1. Einsatzbereich

Die Eignung für das Medium Druckluft ist eine Frage der Zulassungsangaben bzw. der Prüfbedingungen – Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU.

Im Gegensatz zu „Wasserrohren“ gilt als Basis nicht „Wasser bzw. ungefährliche Durchflussstoffe“ (bei 20°C) etc.

Druckluft und ungefährliche Gase stellen ungleich höhere Anforderungen als die Zulassungsvoraussetzungen für Wasser oder ähnliche flüssige Medien – Maschinenrichtlinie 2006/42/EG.

Die aktuellen Technischen Regeln im Rohrleitungsbau gelten hinsichtlich der Ausführungen über ungefährliche Gase auch für das Medium Druckluft.

1.1. Bruchcharakteristik

Eine zähe Bruchcharakteristik (Duktilität) muss Splitterbrüche aufgrund von Beschädigungen verhindern.

1.2. Chemische Beständigkeit

Druckluft kann sehr aggressiv sein durch Bestandteile der Ansaugluft, durch Konzentration der Schadstoffe bei Verdichtung; es kann aggressive Einflüsse durch die Vercrackung der Kompressorenöle geben; Kompressorenöle auf Eignung prüfen.

1.3. Mechanische Festigkeit

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, gibt es bei Druckluft ein hohes Gefährdungspotenzial (BetrSichV!) gegenüber Wasser durch den kompressiblen Zustand.

Druckprüfungen können mit Druckluft unter sicherheitstechnischen Gesichtspunkten bei ungeeigneten Rohrsystemen bedenklich sein.

Der folgende Vergleich soll den Unterschied zwischen Wasser und Luft/Gas als Prüfmedium aufzeigen:

• Wasser ist ein nicht-kompressibles Medium, d.h. wird z.B. ein 1 m langes Kunststoffrohr ∅ 160 mm einem Prüfdruck von 3 bar ausgesetzt, so entspricht das einer Energie von 1 Joule. Prüfdruck Wasser von 3 bar = ca. 1 Joule (bei Versagen fliegt das Rohr 0,02 m weit)
• Luft/Gase sind dagegen kompressible Medien; das gleiche Rohr hat bei 3 bar Prüfdruck bereits 5.000 Joule Energie gespeichert. Prüfdruck Druckluft von 3 bar = ca. 5.000 Joule (bei Versagen fliegt das Rohr 110 m weit)

Exkurs zum Verständnis von Sicherheitsabschlägen:

• Stahlrohre DIN 2440/2441:
  Nenndruck 25 bar für Flüssigkeiten,
  Nenndruck 10 bar für Luft und ungefährliche Gase
• PE-Leitungen:
  Mindestsicherheitsfaktor 1,2 (ungefährliche flüssige Medien) nach ISO 12162: bei „Gasverteilung“ Sicherheitsfaktor 2 (max. 10 bar gemäß G 472 DVGW-Regelwerk). Die Rohrreihe sollte darüber hinaus nach spezifischen Druckanforderungen gewählt werden, d.h. größere Wandstärke (= kleiner Innendurchmesser), z.B. SDR 7,25 NW 100 (110 x 15,2).

1.4. Systemanforderung

Nur bei Premium-Rohrsystemen ist ohne einzelne Prüfung sichergestellt, dass die technischen Werte im Detail für Rohre, Formteile und Armaturen hinsichtlich aller Kriterien (Medium, Anwendung, Lebensdauer, Sicherheit etc.), insbesondere im Hinblick auf die Druck-/Temperaturfunktion in Relation zur Standzeit (z.B. 50 Jahre) gleiche Werkstoffkennlinien haben und vom Hersteller dokumentiert sind – Systemlabelling (Ziffer 16).

Die nicht systemkonforme Materialkombination von Rohrwerkstoffen unterschiedlicher Qualität ist nicht erlaubt bzw. muss in einer Gefährdungsanalyse (BetrSichV §3) dokumentiert werden.

1.5. Innen-/Außeneinsatz

Zu empfehlen sind Rohrsysteme, die für Innen- und Außeneinsatz und Verlegung im Erdreich geeignet sind, da sonst unterschiedliche Rohrsysteme zum Einsatz kämen!

