Miedź obok tworzyw sztucznych jest materiałem powszechnie stosowanym w budownictwie mieszkaniowym zarówno w instalacjach wodociągowych (ciepłej i zimnej wody), jak i w instalacjach centralnego ogrzewania.

Zalety instalacji miedzianych są coraz powszechniej doceniane. Wynikają one po pierwsze z wła­ściwości samego materiału, gdyż miedź jest odporna na korozję, wysoką temperaturę, działanie promieni ultrafioletowych, wyka­zuje dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, jest plastyczna. Instalacje z miedzi są łatwe w montażu, a ich cena – porówny­walna z kosztem instalacji z two­rzyw sztucznych. Do zalet miedzi należy dołączyć jeszcze możliwość wykonywania z tego samego materiału wszyst­kich instalacji w budynku, zarów­no ciepłej i zimnej wody, jak i centralnego ogrzewania, a w tym także instalacji olejo­wych i gazowych na gaz miejski i ziemny.  Nie bez znaczenia jest też możli­wość wykorzystania zużytych przewodów miedzianych jako ma­teriału hutniczego (recycling).

Miedź jest odporna na korozyjne działanie:

♦      atmosfery – we wszystkich strefach klimatycznych,

♦      ciepłej i zimnej wody w insta­lacjach domowych,

♦      wody morskiej,

♦      wodnych roztworów alkalicz­nych (do pH równego 11,4),

♦      kwasów nie utleniających (np. octowego, solnego).

Ulega zaś korozji w środowisku:

♦      kwasów utleniających (np. azotowego),

♦      roztworów amoniaku i związ­ków amonowych,

♦      kwasów siarkowodorowych i roztworów siarczków,

♦      wód napowietrzonych o dużej zawartości kwasu węglowego.

Duża odporność korozyjna miedzi w zasadzie gwarantuje trwałość instalacji miedzianych. A jednak… Zaobserwowano, że przewody miedziane mają skłon­ność do ulegania określonym ty­pom korozji. Przyczyny? Miedź występuje w instalacjach w sta­nie przetworzonym, to znaczy w postaci rur, łączników i urzą­dzeń sanitarnych (grzejniki, wy­mienniki, kolektory itp.). Może na to wpływać również sam sposób wykonywania instalacji. Aby wyeliminować zagrożenia ko­rozyjne instalacji miedzianych opracowano w odniesieniu do nich specjalne wymagania – nor­my, warunki techniczne, a nawet szczegółowe instrukcje wykona­nia.

Dotyczy to:

♦ jakości wody zasilającej instalacje z rur miedzianych,

♦     jakości stosowanych materiałów,

♦      projektowania,

♦      techniki wykonywania instala­cji z rur miedzianych.

Dopiero łączne przestrzeganie wszystkich tych warunków gwa­rantuje co najmniej 40-letnią, bezawaryjną eksploatację instala­cji – zarówno wodociągowych, jak i centralnego ogrzewania. W Polsce wymagania takie zawar­te są w dwóch publikacjach: „In­stalacje z rur miedzianych” – po­radnik COBRTIINSTAL 1994 oraz „Wewnętrzne instalacje wodocią­gowe grzewcze i gazowe z rur miedzianych” – wytyczne stoso­wania i projektowania COBRTI IN­STAL 1996.

■ Rodzaje korozji

Poprawnie wykonane instalacje miedziane są bardzo trwale, okres ich użytkowania powinien wynosić 50 lat. Niespełnienie wy­magań, o których była mowa wy­żej, może powodować korozję, znacznie zmniejsza trwałość instalacji.

