Rapport: 40 jaar flexibele voorgeïsoleerde leidingsystemen in stadsverwarming

Flexibele leidingsystemen kunnen bijdragen aan het sneller realiseren van klimaatdoelstellingen, met name in warmtenetten van de 4e generatie, vanwege hun voordelen zoals korte installatietijden, eenvoudige aansluittechniek en lagere civieltechnische kosten. Praktijkervaring leert dat er een  levensduur van meer dan 40 jaar of aanzienlijk langer worden bereikt bij de juiste toepassing.

 

In dit rapport wordt nader toegelicht waarom stadsverwarming van de 4e generatie perfect is voor het toepassen van flexibele kunststof leidingen en hoe een levensduur tot 100 jaar kan worden bereikt.

 

Oostenrijk en Finland
Flexibele stadsverwarmingsbuizen worden vervaardigd met metalen of kunststof leidingen. In dit rapport ligt de focus op systemen met kunststof leidingen. De eerste flexibele systemen met kunststof buizen werden begin jaren 1980 ontwikkeld in Oostenrijk en Finland en werden vooral gebruikt in kleinere warmtenetten in landelijke gebieden. De eerste aanvraag in Oostenrijk kwam in 1981 van een energiebedrijf dat kleinere dorpen wilde aansluiten op stadsverwarming langs de hoofdleiding voor stadsverwarming van een grote WKK-installatie. 

De opdracht aan een innovatieve Oostenrijkse fabrikant van kunststof buizen was om een flexibel, corrosiebestendig leidingsysteem te ontwikkelen voor gebruik in secundaire netwerken (aanvoertemperaturen tot 90 °C) dat rechtstreeks van de rol in de buissleuf kon worden gelegd. De gezamenlijke productontwikkeling was succesvol en al in 1982 werden de eerste kleinere projecten gerealiseerd. Vanaf 1983 werden er ook grotere projecten gerealiseerd in plattelandsgemeenschappen, waar de eerste stadsverwarmingsnetten met centrale biomassaketels werden gerealiseerd.

 

Excursie
Een van deze projecten – de stadsverwarmingsvoorziening op biomassa in Heiligenkreuz bij Wenen – werd in 1983 gestart met de aanleg van de hoofdpijpleidingen en is voortdurend uitgebreid. Op het 36e International Euroheat & Power Congress 2013 in Wenen werd dit project door de exploitant gepresenteerd tijdens een excursie naar Heiligenkreuz en bracht de bezoekers uit Litouwen op het idee om deze oplossing lokaal te implementeren. Met een toename van het aandeel biobrandstoffen van minder dan 30% (2012) tot bijna 70% (2021) is Litouwen bijzonder succesvol geweest in de omschakeling van zijn stadsverwarmingsvoorziening naar duurzame energiebronnen.

 

Diverse systemen
In Finland werd parallel een ander systeem ontwikkeld op basis van PE-X medium buizen en XPE-isolatie. De eerste producten werden ontworpen met een PE-buitenfolie en werden al snel opnieuw ontworpen met een gegolfde buitenmantel om te voldoen aan de marktvraag naar een systeem dat direct in de grond kon worden gelegd met een zandbed. 

Na de eerste successen van de pioniers Pipelife en Uponor ontwikkelden fabrikanten als Logstor, Brugg, Rehau en Armacell-Austroflex in de jaren 1990 ook flexibele systemen, waarbij deze systemen gebaseerd zijn op PE-X medium buizen met XPE of semi-flexibele PUR-isolatie. Tegenwoordig worden er in principe twee verschillende oplossingen aangeboden voor flexibele voorgeïsoleerde leidingen.

 

Gebonden systemen: Als isolatiemateriaal wordt semi-flexibel PUR gebruikt, dat verbonden is aan de mediumbuis. De buitenbehuizing is gemaakt van LDPE of HDPE en is, afhankelijk van het ontwerp, min of meer gegolfd om de flexibiliteit te ondersteunen.

Niet-gebonden systemen: Deze systemen zijn ontworpen voor maximale flexibiliteit. De isolatie is gemaakt van flexibel PE of XPE en is niet verbonden aan de mediumbuizen. De buitenmantel is gemaakt van geribbeld HDPE.

