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Forschungsbericht: Wirtschaftlichkeit und Langzeitbewährung von Wasserleitungs- und Entwässerungsrohren aus Kunststoffen im Vergleich unter Einbeziehung technischer, ökologischer, hygienischer und toxikologischer Aspekte

Wirtschaftlichkeit und Langzeitbewährung von Wasserleitungs- und Entwässerungsrohren aus Kunststoffen im Vergleich unter Einbeziehung technischer, ökologischer, hygienischer und toxikologischer Aspekte
Bau- und Wohnforschung
Rainer Weltring, Dieter Arlt
Institut für das Bauen mit Kunststoffen e.V. -IBK-, Darmstadt
1999, 207 S., Abb.,Tab.,Lit.
Fraunhofer IRB Verlag

Kurzbericht [PDF] deutsche Version
Short Version [PDF] englische Version

Inhalt

Rohrleitungen aus Kunststoff, die Jahrzehnte hindurch Trinkwasser oder Abwasser transportieren mussten, haben ein beachtliches Zeitstandvermögen bewiesen. Das gute Langzeitverhalten der Rohre aus Polymermaterial resultiert im Wesentlichen aus dem Zusammenwirken von Biegeweichheit und Korrosionsfreiheit. Für viele Bereiche des Abwasserwesens und der Trinkwasserversorgung besitzen Polymerrohre im Vergleich mit Rohren aus anderen Werkstoffen das beste Eignungsprofil. Bei ihnen führen mechanische Überlastungen ähnlich wie bei duktilen Metallrohren lediglich zu Verformungen. Als Manko der Kunststoffrohre gelten deren Brennbarkeit sowie die Temperaturabhängigkeit mancher Materialeigenschaften. Diese Nachteile sind in der Baupraxis eher unbedeutend - die Temperaturgrenzen sind bekannt und die Rohre kommen nur in einem Bereich zum Einsatz, für den sie geeignet sind. Bei der Rentabilität von Installationen ist es wichtig, ob die Trinkwasser- oder Kanalisationsrohre die veranschlagten Nutzungszeiten von bis zu 100 Jahren tatsächlich auch erreichen. Der Studie zufolge bieten gütegeprüfte Rohre aus Polymerwerkstoffen dafür die besten Voraussetzungen. Die Verbindungstechnik sowie die leichte Handhabbarkeit und Flexibilität der Kunststoffrohre bringen beim Verlegen nicht selten zusätzliche wirtschaftliche Vorteile.

