Rohrleitung

Zu Beginn der Planung wird eine Spezifikation erstellt, die in diesem Fall Rohrklasse genannt wird. Sie ist für die Auswahl der Rohrleitungskomponenten entscheidend und bestimmt sich in der Regel nach folgenden Auslegungsbedingungen:

• Medium
• Temperatur
• Druck
• Massendurchsatz
• Wirtschaftlichkeit
• Ersatzteilverfügbarkeit

Abhängig vom gewünschten Massenstrom und dem maximal akzeptierten Druckverlust (bei maximal vorgesehener Strömungsgeschwindigkeit) wird ein bestimmter Rohrquerschnitt errechnet. Bei der Auswahl des Rohres wird der berechnete bzw. – falls nicht standardmäßig vorhanden – der nächsthöhere Nenninnendurchmesser gewählt. Nenndurchmesser sind eine normierte – und optimierte – Stufung von Rohrinnendurchmessern, um die Variantenvielfalt der eingesetzten Rohre zu minimieren.

Der Druckverlust ist ein wesentliches Kriterium für die Auslegung einer Rohrleitung. Der Druckverlustwert reagiert sehr empfindlich auf Änderungen des Rohrleitungsinnendurchmessers. Der Strömungsdruckverlust einer Rohrleitung ändert sich bei gegebenem Durchsatz mit der vierten Potenz des Durchmessers.

Die wirtschaftliche Abmessung mit minimalen Kosten ist erreicht, wenn die folgenden Eigenschaften optimal ausgeglichen sind. So ergeben sich aus einer größeren Abmessung sowohl

• Vorteile
  • geringerer Druckverlust,
  • geringeres Strömungsgeräusch,
  • größere Spannweite der Rohrbefestigung (weniger Befestigungsbohrungen),
  • geringerer Energieaufwand des Rohrleitungstransportes als auch

• Nachteile
  • gegebenenfalls größerer Wärmeverlust,
  • höhere Investitionskosten,
  • größerer Platzbedarf,
  • größere Masse (Gewicht),
  • geringere Flexibilität (z. B. Elastizitätsmodul und Festigkeit bei Kunststoffrohren),
  • höhere Kräfte aus Dehnungen durch Temperatur.

Um den Druckverlust durch Rohrreibung, lokale Druckstöße und Fließgeräusche zu beschränken und Kavitation bei Flüssigkeiten zu vermeiden, sollten bestimmte Strömungsgeschwindigkeit in Rohrleitungen nicht überschritten werden.

Ausschlaggebend für die Dimensionierung ist die wirtschaftliche Geschwindigkeit. Sie ergibt sich aus dem Optimum der Summe aus den Investitionskosten für die Rohrleitung, den Investitionskosten der Maschinenanlage (Pumpen, Verdichter) und den Energie- und Wartungskosten über die gesamte Betriebszeit.

Neben Eigenschaften des Mediums, Rohrprofil, -verlauf und Oberfläche der Rohrwandung ist die Strömungsgeschwindigkeit entscheidend für die Ausbildung einer laminaren oder turbulenten Strömung.

Für die Rohrleitungskomponenten gibt es viele für die Hersteller verpflichtende Normen. Die Ermittlung der notwendigen Wandstärke (nach der Kesselformel) ist in diesen Normen berücksichtigt.

Für die Planung muss ein Nenndruck gewählt werden, der natürlich immer über dem maximal auftretenden Betriebsdruck sein muss. Hohe Betriebstemperaturen müssen berücksichtigt werden, weil hierdurch die Materialfestigkeit herabsetzt wird. So kann die Erhöhung des Nenndruckes um ein oder mehrere Stufen notwendig sein.

Neben der mechanischen Auslegung erfolgt auch die Auswahl nach der chemischen und rheologischen Beständigkeit, wobei beide Kriterien gemeinsam dann den Werkstoff und die Geometrie bestimmen.