 

 

 

 

Links: Austro-PUR gebonden systeem 
Rechts: AustroPEX Niet-gebonden systeem

 

Standaardisatie voor flexibele leidingsystemen
Binnen CEN TC 107 ‘Stadsverwarmings- en koelingssystemen’ werd eind jaren 1990 een nieuwe werkgroep voor flexibele leidingsystemen geïntroduceerd die de EN15632 reeks normen voor flexibele leidingen ontwikkelde. Deze norm bestaat uit 4 delen en behandelt in deel 1 de algemene eisen voor flexibele systemen, in deel 2 en 3 de verbonden en niet-verbonden systemen met kunststof serviceleidingen en in deel 4 flexibele voorgeïsoleerde metalen leidingen.

 

Ontwerpcriteria en normen voor flexibele leidingsystemen
In lokale en stadsverwarmings- en koelingstoepassingen worden de volgende bedrijfsomstandigheden en geschikte leidingtypes onderscheiden.

Tabel 1. Bedrijfsomstandigheden en geschikte leidingtypes

 

De minimale levensduur van 30 jaar voor kunststof serviceleidingen volgens EN 15632 deel 2 en 3 is gebaseerd op de testmethoden voor de thermische stabiliteitstest volgens ISO 9080, waarbij verlengde testtijden van 15.000 uur bij 110°C moeten worden geverifieerd. In stadsverwarmingsnetten worden het hele jaar door verschillende aanvoer- en retourtemperaturen gehanteerd en sommige netten worden alleen tijdens de verwarmingsperiode gebruikt. Met name de bedrijfstemperaturen hebben een doorslaggevende invloed op de levensduur van kunststof buizen (PE-Xa, PB-H). EN 15632 geeft een goed overzicht van de levensduur van PE-Xa-, PB-H- en meerlaagse leidingen met verschillende gebruiksprofielen en geeft informatie over de invloed op de levensduur.

 

Tabel 2. Uittreksel uit bijlage A van EN 16532 deel 2 en deel 3

 

De volgende tabel laat zien in hoeverre de bedrijfstemperatuur van invloed is op de levensduur van PE-Xa-buizen die zijn getest in overeenstemming met EN 15632.

Figuur 3. Berekende ontwerplevensduur op basis van 24/7 werking

 

4e generatie stadsverwarming als sleutel tot duurzame warmtenetten
De transitie van onze verwarmingssystemen is een belangrijke bouwsteen voor een duurzame toekomst van onze planeet. De snelle uitbreiding van warmtenetten in geschikte gebieden is een grote uitdaging voor steden en gemeenten, die gemakkelijker kan worden overwonnen met flexibele stadsverwarmingsleidingen. Tegelijkertijd wordt ook de decarbonisatie van bestaande stadsverwarmingssystemen gestimuleerd en worden de nettemperaturen waar mogelijk verlaagd.

De IEA-DHC TS 2 Guidebook for ‘Implementation of Low-Temperature Urban Heating Systems’, die voor het eerst werd gepubliceerd in september 2021, geeft een uitgebreid inzicht in dit onderwerp. 

 

Warmteverliezen verminderen
Zowel bestaande systemen als nieuwe voorzieningsgebieden worden in detail onderzocht aan de hand van voorbeelden uit Europa en er worden praktische aanbevelingen voor actie gegeven. Warmteverliezen in bestaande systemen kunnen tot 50% worden verminderd door de nettemperaturen te verlagen. In nieuwbouwnetwerken bespaart het gebruik van leidingsystemen van isolatieserie 3 volgens EN 253 meer dan 30% op netverliezen in vergelijking met isolatieserie 1.

 

Figuur 4. Besparing door lage netwerktemperaturen en beter geïsoleerde leidingen

 

De momenteel geplande nieuwe stadsverwarmingsnetten worden steeds vaker ontworpen voor lage temperaturen onder de 70°C en hebben daarom een zeer goede kans op een levensduur van 100 jaar.

