Wärmeplanung und Fernwärmeausbau: Strahlenvernetzte Schrumpfmuffen etablieren sich

Wie groß die Aufgabe ist, lässt sich an den Ausbauzahlen ablesen. Im Gutachten „Perspektive der Fernwärme“ von Prognos, AGFW und VKU steigt die Zahl der an Fernwärmenetze angeschlossenen Wohngebäude von rund 1,3 Millionen heute auf 3,6 Millionen im Jahr 2045. Das entspricht einem Plus von 177 Prozent.

Mit jedem zusätzlichen Kilometer Netz wächst der Bedarf an Verbindungssystemen, die dicht bleiben, Montagefehler verzeihen und über lange Zeit stabil funktionieren. Gleichzeitig setzt sich die Ablösung unvernetzter Muffen durch vernetzte Systeme fort.

Bei der Verlegung von Fernwärmeleitungen sind verlässliche Verbindungssysteme das Rückgrat einer sicheren Infrastruktur. Muffen sind die neuralgischen Punkte im Netz. Sie müssen über Jahrzehnte hinweg dicht bleiben, mechanischen Belastungen standhalten und einfach in der Montage sein. Strahlenvernetzte Schrumpfmuffen erfüllen diese Anforderungen und haben sich als bevorzugte Lösung in Fern- und Nahwärmenetzen durchgesetzt.

Die Strahlenvernetzung ist ein physikalisches Verfahren, das vereinfacht gesagt die mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften von Massen- und technischen Kunststoffen mittels Beta- und Gammastrahlen verändert. Die behandelten Materialien reichen dadurch an die Eigenschaften von Hochleistungskunststoffen heran und können diese in vielen Anwendungen ersetzen.

Das Verfahren der Strahlenvernetzung erfolgt ohne den Einsatz von Chemikalien und hinterlässt keine Rückstände. Der Durchlauf durch die Strahlungseinheit dauert nur wenige Sekunden. Direkt im Anschluss folgt die Freigabeprüfung, danach ist das Produkt ohne Wartezeit direkt einsatzbereit.

Schrumpfprodukte entstehen, indem teilkristallinen Werkstoffen durch gezieltes Einbringen von Vernetzungsstellen ein Formgedächtnis (Memory-Effekt) verliehen wird. Nach der Vernetzung wird das Produkt bei erhöhter Temperatur gedehnt, durch das Abkühlen lässt sich diese Form vorübergehend einfrieren. Bei erneuter Erwärmung nimmt das Produkt seine ursprüngliche Form wieder an. Auf der Baustelle schrumpft die Muffe so beim Erhitzen kontrolliert zurück und umschließt das Rohr passgenau.

Eine strahlenvernetzte Schrumpfmuffe besteht in der Regel aus vernetztem Polyethylen (PEX) oder einem vergleichbaren Polyolefin. Sie wird über die Verbindungsstelle des Mantelrohrs geschoben und durch Wärmezufuhr aktiviert. Dabei schrumpft der Muffenkörper kontrolliert auf das Mantelrohr und legt sich mit hoher Schrumpfkraft um den Verbindungsbereich.

Durch die Vernetzung erhält das Material eine hohe Formstabilität, Temperaturbeständigkeit und Rückstellkraft. Die Abdichtung gegen Feuchtigkeit erfolgt über ein darunterliegendes Schrumpfband bzw. eine Schrumpffolie, die im Bereich der Rohrverbindung angebracht und beim Erwärmen aktiviert wird. So entsteht ein dichter Abschluss, der die Verbindung dauerhaft vor dem Eindringen von Feuchtigkeit schützt.

Vernetztes Polyethylen (PEX) unterscheidet sich grundlegend von unvernetztem HDPE. Die Werkstoffeigenschaften verändern sich durch die Vernetzung deutlich:

Die Strahlenvernetzung minimiert das Kriechen des Materials unter Dauerlast. Die Muffe behält ihre Schrumpfkraft über die gesamte Lebensdauer, auch bei Temperaturschwankungen und mechanischer Beanspruchung. Vernetztes Polyethylen wird durch kurzzeitige Überhitzung während der Installation nicht nachteilig beeinflusst und zeigt zudem keine bleibende Kriechverformung.

Strahlenvernetzte Muffen halten Betriebstemperaturen von über 130 Grad Celsius im Dauerbetrieb stand. Gleichzeitig verringert die Vernetzung die Löslichkeit und Quellung durch Lösungsmittel deutlich. Die Beständigkeit gegen aggressive Medien und Hydrolyse wird erhöht. Das zeigt sich unter anderem in einer verbesserten Spannungsrissbeständigkeit und einem deutlich geringeren Festigkeitsabfall nach der Einwirkung von Lösungsmitteln. Auch das Risswachstum bei äußerlichen Punktbelastungen verlangsamt sich deutlich.

Strahlenvernetzte Schrumpfmuffen kommen in verschiedenen Bereichen der Wärme- und Kälteversorgung zum Einsatz:

Für Schrumpfmuffen gelten insbesondere folgende Normen:

Mit dem erwarteten Ausbau der Wärmenetze rücken zugleich die zukünftigen Betriebsbedingungen stärker in den Fokus. Die Wärmewende verläuft technologisch in zwei Richtungen. Auf der einen Seite entstehen Niedertemperaturnetze der fünften Generation, die mit Vorlauftemperaturen unter 70 Grad Celsius arbeiten und dezentral durch Wärmepumpen gespeist werden.

Diese Niedertemperaturnetze binden erneuerbare Energiequellen wie Geothermie, Flusswärmepumpen oder die Abwärme von Rechenzentren effizient ein. Auf der anderen Seite gewinnen Hochtemperaturnetze an Gewicht, die industrielle Abwärme mit Temperaturen über 120 Grad Celsius transportieren und so Energiepotenziale erschließen, die bislang ungenutzt blieben.

Die beiden Entwicklungen stellen unterschiedliche Anforderungen an die Dimensionierung der Rohrleitungen, doch bei der Abdichtung bleibt der Anspruch gleich. Egal, ob ein Netz mit 50 oder mit 130 Grad Celsius betrieben wird: Die Schrumpfmuffen müssen über Jahrzehnte hinweg dicht bleiben, Temperaturschwankungen standhalten und mechanischen Belastungen widerstehen. Die Strahlenvernetzung sorgt dabei für die nötige Formstabilität und trägt zu einer zuverlässigen Dichtfunktion bei.

Der Autor dieses Fachbeitrags, Wilhelm Schneider, ist seit 2021 Key Account Manager für die Strahlenvernetzung bei BGS Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG. Als Experte für Kunststoffe beschäftigt er sich seit Jahren mit thermo- und duroplastischen Kunststoffen sowie Faserkunststoffverbunden (FKV).

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