DE19637102A1

DE19637102A1 - Strahlungsheiz-/Kühlfläche mit dünnwandigem Metallrohr

Info

Publication number: DE19637102A1
Application number: DE19637102A
Authority: DE
Inventors: Henning Dipl Ing Scheel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1998-03-19

Description

Stand der Technik

Im Entwurf der DIN 4725 Warmwasser-Fußbodenheizung Teil 4, September 1989 steht unter Pkt. 4.6: "Kupferrohre müssen die Anforderungen nach DIN 1786 und DIN 59753 erfüllen. Beim Einsatz von Kupferrohren ist bei den Bauarten A1, A2 und A3 eine Beeinträchtigung der be heizten Fußbodenkonstruktion infolge verschiedener Ausdehnungskoeffizienten zwischen Rohr und Estrich zu verhindern (z. B. durch werkseitige Ummantelung des Rohres oder durch Umwic keln der Bögen)."

Für ummantelte Kupferrohre schreibt DIN 59 793 die Maße 10×0,7, 12×0,8, 14×0,8, 15×0,8, 16×0,8 und 18×0,9 vor. Das Verhältnis Wanddicke s zu Außendurchmesser d beträgt s/d = 0,05 oder größer.

Probleme

Kupferrohre mit einer Wanddicke von 0,8 mm sind im Vergleich mit den üblicherweise bei Fuß bodenheizungen eingesetzten Kunststoffrohren schwer und teuer. Auch die Verlegung von wei chen Kupferrohren (im Festigkeitszustand F22) ist anstrengend. Beim Verlegen zeigen diese Rohre nach dem Biegen die Tendenz, nicht flach auf der Wärmedämmung liegen zu bleiben, son dern "aufzuspringen". Werden sie nach unten zurückgebogen, springen sie an anderen Stellen noch mehr auf. Das dann notwendige Ausrichten verdoppelt leicht die Verlegezeit.

Nach dem Stand der Technik wird dieses Problem durch Niederhalter gelöst, die das Rohr auf seiner Unterlage fixieren. Sie haben aber den Nachteil, daß die schon verlegte Rohranordnung später nicht mehr insgesamt lateral verschoben und damit schnell ausgerichtet werden kann, um den Wärmestrahlungsbedürfnissen gemäß ISO 7730 des entsprechenden Raumes noch besser zu genügen. Wird beim Estrich-Einbau mit dem Schlauch der Estrichpumpe zunächst eine unregel mäßige Schicht über den Rohren ausgebreitet, verhindern die Niederhalter, daß das Kupferrohr von Hand nach oben gezogen werden kann, so daß es überall eine ca. 1 cm dicke Unterdeckung durch Estrich aufweist und so der Wärmeübergang Kupferrohr-Estrich erheblich besser wird. Das vom Erfinder in DE 39 36 332 C2 auf Seite 3, Zeile 6-11 beschriebene Aufblasen mit Preß luft allein reicht nicht aus, dieses Problem zu lösen, weil das dort beschriebene Kupferrohr der Dimension 15×1 schwer, steif und teuer ist.

Auch reicht es nicht aus, das Kupferrohr in seiner Wanddicke dünner zu gestalten. Nach herr schender Lehrmeinung knickt es dann im rauhen Baustellenbetrieb zu leicht ab und ist danach zu erneuern oder wird zum Beispiel durch einen unvorsichtigen Fußtritt plattgedrückt und muß dann - aus Sicherheitsgründen - ausgewechselt werden. Selbst wenn das durch ein spezielles Ver fahren - beispielsweise durch Innendruck - verhindert werden kann, wird beim Einbau von blankem, dünnwandigem Kupferrohr in Heizestrich die Gefahr gesehen, daß es infolge von Tem peratur- und Druckwechselbeanspruchungen schnell undicht wird. Weiter wird vermutet, daß da bei scharfe Körner des Betonzuschlagstoffes (Kies) wie ein Glasschneider wirken und daß viele scharfkantige Sandkörner das dünnwandige Kupferrohr schnell durchscheuern bei Druck- oder Temperatur-bedingten Relativbewegungen zwischen Estrich und Kupferrohr.

Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist, diese Probleme zu lösen und den schnellen Einbau von preisgünstigem dünnwandigem, blankem Metallrohr in Estrich und Putz für eine Strahlungsheiz-/Kühlfläche mit minimalem Aufwand zu ermöglichen.

Lösung

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach dem in den Patentansprüchen 1-3 angegebenen Verfah ren. Dazu wurden über hundert Meter Kupferrohr der Dimension 12×0,35 im Festigkeitszustand F 22 (es wird durch einen 150 N Daumendruck plattgequetscht) drucklos meanderförmig auf ei ner wärmegedämmten Fußbodenfläche von 25 m² Größe verlegt, wobei es mehr als zehnmal abknickte. Als es wieder ausgerichtet war, war es in den mit r = 10 cm gebogenen Bereichen oftmals abgeknickt und völlig zerknittert. Mit ölfreier Preßluft aufgeblasen streckten sich die Knicke. Beim Druck von etwa 20 bar war der ursprünglich freie Querschnitt fast überall wieder vorhanden und das Kupferrohr konnte auch an den Bögen schnell plan ausgerichtet werden. Auf ein hartes Holzbrett gelegt wurde dieses Kupferrohr zur Probe mit einem Stiefelabsatz und danach mit einem Hammerstiel fast vollständig plattgequetscht. Nach Entlastung weitete sich das Rohr fast auf den ursprünglichen Durchgangsquerschnitt wieder auf. Diese Prozedur wurde an der gleichen Rohrstelle jeweils zehnmal wiederholt, ohne daß das Kupferrohr dabei undicht wurde. Danach wurde es völlig mit Heizestrich bedeckt und von Hand gut 1 cm nach oben gezogen, damit seine gesamte Oberfläche zur Wärmeübertragung an den Estrich zur Verfügung steht und der Heizestrich unten keine Sollbruchstellen an den Stellen hat, wo das Heizrohr die Wärme dämmung berührt, die zudem Ansatzpunkte für Korrosion sein können, weil diese dann nicht mehr durch den - eine dünne und beständige Kupfer-I-oxid Schicht zur Folge habenden - hohen ph = 12 Wert des Zementestrichs weitgehend unterbunden wird, der vorzugsweise aus 250 kg Portlandzement, güteüberwachtem Betonzuschlagstoff und nur 125 l Anmachwasser pro m³ Fertigbeton besteht.

Nach dem Aushärten des Estrichs wurde das Kupferrohr mehrfach mit Drücken von über 30 bar mit Preßluft abgedrückt. Danach blieb der Druck, von einem Hochdruckmanometer angezeigt, wochenlang stehen. Dann wurde diese Fußbodenheizung mehrere Wochen lang mit dem Kälte mittel R 290 (Propan) betrieben, wobei die Heizleistung zeitweise ca. 6 kW betrug. Dabei wurde ein Kondensationsdruck von bis zu 23 bar gemessen, der bei R 290 einer Sattdampftemperatur von 66°C entspricht. Bei einer Raumlufttemperatur von ca. 18°C wurden Fußbodentemperaturen über 35°C gemessen. Im Kühlbetrieb - das Kupferrohr ist dann Verdampfer - wurde das Rohr mehrfach auf Temperaturen um 0°C abgekühlt. Undichtigkeiten konnten nirgendwo - weder an den abgeknickten noch an den vorher oft verformten Stellen - entdeckt werden.