 

Eigenschappen flexibele leidingsystemen
Tot nu toe werden voorgeïsoleerde stalen buizen gebruikt voor grote stadsverwarmingsnetwerken. De verlaging van de nettemperaturen als gevolg van het toegenomen gebruik van hernieuwbare warmtebronnen opent ook toepassingsgebieden voor voorgeïsoleerde kunststof leidingen. Deze flexibele leidingsystemen hebben de volgende typische eigenschappen:

• Leveringslengtes tot 300m

• Enkel- en dubbelpijpsystemen

• Minimale buigradiussen 0,5 m – 1,4 m, afhankelijk van de buisafmeting

• Zelfcompenserende leidingconstructie

• Eenvoudige aansluittechniek

• Smalle leiding sleuven   

Flexibele leidingsystemen zijn snel en eenvoudig te installeren, zoals hier getoond, de installatie van a) dubbele DN 40 en b) enkele DN 100-lijnen 

 

Deze eigenschappen maken een tot 5 keer snellere installatie mogelijk in vergelijking met stalen systemen. Het besparingspotentieel bij de aanleg van pijpleidingen kan met name worden gerealiseerd op het gebied van installatie, personeel en civieltechnische kosten. Er kan een totale kostenbesparing van ongeveer 20% worden gerealiseerd en de bouwtijd wordt aanzienlijk verkort.

 

Evaluatie van de levensduur en praktijkervaring in bestaande installaties
Aangezien kunststof leidingen al 40 jaar worden gebruikt in de stadsverwarmingsvoorziening, is er praktijkervaring opgedaan met verschillende installaties, wat belangrijk is voor bestaande en nieuwe systemen. De totale ervaring van de afgelopen 40 jaar leert dat de levensduur van flexibele voorgeïsoleerde leidingsystemen met kunststof mediumbuizen zeer nauw wordt bepaald door de installatie- en bedrijfsomstandigheden van de leidingsystemen.

 

Wat waren de belangrijkste bevindingen?
We moeten een onderscheid maken tussen de volgende problemen die hebben geleid tot storingen in het netwerk.

• Overschrijding van de ontwerptemperatuur – dit gebeurde vooral in kleine landelijke biomassa-stadsverwarmingssystemen, omdat deze aanvankelijk geen temperatuurmonitoring hadden.

• Installatiefouten – slechte installatie van aftakkingen en huisaansluitingen, wat leidt tot lekkage en/of het binnendringen van water in het systeem wat van invloed is op de isolatieprestaties.

• Schade veroorzaakt door latere bouwwerkzaamheden welke leidt tot lekkage en/of het binnendringen van water in het systeem wat van invloed is op de isolatieprestaties.

• Defecten na bedrijfsperioden van meer dan 30 jaar die het gevolg zijn van de degradatie van de thermische stabilisatoren in de mediumbuizen.

 

Lekdetectie in flexibele systemen
Het gebruik van lekdetectiesystemen, zoals die worden gebruikt voor voorgeïsoleerde stalen leidingen, is niet wijdverbreid in flexibele kunststofsystemen, aangezien de vereisten voor permanente bewaking verschillen vanwege de corrosiebestendigheid van de kunststof leidingen. Tot nu toe is thermografische inspectie de meest effectieve oplossing gebleken voor het opsporen van lekken.

 

Verouderingsgedrag en uitspraken over de resterende levensduur
In dit rapport ligt de focus op storingen na lange perioden van gebruik. De focus van het onderzoek lag op de mediumvoerende buizen, waarvoor al een bedrijfstijd van meer dan 30 jaar is gemeld. Er werden proeven gedaan met kapotte leidingen en parallel aan nog functionerende leidingen van hetzelfde netwerkgedeelte en het storingsmechanisme werd onder de loep genomen. 

De snelste methode om het resterende gehalte aan thermische stabilisatoren van polymeerbuizen te bepalen, is de OIT-test, die in principe ook mogelijk is voor verouderde buizen. Het is echter moeilijk om met alleen de OIT-test een uitspraak te doen over de resterende levensduur van de buis. Gebruikte en ongebroken leidingen uit hetzelfde netwerkgedeelte werden getest, en zelfs als de OIT-restwaarde voor de verouderde leidingen bijna nul is, betekent dit niet noodzakelijkerwijs dat de leiding zal falen, aangezien de matrixstructuur van het materiaal nog intact is en de leiding over het algemeen zelfs stijver is dan toen hij nieuw was.