Najbardziej niebezpieczna dla in­stalacji jest korozja wżerowa, która powoduje miejscowe ubyt­ki metalu. Powstają one w miej­scach osłabienia (zniszczenia) warstwy tlenku, stanowiącą na­turalną barierę ochronną wewnętrznych powierzchni przewo­dów miedzianych. Uszkodzenia powstałe w wyniku korozji wże­rowej mają inny charakter w in­stalacji wody zimnej, a inny w przewodach wody gorącej. W przewodach wody zimnej ob­serwuje się półkoliste wgłębienia wypełnione wewnątrz kryształ­kami tlenku i chlorku miedzi, a w wodzie ciepłej (na ogół przy temperaturze powyżej 60°C) są to drobne, wąskie kanaliki wy­pełnione niebiesko-zielonymi produktami korozji (głównie siar­czanu miedzi). Ten rodzaj korozji występuje w wodzie miękkiej o niskiej wartości pH.

Przyczyną korozji wżerowej mo­że być:

♦        nieodpowiedni skład chemicz­ny miedzi;

♦       warstewka węgla na we­wnętrznych powierzchniach rur powstająca podczas proce­su ich wytwarzania;

♦      cząstki stałe i osady na we­wnętrznych powierzchniach miedzianych, które przedosta­ły się do wnętrza rur podczas transportu lub składowania czy wykonywania samej insta­lacji lub zostały naniesione przez wodę płynącą w instala­cji, jeśli na przewodzie zasi­lającym nie zainstalowano odpowiedniego filtra siat­kowego;

♦      wycieki topnika do lutowania miękkiego na wewnętrzne po­wierzchnie przewodu miedzia­nego;

♦      niewłaściwa (niezgodna z wy­maganiami) jakość wody zasi­lającej instalację.

Przeprowadzono dokładne bada­nia procesów korozji wżerowej wodociągowych instalacji z rur miedzianych (zarówno laborato­ryjne, jak i eksploatacyjne). Wyka­zały one, że uszkodzenia korozyj­ne powstają wtedy, gdy występują jednocześnie co najmniej dwa czynniki sprzyjające ich powsta­niu – na przykład niewłaściwy skład wody i warstwy węgla występujące na powierzchniach rur. W przewodach miedzianych mo­że występować też korozja ero­zyjna. Zachodzi ona, gdy proce­som korozyjnym towarzyszy burzliwy przepływ wody, nisz­czący lokalnie warstwę tlenku. Przepływ ten może być wynikiem przekroczenia dopuszczalnych szybkości, określonych w nor­mach dla przewodów miedzia­nych. Może też wynikać ze wszel­kich zakłóceń przepływu, kiedy to prędkość zwiększa się lokalnie i powstają zawirowania (tak się dzieje w miejscach zmian przekroju poprzecznego rur, zmian kierunku przepływu wody, w ob­szarze nadlewów lutowniczych). Charakterystyczne dla tego ro­dzaju korozji są uszkodzenia w kształcie podkowy lub podłuż­ne zagłębienia pogłębione w kie­runku przepływu wody. Korozja równomierna, której ule­ga cała wewnętrzna powierzch­nia przewodów nie jest niebez­pieczna. Efektem jej może być je­dynie przechodzenie jonów miedzi do wody, co powoduje niekiedy niebiesko-zielone zabar­wienia na ceramice sanitarnej, a także większą ilość jonów mie­dzi w wodzie wypływającej z instalacji.

■ Jakość wody a rodzaj instalacji

Jakość wody należy oceniać już w momencie podejmowania de­cyzji o tym, z jakiego materiału będzie wykonana instalacja. Do­tyczy to zwłaszcza instalacji wo­dociągowej (ciepłej i zimnej wo­dy). Decyzję najlepiej podjąć w porozumieniu z projektantem instalacji. Na podstawie analizy wody (można ją zamówić w uprawnionym w tym zakresie przedsiębiorstwie wodociągów i kanalizacji, stacji sanitarno-epidemiologicznej albo jednostce badawczej) oraz odpowiednich kryteriów (zgodnie z normami DIN 50930) projektant powinien wytypować materia! instalacyjny trwały korozyjnie w kontakcie z wodą.

Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Techniki Instalacyjnej „INSTAL” opracował kryteria dobo­ru materiałów instalacyjnych zale­żnie od stopnia agresywności ko­rozyjnej wody w stosunku do sta­li, stali ocynkowanej, miedzi oraz stali kwasoodpornej. Dotychczas ocenie poddano wodę w 30 więk­szych miastach w Polsce. Informa­cje na ten temat otrzymały odpo­wiednie przedsiębiorstwa wodo­ciągów i kanalizacji oraz władze miasta (dokładny wykaz miast pu­blikowany jest okresowo w „Infor­macji INSTAL” wydawanej przez BOINTE COBRTI INSTAL).

Woda w instalacji miedzianej powinna spełniać następujące wymagania:

♦      odczyn pH > 7,0

♦      zasadowość > 2

♦      stężenie jonów amonowych < 0,5 mol azotu/l

 

Dla poszczególnych materiałów instalacyjnych przyjęto zupełnie inne kryteria oceny agresywności korozyjnej wody, inne czynniki są bowiem niebezpieczne dla sta­li ocynkowanej, a inne dla mie­dzi. Woda agresywna w stosunku do stali ocynkowanej (taka jest np. warszawska woda wodocią­gowa o zawartości około 200 mg/l jonów chlorowych), nie jest agresywna koryzyjnie w stosunku do miedzi. W Warszawie moż­na więc bez obawy stosować in­stalacje miedziane.

■ Rejony podgórskie – bez miedzi

Korozji przewodów miedzianych sprzyjają jony manganowe, jeśli ich stężenie przekracza dopusz­czalną wartość (0,05 mg/l) określo­ną w wymaganiach dla wody do picia i potrzeb gospodarczych (Za­rządzenie MZiOS z 4.05.1990 r.). Woda wodociągowa w Polsce spełnia na ogół wymagania doty­czące jakości wody zasilającej instalacje wodociągowe z rur miedzianych. Wymagania te nie dotyczą wody w instalacjach ogrzewania, gdzie praktycznie nie ma ograniczeń jakościowych – pod warunkiem, że ilość ubyt­ków wody nie będzie przekraczać ilości określonych w normie PN-93/C-04607.

Zastrzeżenia w stosowaniu mie­dzi dotyczą w Polsce jedynie rejo­nów podgórskich, gdzie występu­je woda miękka o dużej zawarto­ści agresywnego dwutlenku węgla.

■ Łączenie miedzi z innymi materiałami

Elementy instalacji wykonywane z innych metali niż miedź (stal, stal ocynkowana czy aluminium) mogą ulegać w instalacjach mie­dzianych korozji. Dotyczy to za­równo instalacji wodociągowych (cieplej i zimnej wody), jak i in­stalacji centralnego ogrzewania. Dlatego też podstawową zasadą projektowania i wykonywania in­stalacji z rur miedzianych jest zachowanie jednorodności mate­riałowej, tak aby cała instalacja była wykonana z miedzi lub jej stopu. W instalacji wodociągo­wej do kontaktu z miedzią do­puszcza się jedynie stal kwasoodporną (z której wykonuje się na ogól wymienniki ciepła). W jednym obiegu wodnym nie wolno łączyć miedzi ze stalą ocynkowaną. Na styku tych ma­teriałów tworzy się bowiem ogniwo elektrochemiczne, w którym stal (powłoka cynkowa) ule­ga intensywnemu rozpuszczaniu. Aby przeciwdziałać temu zjawi­sku, metale te oddziela się zwy­kle przekładką izolacyjną (np. ta­śmą teflonową). Miedź powoduje korozję stali, stali ocynkowanej i aluminium również wtedy, gdy nie jest z nią bezpośrednio połączona, bo woda stykając się z elementami stalo­wymi przepływa wcześniej przez przewody miedziane. Oddziały­wanie to polega na osadzaniu się jonów miedzi w miejscach, gdzie wcześniej korozja zniszczyła po­wierzchnię stali ocynkowanej; po­woduje to punktowe wytrącenia miedzi, które intensyfikują roz­wój istniejących wżerów i przyśpieszają niszczenie materiału.