In den vergangenen Jahren haben Rohrleitungen aus Kunststoffen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Sie sind mittlerweile mit 54 % Marktanteil und einem Volumen von 2.500.000 Tonnen/Jahr die wichtigsten Werkstoffe für Rohrsysteme in Europa. Am häufigsten werden Systeme aus Polyethylen (PE), vernetztem Polyethylen (PE-X), Polypropylen (PP) und Polyvinylchlorid (PVC-U) in den Bereichen Wasserversorgung, Abwasserentsorgung, Gasversorgung, Wärmeversorgung (nur PE-X und PP) und Industrierohrleitungen eingesetzt.

Auch für die kommenden Jahre wird für Rohrsysteme aus Kunststoff ein kontinuierliches Wachstum erwartet, das sich vor allem für PE auf die Sanierung bestehender Wasserversorgungsleitungen und für PVC-U und PP auf den Abwasserbereich stützt.

In der Gebäudetechnik werden Rohrleitungen aus Kupfer nach der EN 1057 in drei Härtegraden verwendet:

• Weiche Rohre (R220) werden in Durchmessern von 6 bis 22 mm in Ringen mit 25 m oder 50 m Länge,
• halbharte Rohre (R250) werden in Durchmessern von 12 bis 28 mm in 5 m langen Stangen und
• harte Rohre (R290) werden in Durchmessern von 6 bis 267 mm in 5 m langen Stangen geliefert.[8]

In der Hausinstallation werden meist Rohre mit 12, 15, 18, 22 und 28 mm Außendurchmesser und 1 mm Wandstärke sowie mit 35 und 42 mm Durchmesser und 1,2 mm Wandstärke eingesetzt. Sonderformen:

• weiches Rohr auf Ringen mit Außendurchmessern von 12 und 14 mm und Wandstärke von 0,7 bzw. 0,8 mm, vornehmlich zur Unterflur- oder Unterputz-Verlegung in der Heizungsinstallation
  • wie oben mit 1 mm starkem Kunststoffmantel, der in feuchter Umgebung Korrosion verhindert, mechanischen Schutz bei der Verarbeitung bietet und die Zwängung durch Längenausdehnung von Heizungs- und Warmwasserrohren vermindert
  • wie oben mit Dämmstoffmantel
• vorummantelte Kupferrohre mit festhaftendem Kunststoffmantel (z. B. PE-RT) und Wandstärken des Kupferrohrs (Cu-DHP) von nur 0,3 bis 0,5 mm, darum auch ohne Werkzeug leicht zu biegen; ähnlich typischem Verbundrohr jedoch ohne dessen innere Kunststoffschicht; Abmessungen 14x2, 16x2, 18x2, 20x2, 26x3 mm (Außendurchmesser x Wandstärke).[8]

Weiche Rohre dürfen nicht für Gas- und sollten nur bedingt in Solarinstallationen eingesetzt werden.[9]

Die EN 1057 legt als einheitlichen Werkstoff Cu-DHP (Werkstoffnummer CW024A), d. h. sauerstofffreies Kupfer mit mindestens 99,90 % Kupfer sowie zwischen 0,015 % und 0,040 % Phosphor, fest, der in der Regel auch für Löt- und Pressfittings aus Kupfer verwendet wird.

Konisch-, kugelig- oder flachdichtende Verschraubungen können ohne Einschränkungen eingesetzt werden (bei Erdöl jedoch nur bis DN 25).[8]

Verbindungen mit Dichtringen werden als weichdichtend bezeichnet. Weichdichtende lösbare Verbindungen in Gasleitungen nach TRGI müssen zugänglich sein, bei Unterputzverlegungen etwa durch Revisionsöffnungen.[8]

Press-, Klemmring- und Löt-Fittings sind auch mit Gewindeübergängen und Anschlussgewinden erhältlich (Whitworth-Rohrgewinde nach EN 10226-1; kegeliges Außengewinde/ zylindrisches Innengewinde).[8]

Kapillarlötfittings nach EN 1254-1, -4 und -5 sowie DVGW Prüfgrundlagen GW 6 und 8[8]

Kupferrohre nach EN 1057 werden mit eingeengten Außendurchmessertoleranzen für die Kapillarlötung gefertigt.

