Materiaal; waar is een boiler van gemaakt?

In Nederland kunnen we voornamelijk kiezen uit Koper, RVS of Geëmailleerde boilers;

Koper

Traditioneel is koper het voorkeur metaal voor tapwaterboilers / drinkwateropslag. Mede omdat voorheen de wateropslag vaak in contact stond met de ‘open lucht’, denk bijvoorbeeld aan watertorens welke bovenin een tank hadden voor watervoorraad, deze watervoorraad zorgde ook voor de druk op de waterleiding door het ‘statisch hoogte verschil’ . Koper is corrosie bestendig en heeft bovendien de eigenschap dat het voor bacteriën een moeilijke broedplaats is. Koper is, van de hier genoemde materialen, ook het metaal dat warmte het best geleidt. Werden vroeger sommige boilervaten nog in zijn gehaal uit koper of koper legeringen vervaardigd, tegenwoordig neemt men een stalen tank waarin een waterdichte koperen binnenwand wordt gemaakt / geklopt. Koper is een relatief zacht materiaal, de koperen binnenwand kan variëren van tiende- tot enkele millimeters dik.

Meer over koper:
De meeste elementen zijn oplosbaar in koper en kunnen er legeringen mee vormen, waarvan sommige gebruikt worden in bijzonder interessante toepassingen. Koper kan tot 100% nikkel absorberen, 40% zink, 25% tin en 15% aluminium. De koperlegeringen, en dan vooral messing, worden in enorm veel toepassingen gebruikt.

Vroeger werd koper beschouwd als een gevaarlijk gif, vooral in de vorm van kopergroen, één van de vele koperoxiden. Vandaag de dag weten we dat koper levensnoodzakelijk is: mens en dier moeten dagelijks enkele milligram koper opnemen om de vorming van hemoglobine in het bloed te verzekeren. In de kopersector komt geen specifieke beroepsziekte voor. Koper bezit erkende bacteriëndodende eigenschappen. Het vernietigt micro-organismen en bacteriën en zuivert de leidingen die wereldwijd gebruikt worden voor de distributie van water, de productie van bier en jam, en voor de distillatie van alcohol.

Deze kenmerken bezorgen koper en enkele van de legeringen, zoals koper-nikkel, antifoulingeigenschappen, ze verhinderen m.a.w. dat algen en zeeorganismen zich vastzetten. Deze eigenschap wordt in combinatie met de corrosievastheid vaak gebruikt voor alle toepassingen in een zeeomgeving. Koperzouten zoals sulfaat of oxychloride bezitten ook schimmelwerende eigenschappen die ingezet worden in de wijnbouw en de landbouw.

Attentie: Bij een koperen boiler, welke tegenwoordig meestal vanwege productiekosten een stalenboiler is met een binnenwand van koper, eist de fabrikant vaak de toepassing van een beluchter, die tussen de inlaatcombinatie en koud waterinlaat van de boiler wordt geplaatst. Waarom is dat? Stel dat de boiler hoger staat dan het tappunt en de waterleidingdruk wegvalt (of iemand draait de hoofdkraan of inlaatcombinatie dicht) als zonder waterdruk op de koudwaterleiding in het gebouw een warmwaterkraan opengedraaid wordt kan, vanwege het gewicht van water, het water uit de boiler stromen zonder dat er iets in komt, je krijgt dan dus een onderdruk (vacuüm) in de boiler, hierdoor kan de zacht koperen binnen mantel naar binnen klappen en stuk gaan. Als er een beluchter tussen de inlaatcombinatie en boiler inlaat zit zal deze opdat moment lucht in de boiler laten en voorkom je dus schade aan de boilerwand.

RVS

Met de komst van druk verhogende pompen in plaats van watertorens kwam RVS als materiaal erbij in de wereld van ‘tapwater’. RVS is een sterker (m.b.t. druk krachten) materiaal dan koper en zeer goed corrosie bestendig, echter niet 100% corrosie bestendig het zal uiteindelijk ook worden aangetast. RVS is simpeler te bewerken tot een sterke cilinder vorm dan koper, zij het met veel meer eisen om mee te kunnen werken.

Roestvast staal, ook RVS of inox genoemd en in de volksmond beter bekend als roestvrij staal, is een legering van hoofdzakelijk ijzer, chroom, nikkel en koolstof. Om van roestvast staal te kunnen spreken, is minimaal 10,5% chroom en maximaal 1,2% koolstof nodig. Verder zijn in veel soorten roestvast staal ook de elementen molybdeen, titanium, mangaan, stikstof en silicium terug te vinden.

De mate van chloride en hardheid van het water speelt een rol voor welk type RVS toegepast kan worden. Niet elk type rvs is dus geschikt voor een bepaald milieu. Het gaat er dus om welk type rvs en welke specifieke legering men moet toepassen in een bepaalde situatie.

Meer over RVS en RVS soorten:
Roestvaste staalsoorten met tussen 6 en 26% nikkel (de 300-reeks uit de AISI) zijn austenitisch en daarom niet-magnetisch in geleverde toestand. Ze zijn uitstekend vervormbaar (plooien, dieptrekken, strekken) en ook schokbestendig in het hele temperatuurbereik, van heel lage tot heel hoge temperaturen. Nikkel zorgt er voor dat het staal in zijn austenitische toestand blijft tijdens het afkoelen. De overige elementen verhogen de corrosieweerstand en bewerkbaarheid van het staal.