In Mitteleuropa gilt ein Temperaturbereich an der Rohrwand von minus 10°C (Druckbehälter!) bis plus ca. 40-50°C, in Abhängigkeit von der Temperatur des Mediums (Aufbereitung / Wärmeleitfähigkeit) und der Umgebung.

Für Außeneinsatz kann die UV-Beständigkeit erforderlich sein.

Bei Temperaturunterschieden schützt die Rohrwand davor, dass Temperatur des Mediums nach außen „abwandert“ und dass Außenkälte die Druckluft abkühlt. Hier hilft bezüglich der Wärmeleitfähigkeit der Lambda-Wert von 0,17 W/m·K!

Dokumentierte Herstellernachweise aller Details in Form eines Systemlabellings (benötigt jeder Rohrverleger für das CE-Zeichen) sollten sicherheitshalber vorliegen – CE-Kennzeichnung nach EU-Verordnung 765/2008.

Wichtig: Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU! Der zulässige Betriebsdruck richtet sich nach dem schwächsten Bauteil (Rohr, Formteil, Armatur), egal ob bei -10°C oder +50°C, bei gleichlanger Lebensdauer und gleichem Sicherheitskoeffizienten.

Das Risiko steigt jeweils bei materialverschiedenen Zusammenstellungen und Produkten verschiedener Hersteller (z.B. PE und PP) sowie Rohrverbindungen, selbst wenn die Werkstoffe augenscheinlich ähnlich sein sollten.

2. Druck / Temperatur

Druckluftwerkzeuge benötigen in der Regel 6 bar, so dass für die Auswahl der Rohre auch bei größeren Druckabfällen z.B. hier maximal 7 bar als Betriebsdruck (40°C) reichen.

Denken Sie bei höheren Verdichtungen daran, dass jedes nicht benötigte „Bar“ 10% an zusätzlicher Energie kostet: Verdichtung 10 bar statt 7 bar = 30% mehr Energie.

Unnötig höhere Verdichtung führt bei gleichbleibender Leistung der Werkzeuge zu einem mengenmäßig größeren Verbrauch (artificial demand ), zu höheren Leckagen ohne Leistungssteigerung der Verbraucher und zu kürzerer Lebensdauer sowie zu höheren Wartungskosten.

Die Belastbarkeit von Rohren, wenn temperatursensibel, z.B. Kunststoffrohre, sollten den nötigen Betriebsdruck im Bereich von -20°C bis +40°C an der Rohrwand aushalten.

Ein Fachmann wird aus der Mediumtemperatur, der Wärmeleitfähigkeit (Lampda 0,17 W/m·K) und der Umgebungstemperatur die Temperatur an der Rohrwand errechnen können.

Für Rohre, Formteile und Armaturen sollte nachweislich der gleiche Druck-, Temperatur- und Lebensdauerverlauf dokumentiert sein – Systemlabelling.

3. Durchmesser

In der Industrie sollte aus wirtschaftlichen Gründen die kleinste Nennweite 25 bis 32 mm betragen. In Anbetracht einer 3-stufigen Netzanordnung (z.B. 32/63/90 mm) als Voraussetzung eines gleichen Fließdrucks an jeder Entnahmestelle ist eine maximale Nennweite bis 100 mm als Standard in 90% aller Bedarfsfälle ausreichend.

Bei größeren Nennweiten als 4" empfehlen wir Änderungen der Netzkonfiguration bzw. dezentrale Einspeisung (mobile Kompressorencontainer).

Optimal sind Druckluftnetze mit drei Nennweiten, z.B. 90/63/32 mm für Haupt-, Verteilungs- und Anschlussleitungen. Bei einer großen Anzahl von Nennweiten ist die Gefahr groß, dass Druckunterschiede beim Fließdruck durch den Flaschenhals-Effekt entstehen.

Bei einem Rohrsystem mit Druckgrenzen von 10 bar (blueAIRmotion) anstatt 12,5 bar kann ein um bis zu 25% größerer Volumenstrom bei zusätzlich niedrigeren Anschaffungskosten transportiert werden.

4. Abmessungen

Rohre, Formteile und Armaturen sollten nennweitenmäßig (NW) und in der Art der Verbindung zueinander passen (DIN 2401/2402).

Die für die Rohrführung (3-stufig) im Planungszustand ermittelte Dimensionierung sollte systemisch Wachstum und Vermaschung erlauben.