Pressfittings nach DIN 2459 und DVGW-Prüfgrundlagen W 534 (Trinkwasser) sowie G 5614 (Gas)[8]

Diese Pressfittings gibt es in den Größen 12 bis 108 mm. Sie können in Trinkwasser- und Heizungssystemen bis 110 °C und 16 bar eingesetzt werden, in Gasinstallationen bis PN 5 mit speziellen Pressverbindern nach DVGW Prüfgrundlage G 5614. Bei innerhalb von Gebäuden verlegten Leitungen werden die Fittings mit ‘GT/X‘ gekennzeichnet, wobei der Buchstabe X durch den zulässigen Nenndruck (1, 4 oder 5 bar) ersetzt wird.

Pressfittings werden meist mit schwarzen O-Ringen aus EPDM ausgeliefert, die für Trinkwasser bis 85 °C, Regenwasser, Heiz- und Kühlkreisläufe bis 110 °C und ölfreie Druckluft geeignet sind. Bei höheren Temperaturen, etwa in Solarthermieinstallationen (bis ca. 200 °C) und Fernwärme (bis 140 °C), werden O-Ringe aus FKM verwendet, die häufig rot oder grün gefärbt sind. Bei Erdgas und Flüssiggas bis 70 °C, Heizöl bis 40 °C sowie ölhaltiger Druckluft werden gelbe O-Ringe aus HNBR verwendet.

Klemmringverschraubungen nach EN 1254-2 und DVGW-Prüfgrundlage W 534 bis 108 mm, metallisch dichtend oder weich dichtend (mit Dichtring)[8]

Die Einsatzgebiete entsprechen weitgehend denen der Pressfittinge. Bei Heizölleitungen werden metallisch dichtende Klemmringverbinder jedoch nur bis DN 25 eingesetzt, weich dichtende nur mit DVGW-Prüfzeichen und nur für Armaturen- und Geräteanschlüsse. Bei Erdgasleitungen dürfen sie nur mit DVGW-Kennzeichnung, nur bis 28 mm und nur als Anschlussübergang eingesetzt werden, weiche Rohre (vom Ring) erfordern eine innere Stützhülse. In Flüssiggasinstallationen können lösbare Klemmringverschraubungen nicht eingesetzt werden.

Rohrkupplung / Glattrohrverbinder nach DIN 3387-1 (Lösbare Rohrverbindungen für metallene Gasleitungen)[8]

Diese sind einsetzbar für Flüssiggas und Erdgas, letztere jedoch nur mit DVGW-Registrierung. Sie sind nicht geeignet für Heizöl, für Trinkwasser nur mit DVGW-Kennzeichnung.

Steckfittings nach EN 1254-6 und DVGW-Prüfgrundlage W 534[8]

Bögen zum Einschweißen nach DIN 2607[8]

Handwerklich ausgeführte Verbindungen durch Aufmuffen sowie Aushalsen für T-Stücke und Schrägabgänge[8]

Als handwerklich werden Kupferrohr-Verbindungen bezeichnet, bei denen das Rohr mit speziellen Werkzeugen manuell aufgeweitet oder verformt wird. Handwerklich umgebördelte Rohrenden als Flanschbord sind in der Regel nicht zulässig. Rohre bis 28 mm Außendurchmesser in Trinkwasser-Installationen dürfen nicht ausgeglüht werden, wie es zum Aufmuffen und Aushalsen erforderlich ist. Handwerklich gefertigte Abzweige müssen zudem hartgelötet werden. Da Trinkwasserinstallationen bis 28 mm Außendurchmesser nicht hartgelötet werden dürfen, können hier nur Abzweige in größeren Dimensionen sowie Muffenverbindungen und einstufige Reduzierungen handwerklich ausgeführt werden (denn letztere dürfen weichgelötet werden). In Flüssiggas- und Ölinstallationen dürfen keine handwerklichen Verbindungen ausgeführt werden, in Erdgasinstallationen nur Muffenverbindungen.