Verfügbare Formate

Inhaltsverzeichnis

Vorwort 1
0 Vorgehensweise 2
Inhalt 3
Abkürzungsverzeichnis 7
Kurzzeichen für Kunststoffe nach DIN 7728 8
1 Die Trink- und Abwassersituation in Deutschland 9
1.1 Das Trinkwassernetz 11
1.2 Schäden an Trinkwasserrohren 12
1,3 Das Abwassernetz 14
1.4 Schäden an Abwasserrohren 16
2 Anforderungen an Rohre für Trink- und Abwasserleitungen 20
2.1 Technische Aspekte 22
2.1.1 Mechanische Festigkeit 22
2.1.2 Inkrustationen 24
2.1.3 Wandreibung 25
2.1.4 Abriebverhalten 26
2.1.5 Verlegung und Verlegetechnik 27
2.1.6 Verbindungstechnik 35
2.1.6.1 Unlösbare Verbindung gleicher Werkstoffe 36
2.1.6.2 Lösbare Verbindungen gleicher Werkstoffe 41
2.1.6.3 Unlösbare Verbindungen unterschiedlicher Werkstoffe 43
2.1.6.4 Lösbare Verbindungen unterschiedlicher Werkstoffe 44
2.1.7 Temperatureinflüsse 45
2.1.8 Sonstige Randbedingungen 47
2.2 Langzeitbewährung 47
2.2.1 Langzeitbewährung - in vitro 48
2.2.2 Langzeitbewährung - in vivo 53
2.3 Hygienische Aspekte (nur Trinkwasser) 54
2.3.1 Mikroorganismen und Biofilm 54
2.3.2 Legionellen 57
2.3.3 Korrosionsprodukte 59
2.4 Qualität 60
3 Die eingesetzten Rohrwerkstoffe 64
3.1 Rohre aus mineralischen Rohrwerkstoffen 64
3.1.1 Rohre aus Beton 64
3.1.2 Rohre aus Steinzeug 67
3.2 Rohre aus metallischen Rohrwerkstoffen 69
3.2.1 Rohre aus Blei 71
3.2.2 Rohre aus Stahl 72
3.2.3 Rohre aus Edelstahl 74
3.2.4 Rohre aus duktilem Gusseisen 75
3.2.5 Rohre aus Kupfer 76
3.3 Rohre aus polymeren Rohrwerkstoffen 81
3.3.1 Rohre aus Polybuten (PB) 91
3.3.2 Rohre aus Polyethylen (PE) 93
3.3.2.1 Düker im Innenhafen Duisburg (1963)
3.3.2.2 Düker in der Ruhr (1963)
3.3.2.3 Trinkwasserinstallatjon in Verwaltungsgebäude (1955)
3.3.2.4 Soleleitung (1957)
3.3.2.5 Soleleitung (1958)
3.3.3 Rohre aus vernetztem Polyethylen (PE-X) 98
3.3.3.1 Spielfeldheizung des Olympiastadions (1972) ii
3.3.4 Rohre aus Polypropylen (PP) 101
3.3.5 Rohre aus Polyvinylchlorid (PVC-U) 104
3.3.5.1 Druckrohrinstallation in Badehaus (1961162)
3.3.5.2 Entwässerung einer Autobahnbrücke (1959)
3.3.5.3 Hausanschlussleitung in Laborgebäude (1959)
3.3.5.4 Schwefelsäureleitung in Industriebetrieb (1959) 109
3.3.5.5 Trinkwasserinstallation in einem Wohnhaus (1937) 109
3.3.5.6 Abflussleitung für Urinalanlage (1937)
3.3.5.7 Entwässerung von zwei Talbrücken (1963) jj
3.3.5.8 Trinkwasserinstallation in Verwaltungsgebäude (1955) 110
3.3.5.9 Dachrinne und Regenfallrohr (1966) ii
3.3.5.10 Kanalrohr in Wohnsiedlung (1966) 11
3.3.5.11 Kanalrohr in Wohnsiedlung (1966) 111
3.3.5.12 Wasserversorgungsleitung (1965) 111
3.3.5.13 Kanalrohr in Wohnsiedlung (1968) 1
3.3.5.14 Verschiedene Trinkwasserrohre (1935 - 1940) 112
3.3.6 Rohre aus chloriertem PVC (PVC-C) 113
3.3.7 Rohre aus glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK) 115
3.3.8 Weitere Rohre aus und mit Kunststoffen 117
4 Wirtschaftliche Aspekte von Trink- und Abwasserrohren 119
5 Ökologische Aspekte von Trink- und Abwasserrohren 123
5.1 Umweltanalyse von Trinkwasserinstallations-Systemen 128
5.2 Ökobilanz von Rohrleitungssystemen 131
5.3 Verwertung und Recycling von Rohren 135
5.3.1 Verwertung von Rohren aus mineralischen Werkstoffen 138
5.3.1.1 Verwertung von Rohren aus Beton
5.3.1.2 Verwertung von Rohren aus Steinzeug
5.3.2 Verwertung von Rohren aus Metallen 139
5.3.2.1 Verwertung von Rohren aus Stahl 1.4
5.3.2.2 Verwertung von Rohren aus Edelstahl 141
5.3.2.3 Verwertung von Rohren aus duktilem Gusseisen 141
5.3.2.4 Verwertung von Rohren aus Kupfer 141
5.3.3 Verwertung von Rohren aus Polymeren 142
6 Vergleichende Zusammenfassung der Betrachtungen 144
7 Diskussion der Ergebnisse 147
8 Abbildungsverzeichnis 150
9 Normen und Regelwerke 152
9.1 Rohre, Rohrzubehör und Rohrleitungen im allgemeinen 152
9.1.1 DIN-Normen 152
9.1.2 DVGW-Regelwerke 157
9.2 Eisen- und Stahlrohre 157
9.2.1 DIN-Normen 157
9.2.2 DVGW-Regelwerke 162
9.3 Rohre aus Nichteisen-Metallen 162
9.3.1 DIN-Normen 162
9.3.2 DVGW Regelwerke 163
9.4 Rohre aus Kunststoffen 163
9.4.1 DIN-Normen 163
9.4.2 DVGW-Regelwerke 173
9.5 Metallfittings 174
9.5.1 DIN-Normen 174
9.5.2 DVGW-Regelwerke 177
9.6 Kunststoffittings 178
9.6.1 DIN-Normen 178
9.6.2 DVGW-Regelwerke 184
9.7 Rohre und Fittings aus anderen Materialien 184
9.7.1 DIN-Normen 184
9.7.2 DVGW-Regelwerke 186
9.8 Flansche, Muffen, Rohrverbindungen 186
9.8.1 DIN-Normen 186
9.8.2 DVGW-Regelwerke 197
9.9 ATV Regelwerk 197
10 Quellen 200