Zur näheren Untersuchung der unerwarteten Dauerhaltbarkeit von stark verformten und zerknick ten Kupferrohren der Dimension 12×0,35 wurden 2×13 Stück ca. 20 cm lange Rohrstücken mit Enden aus Kupferrohr 12×1, 10×1, 8×1, 6×1 und Schraderventilen unter dem Formiergas R 290 mit phosphorhaltigem Kupferbasislot nach DIN 8513 hartverlötet. Zunächst wurden an 13 Proben ohne Estrichumhüllung Berstversuche vorgenommen. Die Berstdrücke lagen erstaunlicherweise immer etwas höher als bei unverformten Rohrstücken der Dimension 12×0,35. Dieses Phänomen konnte darauf zurückgeführt werden, daß sich unverformtes, also weiches, 12×0,35 Kupferrohr unter Druck bis auf einen Durchmesser von über 14 mm ausweitete. Das jetzt ein ungünstigeres s/d-Verhältnis aufweisende Kupferrohr platzte schon bei ca. 120 bar, während sich ein durch Knittern oder Abknicken vorverformtes Kupferrohr 12×0,35 nur auf einen Durchmesser von ca. 13 mm plastisch ausweitete. Wegen des günstigeren s/d Verhältnisses platzte es erst oberhalb von 125 bar.

Bei Versuchen an handelsüblichen 12 mm Fittingen, wie T-Stücke, Winkel und Bögen, die mit Rohrstücken der Dimension 12×0,35 hartverlötet waren, zeigten sich die gleichen Resultate. Die 13 Zwillingsproben wurden sorgfältig in 37×21×8 cm große und 13 kg schwere Estrichstücke eingebaut und nach einer bis 10 Wochen Härtungszeit Berstversuchen unterzogen. Bei einem Druck von ca. 80 bar begann der Estrich jedesmal Risse zu bekommen, er platzte bei rund 100 bar auf und das 12×0,35 Kupferrohr riß bei einem Druck zwischen 125 und 140 bar axial auf Befürchtungen, daß der "scharfe" Betonzuschlagstoff, gebrochener und gewaschener Kies, zu einer Verringerung des Berstdruckes führt, konnten nicht bestätigt werden. Auch wenn das Kupferrohr zehnmal von 0 auf 80 bar gebracht wurde, scheuerte es dabei nicht durch. Bedenken von Fachleuten, daß Lötstellen im Estrich mit erhöhtem Risiko behaftet sind, trafen bei den hier unter dem Formiergas R 290 gelöteten nicht zu: An keiner der ca. 200 unter einem Druck von mindestens 120 bar abgedrückten Lötstellen wurde eine Undichtigkeit entdeckt. Weiter wurden Berstversuche mit vorher abgeknicktem Kupferrohr der Dimension 12×0,35 mm durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, daß das unter einem Druck im Bereich von 10 bis 20 bar stehende Kupferrohr an einer bestimmten Stelle 2 mal um 60° und dann ganz zurückgebogen werden konnte, ohne undicht zu werden. Dieses Phänomen wurde darauf zurückgeführt, daß sich weiches Kupferrohr bei plastischer Verformung verhärtet. Wird es danach, eventuell unter einer geringfügig geänderten Einspannbedingung, wie sie auf einer Baustelle immer zutreffen wird, wieder verformt, tritt die neue Verformung an einer noch kaum verhärteten Zone ein. Entgegen dem Stand der Technik, abgeknicktes Kupferrohr bei Fußbodenheizungen zu ersetzen, kann unter Vordruck verlegtes, einfach abgeknicktes Kupferrohr bei erfindungsmäßen Strahlungsheizungs- und Kühlanlagen zurückgebogen und im Estrich oder Putz eingebaut werden, wie viele Versuche ergaben, weil Undichtigkeiten bei dem nachfolgenden, wochenlangen Abdrücken mit 30 bar be merkt werden würde. Das trifft natürlich auch auf Warmwasser-Flächenstrahlungsheizungen zu.