Beim Biegen von Kupferrohr verfestigt sich das Material, bis eine weitere Verformung nicht mehr möglich ist. Um das Rohr wieder zu erweichen, wird das Rohr bis zum Glühen erhitzt, etwa mit der Flamme eines Lötbrenners. In der Trinkwasserinstallation ist das Warmbiegen und Weichglühen nicht zulässig.[8]

Kupfer korrodiert durch Kontakt mit Ammoniak und Nitrat im feuchten Milieu. Eine Wärmedämmung der Rohre sollte daher frei von diesen Stoffen sein. Insbesondere Kaltwasserleitungen sollten vor Kondensat geschützt werden. Traditionell wurde das Rohr zum Korrosionsschutz vor weiterer Umhüllung mit Vaseline (Petrolatum) bestrichen oder mit Bandagen umhüllt, die mit Vaseline getränkt waren.[9] Heute werden vielfach Kupferrohre eingesetzt, die ab Werk mit einer Kunststoffumhüllung versehen sind.

Kupferrohr, das mit gipshaltigem Putz in Kontakt kommt, sollte eine Kunststoffumhüllung besitzen oder nachträglich mit einer Bandage aus Klebeband umwickelt werden. Dies gilt insbesondere in feuchten Umgebungen sowie bei Gasinstallationen.[10]

In der Gebäudetechnik werden vorwiegend Rohrleitungen aus nichtrostendem Stahl der Qualitäten 1.4520, 1.4521, 1.4571, 1.4401, 1.4404 sowie Cr-Ni-Stahl 1.4301 verwendet.

Cr-Mo-Ti Stähle ohne Nickel werden im Gegensatz zu austenitischen Stählen auch als „ferritische Stähle“ bezeichnet.[11]

Ebenso wie unverzinktes, sogenanntes C-Stahlrohr, sollte der 18/10 Cr-Ni-Stahl 1.4301 wegen der Korrosionsempfindlichkeit nicht für Trinkwasser eingesetzt werden. Während gewöhnlicher Stahl immer korrodiert, hängt es von der Zusammensetzung des Wassers ab, ob auch verzinkter Stahl sowie bestimmte Edelstahllegierungen angegriffen werden. Insbesondere die Stahlsorte 1.4301 ist empfindlich gegenüber Chloridionen. Aber auch bei anderen Edelstahlrohren sollte in Kühl- und Trinkwasserinstallationen der Gehalt an wasserlöslichen Chloridionen einen Wert von 250 mg/l nicht überschreiten. Das Material zur Wärmedämmung von Edelstahlrohren darf nach DIN 1988 Teil 7 keinen größeren Massenanteil an wasserlöslichem Chlorid enthalten als 0,05 %. (Isoliermaterial mit AS-Qualität (s. a. AGI Q135) enthält deutlich weniger Chlorid.)[9]

Edelstahlrohr, das mit gipshaltigem Putz in Kontakt kommt, sollte bei Gasinstallationen mit einer Kunststoffumhüllung versehen werden.[10]

Der Ausdehnungskoeffizient der Sorte 1.4401 liegt mit 0,0165 mm/(m·K) deutlich höher als bei der Sorte 1.4521 mit 0,0104 mm/(m·K), während die Wärmeleitfähigkeit um etwa ein Drittel geringer ist.[12]

Überwiegend werden Edelstahlrohre heute mit Pressfittings verbunden. Die Fittings werden oft aus der Stahlsorte 1.4401 oder aus Rotguss gefertigt. Rotgussfittinge sollten nicht mit Fernwärmeheizungswasser über 120 °C, Sattdampf, aufbereiteten Wässern,[13] Grau- und Schwarzwasser mit pH-Wert über 6, Sprinklerleitungen, sowie trockenen Löschwasserleitungen eingesetzt werden.[12] Rohre und Fittinge aus Edelstahl sollen in Sanitär- und Heizungsinstallationen keinen direkten Kontakt zu Rohren und Fittingen aus unlegiertem Stahl (C-Stahl bzw. Schwarzstahl) haben.[14] Der kleinstmögliche Biegeradius von Rohren bis 28 mm Außendurchmesser wird mit dem dreieinhalbfachen Außendurchmesser des Rohres angegeben. Zum Biegen von stärkeren Rohren sind besondere Methoden erforderlich.[9]