Publikationslisten zum Thema:
Rohr, Kunststoff, Kunststoffrohr, Wirtschaftlichkeit, Langzeitbeständigkeit, Wasserleitung, Trinkwasser, Abwasser, Ökologie, Hygiene, Toxikologie, Festigkeit, Inkrustation, Wandreibung, Abriebverhalten, Verlegung, Verbindungstechnik, Polybuten, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, PVC, Vergleich, Norm, DIN, Regelwerk,

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Die Vorträge des 34. Oldenburger Rohrleitungsforums, die im IRO-Tagungsband zusammengefasst sind, geben einen hervorragenden Überblick über die Trends im Rohrleitungsbau 2020. Für Prof. Dipl.-Ing. Thomas Wegener, Vorstandsmitglied des Instituts für Rohrleitungsbau an der Fachhochschule Oldenburg e.V., Geschäftsführer der iro GmbH Oldenburg und Vizepräsident der Jade Hochschule Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth, ist das Motto des 34. Oldenburger Rohrleitungsforums "Rohre und Kabel - Leitungen für eine moderne Infrastruktur" angesichts der Energiewende nur konsequent: "Die derzeitigen Veränderungen in der Energiewelt sind rasant. Uns ist wichtig, neue Aufgaben und Herausforderungen, die sich daraus auch für den Rohrleitungsbau ergeben, aufzugreifen und zu diskutieren." Erstmals wird daher das Thema Kabelleitungsbau, das außer dem Breitbandausbau vor allem auch die geplanten Stromtrassen von Nord- nach Süddeutschland berücksichtigt, in den Mittelpunkt der Veranstaltung gestellt. Doch nicht nur die Frage, wie der aus Windkraft an den Küsten gewonnene Strom über weite Strecken in die Ballungs- und Industriezentren in Deutschland transportiert wird, ist Bestandteil der insgesamt fünf Vortragsreihen. Neben den Themen Rohrwerkstoffe, Verlegeverfahren und Digitalisierung widmet sich eine weitere Vortragsreihe dem Energieträger Wasserstoff. "Das zeigt, welche Bedeutung wir der Wasserstofftechnologie in Verbindung mit der klassischen Erdgasversorgung beimessen. An einem Ausbau der Gasnetze wird kein Weg vorbeiführen", betont Wegener.

