarczych.

W praktyce oznacza to, że potrzebne są systemy instalacyjne nowoczesne technologicznie, dostępne cenowo i trwałe. W trakcie produkcji, montażu, eksploatacji oraz utylizacji powinny one zużywać możliwie najmniej energii i nie generować odpadów szkodliwych dla środowiska.

W obliczu postępujących zmian klimatycznych i degradacji środowiska, systemy instalacyjne rurowe, podobnie jak inne elementy budowlane, muszą spełniać kryteria gospodarki zrównoważonej. Powinny one również dostosowywać się do ogólnych trendów oraz postępu technologicznego.

Jednym z jaskrawych wskaźników rozwoju jest rosnąca popularność pomp ciepła, które według autora artykułu są uznawane za najefektywniejsze urządzenia grzewcze na świecie. Z jednej porcji energii elektrycznej i trzech porcji energii wody, powietrza lub gruntu wytwarzają minimum cztery porcje energii cieplnej, a ich wskaźniki wydajności cieplnej (COP) znacznie przewyższają inne urządzenia. W roku 2022 ustanowiono kolejny rekord pod względem liczby zamontowanych pomp ciepła, a w nadchodzących dekadach montaż tych urządzeń będzie odbywał się z coraz większą wprawą i przy użyciu najlepszych systemów instalacyjnych zapewniających minimalne nakłady pracy na montaż oraz odpowiednie cechy techniczne.

www.nuevaterrain.pl