Für Regenwasser, nachbehandeltes Wasser (Teil- und vollentsalztes Wasser, entmineralisiertes, entionisiertes, Osmose- und destilliertes Wasser), Solar- und Kühlsysteme, Wasserdampf, Sprinkleranlagen, Druckluft, Vakuum, Öl, Kohlendioxid, Helium, Ethanol, Aceton, Stickstoff, Formiergas, Edelgas und ammoniakhaltige Luft sind alle vier Werkstoffe geeignet.[14]

Laut dem Deutschen Umweltbundesamt ist Edelstahl als Werkstoff für Fittings, Armaturen und Flansche in der Trinkwasserinstallation geeignet.[16]

Neben Blei- und später Kupferrohren wurden in der Gebäudetechnik vorwiegend sogenannte schwarze Rohre zur Heizungsinstallation und verzinkte Stahlrohre für Trinkwasserinstallationen verwendet. Diese sind als schwere oder mittelschwere, sogenannte Siedrohre normiert. Die Stahlrohre wurden zur Verbindung mit Rohrgewinden versehen. Unverzinkte Rohre wurden auch verschweißt.

In der Gebäudetechnik werden vorwiegend sendzimirverzinkte Rohrleitungen verwendet, die unter Umständen zusätzlich einen passivierenden Chromüberzug erhalten.[9] Die Verbindung geschieht meist über Klemm- und Pressfittinge. Pressfittinge werden beispielsweise aus der Stahlsorte RSt 34-2 gefertigt.[9]

Um Maßhaltigkeit zu gewährleisten, wird nur eine dünne Zinkschicht aufgetragen, die unter Einwirkung von Feuchtigkeit nicht sehr dauerhaft ist. Zur Verwendung in dauerhaft feuchter oder korrosiver Umgebung werden Rohre mit einer Schutzschicht aus Kunststoff angeboten (z. B. Polypropylen-Umhüllung bei VSH/ Seppelfricke). Kaltwasserleitungen werden nach DIN 1988 Teil 200 vor Kondensation (und Erwärmung) geschützt.[9]

Rohre für geschlossene Kreisläufe in Heiz-, Kühl- und Solaranlagen sowie für Druckluft werden nur außen verzinkt. Zur Unterscheidung von Edelstahlrohren werden C-Stahl-Rohre von den Herstellern oft mit einer roten Kennzeichnung versehen.

Rohre für Sprinkleranlagen werden innen und außen verzinkt und beispielsweise aus dem Material 1.0031 gefertigt (VSH/ Seppelfricke).[9]

Für spezielle Einsatzzwecke sind Rohrleitungen innenbeschichtet mit Kunststoffen wie PTFE[17] oder ausgekleidet wie z. B. mit Zementmörtel bzw. Tonerdezement für Abwasserleitungen[18] um einen Beständigkeit für einen pH von 4,5 bis 9 im Dauerbetrieb zu erreichen.

Trinkwasserversorgung

Rohrleitungen aus duktilem Gusseisen, die als erdverlegte Transportleitungen der Trinkwasserversorgung dienen werden innen mit Zementmörtel im Schleuderverfahren ausgerkleidet. In unausgekleideten Wasserversorgungsleitungen aus Grauguss bzw. Stahl bildet sich eine Kalk-Rost-Schutzschicht, sofern das Wasser nach der Aufbereitung im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht steht.

Vier mit Kunststoff ummantelte Rohrleitungen auf einen Rohrwagen, vorbereitet zum Einzug in einen Düker. An den Enden erkennt man den provisorischen Druckprobenabschluss.

Neben der nachträgliche Wärmedämmung werden Rohrleitungen bereits zur Einbaustelle ummantelt geliefert bzw. ummantelt eingebaut. Bei Fernwärmeleitungen dem Kunststoffmantelrohr ist dies Standard. Daneben werden Rohrleitungen auch mit Beton ummantelt, was insbesondere bei der Verlegung unter Wasser üblich ist. So ist die 1.223 Kilometer lange Nordstream-Pipeline um die Rohre zusätzlich noch einen 60 bis 112 mm dicken Betonmantel umhüllt; damit wird einerseits ein zusätzlicher Schutz erreicht als auch der Auftrieb verhindert.[19] Gasleitungen, die aus Stahl gefertigt sind, werden fast immer mit einem Kunststoffmantel versehen ausgeliefert.