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Das Tagungsmotto des 33. Oldenburger Rohrleitungsforums 2019 "Rohrleitungen - Transportmedium für Trinkwasser und Abwasser" ist dem direkten Bezug auf die aktuelle Wetterentwicklung in Mitteleuropa und in Deutschland geschuldet. Wasser ist die Grundlage allen Lebens auf der Erde, sauberes Wasser ist das Lebenselixier. Fehlendes Wasser ist oft Ursache für Krankheit und Mangelernährung, in der Folge für Migration und Flucht. Vor dem Hintergrund dieser die Menschheit betreffenden Fragen ist der Umgang mit Wasser auch in einem damit reichlich gesegneten Land kritisch zu sehen. Was ist mit der Verschmutzung von Grundwasser durch industrielle Aktivitäten oder durch Landwirtschaft? Wird Wasser in Teilen Deutschlands bald schon saisonal zur knappen Ressource? Eine immer aufwändigere Wasseraufbereitung (Wasserinhaltsstoffe) erfordert sorgsamen Umgang mit dem bereits geförderten und aufbereiteten Wasser (Leckagen, Verluste). Sind die Trinkwassernetze auf zukünftige Anforderungen eingestellt (Konsumänderung, Demografie)? Und was gilt unter diesen Aspekten für die Abwasserentsorgung, was ist hier zu tun? Das 33. Oldenburger Rohrleitungsforum widmet sich im Jahr 2019 daher intensiv diesem Thema. Darüber hinaus werden in weiteren Vortragsblöcken die aktuellen Entwicklungen z.B. im Bereich Rohrleitungsmaterialien, der Sanierung, des Neubaus, des grabenlosen Bauens, der Wasserver- und Abwasserentsorgung, der Gasversorgungs- und der Pipelinetechnik oder der Fernwärmeversorgung beleuchtet.

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SIA Dokumentation, Band D 0263
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2018, 80 S., zahlr. Abb. u. Tab., Softcover

Die Dokumentation D 0263 gibt auf alle praktischen Fragen bei der täglichen Anwendung der Norm SIA 190 eine Antwort. Sie zeigt aber auch den Weg zur Ermittlung von Schnittkräften und Verformungen am Kreisring sowie zur Herleitung und zum Verständnis der Formeln auf. Für Interessierte dürfte die Analogie zur Balkenstatik von Bedeutung sein, die kaum bekannt ist. Wichtig für den Anwender ist auch die kurze Erläuterung der Gewölbewirkung. Mit Hilfe der umfangreichen Formelsammlung können die verschiedensten statischen Modelle berechnet werden. Bei den Beispielen wird gezeigt, wie mit den Formeln, den Tabellenwerten oder mit dem FE-Programm "Plaxis" gearbeitet werden kann.

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Rohrleitungen unterliegen dem technischen Verschleiß und der Alterung. Von der Allgemeinheit besonders wahrgenommen werden die notwendigen baulichen Maßnahmen bei den großen Freispiegelkanälen in der Entwässerung, die - abhängig von Beanspruchung und Material sowie anderen Parametern - nach vielleicht 100 Jahren nicht mehr funktionstüchtig sind. Besonders in den Innenbereichen größerer Städte sind in diesen Jahren große Maßnahmen zu erwarten, da zu Beginn des 20. Jahrhunderts vielerorts mit dem Bau von Entwässerungsleitungen begonnen wurde. Neben dem Neubau gibt es doch mittlerweile viele gute, angepasste Technologien, von grabenloser Verlegung zu ausgefeilter Sanierungstechnik. Neben den Neuerungen der Sanierungstechnik sollen auch die digitalen Themen der Vorjahre weitergesponnen werden. Darüber hinaus werden in weiteren Vortragsblöcken die aktuelle Entwicklung z.B. im Bereich der Rohrleitungsmaterialien, der Sanierung, des Neubaus, des grabenlosen Bauens, der Wasserver- und Abwasserentsorgung, der Gasversorgungs- und der Pipelinetechnik oder der Fernwärmeversorgung beleuchten.