5. Brandschutz

Bei durchgängig metallhaltigen Rohrsystemen kein Problem (Systemlabelling); bei Kunststoffrohren oder Metallrohren mit Kunststofffittings (PA): möglichst schwer oder nicht entflammbar; Zertifizierung nach EUROCLASS B-s1, d0 / Directive 98/106/CEE ist zu empfehlen.

6. Lebensdauer

Kompressoren stehen heute ≥ 20 Jahre, Rohrleitungen sind in der industriellen Praxis länger im Einsatz, ein Standard von 50 Jahren dient der Ressourcenschonung. Voraussetzung ist neben der Materialauswahl eine intelligente Netzkonfiguration mit Erweiterungsmöglichkeiten.

7. Sicherheitsfaktor

Der hohe systemische Sicherheitsfaktor muss bei kompressiblen Medien grundsätzlich höher als bei ungefährlichen Durchflussstoffen sein (z.B. Wasser), siehe Ziffer 1.3.

8. Werkstoff

Rohre, Fittings und Armaturen möglichst aus einem Material (Systemlabelling), sonst leicht Gefahr unterschiedlicher Wertigkeit; der Schwachpunkt bestimmt die Einstufung der kompletten Druckluftanlage (vom Kompressor bis zum Verbraucher) für CE-Zeichen bzw. Gefährdungsanalyse (BetrSichV), die der Rohrverleger dokumentieren muss – CE-Kennzeichnung / EU-Verordnung 765/2019.

9. Ausdehnungskoeffizient

So klein wie möglich, bedeutet unabhängig von Materialien grundsätzliche Bewegungsmöglichkeiten in den Halterungen.

10. Rohrverbindung

Bei Druckluft möglichst spaltlos und materialschlüssig (Löten, Schweißen, Kleben) zur Vermeidung späterer Leckagen (Q_L < 10^-10 mbar l/s ) bei kilometerlangen Netzen, die nicht wirtschaftlich gewartet werden können. Risiken/Wartungskosten besser gleich ausschließen.

Lösbare, spalthaltige Verbindungen neigen auf Dauer zu größeren Leckagen (Q_L < 10^-5 mbar l/s) und erfordern oft wegen der Dichtungen ölfreie Luft, z.B. ist eine Wasserleitung bei einer Leckagerate von Q_L < 10^-2 mbar l/s dicht, eine Ölleitung bei einer Leckagerate von Q_L < 10^-5 mbar l/s, eine Gasleitung bei Q_L < 10^-7 mbar l/s .

Flanschverbindungen unterliegen zur Begrenzung von Emissionen aus industriellen Anlagen besonderen Regeln (VDI 2290 / DIN EN 13445) und bedürfen eines Hochwertigkeitsnachweises und dürfen nur verwendet werden, wenn sie verfahrenstechnisch, sicherheitstechnisch oder für die Instandhaltung notwendig sind.

Zur Erstellung und Überwachung solcher Schraubverbindungen in druckbeaufschlagten Systemen ist neuerdings eine Zertifizierung vorgeschrieben (DIN CEN/TS 1591/1-4).

Besonders bei Erdverlegung der kilometerlangen Netze oder in 8 bis 10 m Höhe sind Wartungen zur Beseitigung von Leckagen völlig unmöglich. Sie können leicht pro Jahr die Investitionskosten für ein wartungsfreies Netz übersteigen.

11. Spezialwerkzeug für Rohrverbindung

Schraubverbindungen sind wegen des Montageaufwandes und der Gefahr von Leckagen (Q_L < 10^-5 mbar l/s ) möglichst nicht zu empfehlen. Für solche Verbindungen wird zunehmend eine Zertifizierung der Monteure gefordert nach DIN EN 1591-4.

Sonstige Verbindungen, bei denen die Garantie der Dichtigkeit über die gesamte Standzeit, z.B. 50 Jahre, nicht möglich ist, sind nur mit dem Risiko von Undichtigkeiten einsetzbar.