Zjawisko to obserwuje się na przykład:

♦      przy połączeniach rur miedzia­nych z rurami ocynkowanymi w instalacji ciepłej lub zimnej wody,

♦      w stalowych zasobnikach sto­sowanych w instalacjach cie­płej wody z rur miedzianych,

♦      w miejscach łączenia rur ocyn­kowanych lutem mosiężnym.

Procesy te ujawniają się zazwy­czaj wtedy, gdy woda wodociągo­wa jest korozyjnie agresywna w stosunku do stali ocynkowanej. W tej sytuacji niekorzystne jest również połączenie: stal ocynko­wana – miedź; przy takim właśnie kierunku przepływu wody w instalacji występuje przenosze­nie produktów korozji na we­wnętrzne powierzchnie przewo­dów stalowych. W razie koniecz­ności zastosowania takiego połączenia niezbędne jest zasto­sowanie odpowiedniego filtru siatkowego.

Nieco łagodniejsze niż w odnie­sieniu do instalacji wodociągo­wej są warunki dotyczące insta­lacji grzewczych, w których łą­czenie stali z miedzią jest dopuszczalne (można np. stoso­wać połączenie przewody mie­dziane – grzejniki stalowe). Nor­ma PN-93/C-04607 Woda w insta­lacjach ogrzewania dopuszcza łączenie obu metali w jednym obiegu wodnym, ale uwaga: jedy­nie w układach zamkniętych, w których ubytki wody nie prze­kraczają wartości określonych w tej normie. Nie dopuszcza się natomiast połączenia w jednym obiegu wodnym miedzi i alumi­nium, co praktycznie oznacza, że nie należy stosować grzejników aluminiowych – zwłaszcza, gdy w wodzie obecne są większe ilości jonów chlorkowych. Jeśli rozpatruje się niebezpieczeń­stwo korozji, nie ma żadnych przeciwwskazań łączenia miedzi z tworzywami sztucznymi. Ale ze względu na odmienne technolo­gie łączenia i mocowania, a także na różne właściwości materiałów  najlepsze są jednak instalacje jed­norodne materiałowo. Ze względów sanitarnych, czyli „zdrowotności” instalacji, a tak­że ze względu na jej popraw­ność techniczną wszystkie ele­menty stosowane do wykonania instalacji z miedzi – rury, łączni­ki, luty oraz armatura – powin­ny mieć odpowiednie dopusz­czenia do stosowania w budow­nictwie. Za dopuszczone do stosowania uważa się te wyroby, które uzyskają certyfikat (bądź mają deklarację zgodności) z aprobatą techniczną, którą na dany wyrób wydaje, zgodnie z nadanymi uprawnieniami, COBRTI INSTAL.

■ Miedź w wodzie

Oddziaływanie przewodów mie­dzianych na zdrowie człowieka zależy od ilości jonów miedzio­wych w wodzie wodociągowej opuszczającej instalację. Zgodnie z wytycznymi Światowej Organi­zacji Zdrowia dopuszcza się mak­simum 2 mg Cu2+ w litrze wody w punkcie jej czerpania. Badania prowadzone przez COBRTI w in­stalacjach miedzianych nie wyka­zały rozbieżności z tymi wyma­ganiami ani w wodzie zimnej ani ciepłej, w której jest zwykle wię­cej jonów miedzi. Podwyższoną (ponadnormatywną) zawartość jonów miedzi w wodzie zauwa­żono jedynie w instalacjach, któ­re zasilane były wodą o niskim pH (poniżej 6,5), a więc wodą, która nie spełniała wymagań wo­dy do picia. Dotyczyło to przede wszystkim ujęć indywidualnych, których właściciele nie przepro­wadzili oceny sanitarnej wody bądź ją zlekceważyli. Należy przy tym pamiętać, iż miedź jest pierwiastkiem nie­zbędnym do życia: zapotrzebowa­nie człowieka dorosłego wynosi dziennie 2-4 mg (u niemowląt na­wet więcej). Ponadto miedź ma bakteriostatyczne właściwości. Wykazano bowiem, że woda pitna przepływająca przez instalacje miedziane zawiera najmniejszą ilość bakterii w porównaniu z wo­dą kontaktującą się z tworzywami sztucznymi, stalą ocynkowaną, a nawet szkłem.