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Das Buch gibt eine übersichtliche Darstellung nach bundesdeutschen Vorgaben zur Modellierung von Wasserverteilungssystemen. Es konzentriert sich auf die in Deutschland geltenden allgemein anerkannten Regeln der Technik (aaRT). Behandelt sind die Aspekte der Rohrnetzmodellierung für Druck- sowie Durchflussverhältnisse und es bietet einen softwareunabhängigen Einstieg. Die kompakte Darstellung verzichtet bewusst auf die ausführliche Behandlung der mathematischen Ansätze und konzentriert sich stattdessen auf die Grundlagen der Systemkomponenten, auf die erforderlichen Daten, deren Umsetzung im Modell, die Modellkalibrierung und die Rohrnetzanalyse.

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2017, 52 S., 39 Abb. u. 1 Tab., Softcover
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Für die Anwendung von Neuartigen Sanitärsystemen ist es notwendig, Grau- und Schwarzwasser direkt am Entstehungsort getrennt zu erfassen und abzuleiten. Schwarzwasser wurde als wichtige Nährstoffressource identifiziert. Grauwasser lässt sich einfacher reinigen und wiederverwenden als gemischtes Abwasser. Die technische und ökonomische Möglichkeit, vorhandene Rohrleitungssysteme nachträglich für die Bedürfnisse Neuartiger Sanitärsysteme umzurüsten ist jedoch fraglich. Beide Forschungsfragen wurden in diesem Forschungsprojekt bearbeitet, indem ein neues Inliner-System mit Doppel-Inversionen und zwei Liner-Querschnitten unterschiedlicher Größe für Grau- und Schwarzwasser auf seine Praxistauglichkeit geprüft wurde.

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Für die Sanierung von nicht begehbaren Abwasserkanälen und -leitungen werden Bauprodukte als Bodeninjektionsmittel in sog. Flutungsverfahren eingesetzt. Hierbei werden zwei Komponenten nacheinander und in unterschiedlichen Verhältnissen in den Abwasserkanal gepumpt. Das entscheidende Merkmal dieser Sanierungsmethode ist, dass die Arbeiten in situ durchgeführt und eine Freilegung der Leitungen vermieden werden kann. Die Sanierung umschließt vertikale und horizontale Leitungsabschnitte, bestehend aus Guss- und Steingut- sowie Kunststoffrohren aus PVC und PVC-U. Der Anwendungsbereich des Flutungsverfahrens zur Sanierung von Abwasserkanälen erstreckt sich von öffentlichen Kanälen, Hausanschlüssen bis Grundstücksentwässerungsanlagen. Ziel der Untersuchungen war es, den inversen Säulenversuch auch als Prüfmethode für Bauprodukte, die in Flutungsverfahren eingesetzt werden, anzupassen und zu standardisieren.

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Bau- und Wohnforschung
1999, 207 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

Die im Bericht vorgestellten Beispiele von Rohrleitungen aus verschiedenen Kunststoffen, die alle weit über 20, teilweise bis über 50 Jahre in Betrieb waren, zeigen, daß schon die polymeren Rohrwerkstoffe der "ersten Generation" ein beachtliches Zeitstandverhalten aufweisen. Bei den Polymerrohren ist im wesentlichen die Kombination von Biegeweichheit und Korrosionsfreiheit für das gute Langzeitverhalten verantwortlich. Der Vergleich von aktuellen Anforderungen mit dem derzeitigen Leistungsprofil der verschiedenen Rohrwerkstoffe zeigt, daß die Rohre aus polymeren Werkstoffen für den Einsatz in vielen Bereichen der Trink- und Abwassernetze am besten geeignet sind. Als Nachteile der Kunststoffrohre sind allgemein deren Brennbarkeit und die Temperaturabhängigkeit der Eigenschaften zu nennen. Diese Einschränkungen wirken sich jedoch in der Anwendungspraxis der Kunststoffrohre kaum nachteilig aus, da die Temperaturgrenzen bekannt sind und die einzelnen Polymerrohre nur in den Bereichen eingesetzt werden kann, für die sie geeignet sind. Lediglich die Forderung nach der Verwendung nicht brennbarer Rohre kann den generellen Verzicht auf Kunststoffrohre bewirken. Bezüglich der Wirtschaftlichkeit kann festgestellt werden, daß vor allem die für höhere Anforderungen konzipierten Rohre aus glasfaserverstärkten Kunststoffen, Polyethylen-HD und Polyethylen-X häufig teurer sind, als die alternativ einsetzbaren Produkte aus anderen Werkstoffen. Zumindest dann, wenn man den Anschaffungspreis von Rohren und Zubehörteilen in DM pro Meter Rohrmaterial betrachtet. Leichte Handhabbarkeit, Verbindungstechnik und Flexibilität der Kunststoffrohre bieten bei Einbau und Verlegung wirtschaftliche Vorteile.