Langetermijntesten op PE-Xa-buizen speciaal ontworpen voor gebruik in stadsverwarming, die gedurende meer dan 30 jaar onder verhoogde continue bedrijfsomstandigheden bij 90 tot 95 °C zijn verouderd, evenals langdurige interne drukkruiptesten in het laboratorium gedurende tien jaar bij 110 °C, tonen een kenmerkend bros gedrag voor PE-Xa-buizen aan. De experts concluderen dat het op dit moment niet mogelijk is om uitspraken te doen over de resterende levensduur van PE-Xa- of PB-H-leidingen die worden gebruikt in stadsverwarming. Verdere testmethoden moeten worden ontwikkeld in combinatie met mechanische eigenschappen zoals rek bij breuk, buigflexibiliteit en vloeigrens voor verouderde leidingen.

 

Veroudering van PUR-isolatie in kunststof stadsverwarmingsnetten
De ervaring heeft geleerd dat bij de lage temperaturen in kunststof stadsverwarmingsnetten (in vergelijking met voorgeïsoleerde stalen systemen) de bedrijfstemperatuur geen invloed heeft op de veroudering van het PUR-schuim. Er kan vocht ontstaan tussen de buitenmantel en het schuim als de buis in grondwater wordt gelegd.

 

IEA-DHC TS6: Verouderingsgedrag van stadsverwarmingsbuizen
Het IEA-DHC TS6-project, dat zich bezighoudt met de levensduur van stadsverwarmings-leidingsystemen onder leiding van AGFW, onderzoekt voorgeïsoleerde stalen leidingen en flexibele voorgeïsoleerde leidingsystemen met kunststof mediusbuizen. Het project loopt sinds 2022 en gaat over praktijkervaring, het testen en evalueren van verouderde leidingen en voorstellen voor verbeterde test- en evaluatiemethoden met aanbevelingen voor activabeheer om de levensduur te verlengen.

De doelstellingen zijn het verbeteren van de kennis van de relevante voorwaarden voor versnelde verouderingstests op basis van het verouderingsmechanisme voor de materialen die worden gebruikt voor de afzonderlijke componenten van stadsverwarmingsleidingen. Voor voorgeïsoleerde stalen buizen ligt de focus op PUR-schuim en voor flexibele systemen op kunststof mediumbuizen. De beschreven basisprincipes en de ervaring die is opgedaan in meer dan 40 jaar op het gebied van flexibele leidingsystemen worden in het project verwerkt.

Een andere focus ligt op levenscyclusanalyses om de CO₂-voetafdruk van de gebruikte leidingsystemen te bepalen, van productie en gebruik tot recycling en verwijdering. 

 

Conclusie over flexibele voorgeïsoleerde kunststof leidingen in warmtenetten
Flexibele leidingsystemen zijn geschikt voor de bedrijfsparameters van de 4e generatie warmtenetten en hun voordelen kunnen ook worden benut in bestaande systemen (secundaire of hybride netwerken) met de juiste bedrijfsparameters. De versnelling van de aanleg van pijpleidingen en het kostenbesparingspotentieel ondersteunen een snellere implementatie van de transitie van onze verwarmingssystemen, afhankelijk van de lokale randvoorwaarden.

Meer dan 40 jaar ervaring, hoge kwaliteit door standaardisatie en een duidelijke verouderingsbeschrijving van de materialen op basis van de “Miner’s rule” en de invloed van bedrijfstemperaturen zijn bevestigd door praktijkervaring. Voor stadsverwarmingssystemen met een lage temperatuur kan een levensduur tot 100 jaar worden gerealiseerd. Er zijn ook flexibele leidingsystemen beschikbaar die gelijkwaardig zijn aan isolatieserie 2 en 3 van EN 253 om warmteverliezen te verminderen.

 

Bron: EUROHEAT&POWER (Heft 1-2/2025; S. 40 ff. bzw. Issue I/2025, p. 26-31)

Auteur: Christian Engel (Armacell Austroflex)

Afbeeldingen: Armacell Austroflex

 

*Stichting Warmtenetwerk is niet verantwoordelijk voor de inhoud van blogs, nieuws- en persberichten van deelnemers. Dit ligt, net zoals de rechten, bij de auteur. Stichting Warmtenetwerk publiceert blogs en persberichten van deelnemers om het debat over de ontwikkeling van warmte te stimuleren en kennisdeling te bevorderen. De blogs en nieuws-/persberichten zijn geen weergave van de standpunten van Stichting Warmtenetwerk. Wilt u in gesprek komen met de auteur? Dit kan Stichting Warmtenetwerk bemiddelen (mits de auteur akkoord gaat). U bent welkom om een contactverzoek in te dienen via het deelnemersprofiel.