■ Wymagania materiałowe

Normy techniczne określają ilość węgla, jaka może występować na powierzchniach rur. Zależnie od rodzaju rur ilość ta powinna wy­nosić:

♦      dla rur w stanie miękkim i pół­twardym – 0,2 mg/dm2,

♦      dla rur w stanie twardym śred­nicy do 54 mm – 0,2 mg/dm2,

♦      dla rur średnicy powyżej 54 mm – 1,0 mg/dm2.

Oznakowanie każdego rodzaju ru­ry powinno zawierać:

♦      numer normy, według której wykonane są rury,

♦      średnicę wewnętrzną w mm,

♦ stan kwalifikacyjny – rury pro­dukowane są w stanie mięk­kim, półtwardym oraz twardym i oznakowane są odpowiednio R220, R250, R290, a według krajowych wymagań: r, z4, z6. Bardzo istotna jest, z punktu wi­dzenia poprawności wykonywa­nia połączeń lutowanych, które są podstawowym sposobem łączenia przewodów miedzianych, dokład­ność wymiarowa elementów przyszłej instalacji. Wymiary średnicy zewnętrznej i grubości ścianki, zakres średnic oraz gru­bości ścianek rur i łączników mie­dzianych – zależnie od zastoso­wania rur (instalacje wodociągo­we, gazowe czy grzewcze) wraz z tolerancjami wymiarowymi opublikowane są w wytycznych projektowania i stosowania insta­lacji z rur miedzianych przez CO­BRTI INSTAL.

■ Co powinien projektant instalacji?

Projektant instalacji z rur mie­dzianych zobowiązany jest do ścisłego przestrzegania norma­tywnych szybkości przepływu wody – zarówno przez odpo­wiedni dobór średnic przewodów, jak i wydajności pompy cyrkulacyjnej. Ograniczenia szybkości przepływu wody wynikają przede wszystkim ze względu na zagro­żenie przewodów miedzianych korozją erozyjną, a także ze względów akustycznych.

Graniczne szybkości przepływu wynoszą:

♦ w przewodach rozdzielczych i pionach – 1,5 m/sek.

♦   w połączeniach od pionów do punktów czerpalnych -    1,0 m/sek,

♦      w przewodach cyrkulacyjnych -    0,5 m/sek.

Projektant powinien też dobrać filtr i określić jego miejsce – na wlocie wody do instalacji: zadaniem tego filtra jest zatrzy­mywanie wszystkich cząstek sta­łych przedostających się do przewodów miedzianych. Wymagane są filtry siatkowe zdolności filtracji do 50 mikronów.

■ Wykonanie instalacji

Dla trwałości instalacji ważne jest zachowanie wszelkich zasad 0 przepisów dotyczących wykonywania instalacji. Niezbędne jest przede wszystkim skontrolowanie:

♦ użytych do wykonywania instalacji materiałów (rur, łączników, lutowia, armatury itp.),

♦ wymiarów i łączników stoso­wanych do wykonywania in­stalacji bezpośrednio przed ich użyciem.

W instalacji powinno się stosować lutowanie miękkie do jak najwięk­szego zakresu średnic, ogranicza­jąc lutowanie twarde – ze względu na niezbędną przy nim wyższą temperaturę, która może powodo­wać nieodpowiednią strukturę warstwy ochronnej (tlenku) na we­wnętrznych powierzchniach rur. Jakość wykonywanych połączeń lu­towanych, powinna być skontrolo­wana, co pozwala zapobiec ewen­tualnym nadlewom lutowniczym na wewnętrznych powierzchniach przewodów (miejsca te mogą powodować zawirowania wody, za­początkowując korozję erozyjną). Podczas wykonywania (a przed­tem składowania elementów) in­stalacji nie wolno dopuszczać do przedostawania się do wnętrza rur i łączników drobnych zanie­czyszczeń, takich jak wióry, pia­sek czy zaprawa.