H. Doll, K. Hilmer, A. Hoch
Dimensionierung von Linern zur Sanierung geschädigter Rohrleitungen. Schlußbericht
Bau- und Wohnforschung
1998, 96 S., Abb.,Tab.,Lit.,
Fraunhofer IRB Verlag

Die experimentelle Verifizierung der Berechnungsannahmen der ATV M127 Teil 2 war Ziel des Forschungsvorhabens. Untersucht wurde das auflastbedingte Verformungsverhalten von mit Schlauchlinern sanierten Betonrohren DN 800. Es wurden 2 großmaßstäbliche Versuche mit 2 unterschiedlichen Linerwandstärken (9,0 mm bzw. 18,0 mm) durchgeführt. Die maximalen Linerbeanspruchungen traten bei beiden Versuchen in der Sohle auf. Ferner wurde deutlich, daß der dünnere Liner unabhängig von der Laststufe nur ca. 50% der Beanspruchung des dickeren Liners erfährt. Der Vergleich zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen ergab keine befriedigende Übereinstimmung. Als Schlußfolgerungen hinsichtlich der Planung von Sanierungsmaßnahmen ergeben sich: Mit Linern sanierte biegesteife Rohre weisen ein erhebliches Verformungsvermögen auf. Die gemessenen Linerdehnungen zeigen ferner, daß ein dünnerer Liner geringer beansprucht wird; d.h. gegenüber einer Berechnung nach ATV A127 (bisher gängige Praxis) können erhebliche Einsparungen erzielt werden.

T. Grunder, H.P. Lühr
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Fraunhofer IRB Verlag

Zur ökologischen Bewertung von Produkten zur Rohrmuffensanierung werden in einer Prüfeinrichtung Eluate aus ihnen gewonnen und diese bezüglich der Menge ihrer eluierbaren organischen Inhaltsstoffe mit Hilfe von Biotests und bezüglich der biologischen Abbaubarkeit der Inhaltsstoffe untersucht und bewertet. Diese Prüfeinrichtung besteht aus einem mit Sand gefüllten Metallzylinder (Durchmesser 1 m, Länge 1,2 m), in den ein schadhaftes Abwasserrohr (Muffenspalt) eingebaut ist. Der Sand wird kontinuierlich mit Wasser durchströmt. Mit Hilfe eines Packers wird die Schadstelle durch Injektion des Produktes abgedichtet. Das den Sand durchströmende Wasser (belastet mit den nicht auspolymerisierten organischen Anteilen des Produktes) wird aufgefangen und untersucht. Zum Vergleich mit dieser Versuchseinrichtung wird das Produkt in einen mit Sand gefüllten und kontinuierlich mit Wasser durchströmten Plexiglaszylinder (Durchmesser 28 cm, Höhe 50 cm) injiziert (sog. Säulenversuch). Das eluierende Wasser wird aufgefangen und untersucht. Der Vergleich der Versuchsergebnisse zeigt, daß die Eluate aus dem Säulenversuch mit organischen Stoffen belasteter sind als die Eluate aus dem großen Zylinder. Dadurch sind auch die Wirkungen auf die Testorganismen in den Biotests stärker. Da die Untersuchungsergebnisse aus den Säuleneluaten besser reproduzierbar und interpretierbar sind, wird empfohlen, den Säulenversuch auch zur ökologischen Bewertung der Produkte zuzulassen.

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Zeitschriftenartikel

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