Für spalthaltige Verbindungen gibt es über die lange Lebenszeit praktisch keine Garantie/Gewährleistung für Dichtigkeit (z.B. 50 Jahre), nicht zu verwechseln mit Garantien/Gewährleistungen nur für Materialfehler von z.B. über 10 Jahren bei Fertigungsmängeln von Steck- und Schraubverbindungen, bei denen dann nur Austauschteile geliefert werden. Die Austauschkosten trägt in der Regel der Betreiber.

12. Stützweiten

Kunststoffrohrsysteme für den Druckluftbereich bedingen wegen des geringen Gewichtes der Rohre und des Mediums einfachste und billige Haltekonstruktionen. Die Materialausdehnung wird durch die thermische „Isolierung“ der Druckluft minimiert.

13. Korrosion / Oxydation

Bedeutet negative Beeinflussung der Luftqualität und hohe Wartungskosten, z.B. aufwändige dezentrale Aufbereitung bei Rost oder Zinkgeriesel; Ansprüche an Luftqualität steigen immer unter Umweltschutzgesichtspunkten wegen des gefährlichen Feinstaubes.

Wartungsfreie oxydations- und korrosionsfeste Rohrsysteme müssen bei der Beschaffung nicht teurer sein als konventionelle Systeme. Sie kosten oft sogar weniger.

14. Abbindezeit / Erkaltungszeit

Bei modernen Verbindungsmethoden wie Löten, Heiß- und Kaltverschweißen (Schmelzverfahren) sind heute die Verbindungszeiten ziemlich kurz und eigentlich nur bei Erweiterungen relevant.

15. Fachkenntnisse zur Montage

Moderne Rohrsysteme sollten heute meistens ohne Spezialwerkzeug montierbar sein, benötigen aber fachkundige Planung und mit Anleitung, bezogen auf die speziellen Anforderungen des Mediums (wenig Formteile, 180°-Bögen, Absperrventile, Verlegung mit Neigung, Kondensatabläufe etc.).

Erfahrene Lieferfirmen schulen Kunden in Drucklufttechnik sowie in der Rohrleitungsmontage.

16. Zertifizierung (Systemlabelling)

Zu empfehlen sind Premium-Rohrsysteme, alles aus einer Hand, sonst hat der Planer/Verleger aufwändig alle Einzelnachweise zusammenzustellen und zu prüfen, um eine CE-Bestätigung auszustellen.

Es besteht die Gefahr der Haftung durch Stilllegung aufgrund ungeeigneter Rohrwerkstoffe oder notwendiger Druckreduzierung auf unter 6 bar bei Verwendung von Bauteilen mit ungeeigneten Druckstufen bzw. fehlender Kompatibilität.

17. Referenzen

Neben allen „amtlichen“ Zertifikaten, z.B. nach der Druckgeräterichtlinie, ist es auch sinnvoll, mit Referenzanwendern Kontakt aufzunehmen.

Sicherheit gibt es auch durch Hinweise, bei welchen spektakulären Einsätzen sich ein Rohrsystem bewährt hat, z.B. in der Raumfahrt.

18. Kosten

Die Investitionskosten für optimale, vergleichbare Rohrsysteme haben eine große Spreizung.

Nicht die niedrigen Investitionskosten sind entscheidend als vielmehr die möglichen Folgekosten durch fehlendes Know-how, zusätzliche Aufbereitung, Flaschenhälse und Leckagen durch nicht garantiert dichte Rohrverbindungen etc. im Rahmen der Life-Cycle-Cost (LCC).

Die Konzentration nur auf niedrige Investitionskosten verhindert wirtschaftlichere Systeme und kann zu einer Verdoppelung der Energiekosten führen, d.h. wer 50.000 € bei den Investitionskosten spart, kann bei den Energiekosten leicht 500.000 € p.a. mehr zahlen.

You will get what you pay for – manches ist geschenkt zu teuer!

19. Life-Cycle-Cost (LCC) – Vergabekriterien

• Ökodesign-Richtlinie 2009/125/EG
• Energiemanagementsysteme DIN EN ISO 50001
• Energie-Effizienzrichtlinie 2012/27/EU
• Energieeinsparungsgesetz (Verteilungsnetze) EnEG 2013

Energieeffizienz als Vergabekriterium: Investitionskosten §4 „Vergabe von Liefer- und Dienstleistungen“ bzw. §6 „Vergabe von Bauleistungen“ gemäß Vergabeordnung (2016)

Angaben ohne Gewähr