Durch einen besonderen Zufall ist eine Undichtigkeit von ca. 20 g/h R 290 unter einem 8 cm dic ken Heizestrich aufgetreten. Sie konnte mit offener Flamme nicht gefunden werden, obwohl der Geruchsstoff gemäß Pkt. 3.3 von DIN 51622 des verwendeten Haushaltspropans deutlich zu rie chen war. Mit einem handelsüblichen elektronischen Gaswarngerät gelang es, die Austrittsstelle im Estrich auf 10 cm genau zu lokalisieren. Interessant war, daß das mit ca. 50 g/h aus einem fei nen Riß des freigelegten Kupferrohres ausströmende Propangas selbst mit einer Lötlampe nicht zu entzünden war. Offensichtlich war der Gasstrahl zu schnell, um an Stellen, an denen ein zündfähi ges Gemisch vorlag, die für Propan notwendige Zündtemperatur von ca. 500°C zu erreichen. Diese Undichtigkeit war immerhin so groß, daß sie sich vorher durch einen Druckabfall von 0,5 bar pro Stunde bemerkbar machte. Keineswegs wäre sie im vorgeschriebenen Prüfprotokoll uner wähnt geblieben. Die von Fachleuten oft vertretene Ansicht, 10 kg Propan - vergl. DIN 7003 - seien bei diesem System ein unvertretbares Gefahrenpotential bei Undichtigkeiten, trifft offen sichtlich nicht zu, denn die überall zugelassene 11 kg fassende Propangasflasche ist sicher 100 mal öfter undicht, wird aber allgemein akzeptiert.

Claims

1. Aus einer dünnwandigen und außen glatten Metallrohranordnung, insbesonders aus hartver lötetem Kupferrohr, bestehende Strahlungsheiz-/Kühlfläche, die in Wohnungsbaumaterialien eingebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß nahtlos gezogene, blanke Rohre mit einem Wand dicke s zu Außendurchmesser d -Verhältnis im Bereich von unter s/d = 0,045 eingesetzt werden.

2. Strahlungsheiz-/Kühlfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese Metallrohran ordnung vor dem Verlegen mit komprimiertem Gas mit einem Druck im Bereich von 4 bis 100 bar aufgeblasen wird.

3. Strahlungsheiz-/Kühlfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallrohran ordnung vor dem Verlegen mit einer Flüssigkeit teilweise befüllt wird, deren Dampfdruck bei Ver legetemperatur über 4 bar liegt.

4. Strahlungsheiz-/Kühlfläche nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampf te Flüssigkeit beim Löten als Formiergas verwendet wird.

5. Strahlungsheiz-/Kühlfläche nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß -nach dem die für einen Raum notwendige Metallrohrlänge in ihm provisorisch ausgelegt wurde - diese Metallrohranordnung später insgesamt lateral verschoben und ausgerichtet wird.

6. Strahlungsheiz-/Kühlfläche nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall rohranordnung zunächst teilweise oder ganz mit Estrich bedeckt wird und erst danach in ihre endgültige Einbaulage gebracht wird.

7. Strahlungsheiz-/Kühlfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine unregelmäßig zerbeulte und geknitterte Metallrohranordnung im Estrich oder Putz eingebaut wird.

8. Strahlungsheiz-/Kühlfläche nach Anspruch 1 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Druck stehende Metallrohr auf der Baustelle von einer Wickelvorrichtung abgezogen wird und zwischen je zwei plattgequetschten und in diesem Bereich umgeknickten Rohrstellen durchtrennt wird.

9. Strahlungsheiz-/Kühlfläche nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtig keit der Rohranordnung durch ein handelsübliches Gaswarngerät überwacht wird.

10. Sollbruchstelle in Betonbauwerken, dadurch gekennzeichnet, daß längs einer gewünschten Sollbruchstelle ein dünnwandiges und dehnbares Metallrohr eingebaut wird und beim Abriß des Bauwerkes unter einen Druck im Bereich von hundert bar gesetzt wird.