AISI 304, 316, 316L en 316Ti

Industrieel gebruikt men veelal de Amerikaanse normalisatie:

AISI 304 (1.4301) bestaat uit 18% chroom en 8% nikkel. Deze legering is niet magnetisch en niet hardbaar.
Een meer corrosiebestendige maar duurdere soort is AISI 316 (EN 1.4401) met 16% chroom en 10% nikkel en 2% molybdeen. Type 316 is beter bestand tegen zoutcorrosie en wordt veel toegepast in de scheikundige industrie.
316L (1.4404, “L” staat voor “low carbon”) heeft een laag koolstofgehalte om een gemakkelijker lasbaar roestvast staal te verkrijgen, en de corrosiegevoeligheid na het lassen te beperken.
Een andere manier om dit staal lasbaarder te maken is door toevoeging van titaan aan de legering, hetgeen het type 316Ti (1.4571) oplevert. Deze oplossing is technisch vrijwel evenwaardig. Alleen wanneer men architecturale toepassingen beschouwt, moet men rekening houden met een “typisch” slijpbeeld van titaangelegeerde soorten.

Op gebruiksvoorwerpen uit roestvast staal vindt men dikwijls een vermelding als:

inox 18/8. Dit geeft aan dat de legering uit 18% chroom, 8% nikkel bestaat. Deze legering heeft een mechanische treksterkte van 600 N/mm² en een hardheid van 175–200 HB. Het is een veelgebruikt staal vanwege zijn goede warmteongevoeligheid tot 400°C.
Dit staal staat ook bekend als AISI 304 (1.4301) of AISI 302. Het is uitstekend geschikt voor koude deformatie, waarbij de zgn. koudeversteviging optreedt. De lasbaarheid is zeer goed. Het is een austenitisch corrosievast chroomnikkelstaal.
inox 18/10. Dit geeft aan dat de legering uit 18% chroom en 10% nikkel bestaat.

Roestvaste staalsoorten zijn zeer gevoelig voor chloor. Stadswater, zwembadwater, bleekwater (NaOCl), zoutzuur (HCl) en ijzertrichloride (Fe2Cl3) zijn zeer agressief op roestvast staal. Putcorrosie (Engels: pitting) is de corrosie waarbij zich putjes in het oppervlak vormen. Als bijvoorbeeld roestvast staal AISI 304 in contact komt met chloorhoudend water, van bijvoorbeeld drinkwater of zwembadwater, dan zal het chloor plaatselijk de beschermende laag chroomoxide aantasten. Er ontstaat dan het begin van een ondiep putje, waar zich weer meer chloorionen verzamelen, waardoor de aantasting bij voorkeur op die plaats doorgaat en het putje dieper wordt. Uiteindelijk ziet het materiaal er grotendeels gaaf uit, maar met een aantal putjes over het oppervlak. Typisch bij putcorrosie zijn de gaatjes juist naast een lasnaad.

Maar let op! Roestvrij staal zal wel degelijk roesten. Deze oxidehuid kan echter afsluitend zijn waardoor in bepaalde gevallen geen verdere roestvorming zal plaatsvinden of deze roestvormig erg vertraagd zal worden. In omstandigheden die hardnekkig genoeg zijn, of bij beschadiging van de beschermende oxidehuid, kan de roestvorming plaatselijk extra snel plaatsvinden. Dit wordt o.a. veroorzaakt door chloriden of andere metalen die zich nestelen in het oppervlak. Dit is ook de reden, waarom bij het bewerken van RVS geen stalen gereedschappen gebruikt mogen worden. Praktischer is echter om na het verwerken, het RVS te behandelen waarbij alle mogelijke verontreinigingen worden verwijderd. Dit is het zogenaamde beitsen, waarbij langs chemische weg alle verontreinigingen worden opgelost en verwijderd.

Door diverse bewerkingen die producten van roestvast staal ondergaan, kunnen aan de buitenzijde van het metaaloppervlak veranderingen ontstaan, waardoor het roestvaste karakter tijdelijk of blijvend wordt aangetast. Normaal beschermt een passieve laag dichroomtrioxide (Cr2O3) het metaal. Deze laag wordt in stand gehouden, door een bijzondere eigenschap van roestvast staal. Als namelijk het metaaloppervlak wordt beschadigd, dan zal als regel de passieve laag vrij snel herstellen als er voldoende zuurstof voorhanden is. Er zijn echter omstandigheden, waarbij dit herstel niet plaatsvindt. Door diverse bewerkingen wordt namelijk het evenwicht dusdanig verstoord , dat de passieve toestand verdwijnt en er een actieve laag ontstaat. Dit kan optreden bij bewerkingen als lassen, buigen of verspanen, waardoor zuurstofarme plaatsen ontstaan en herstel uitblijft. Hierdoor verdwijnen de roestvaste eigenschappen en kan bij blootstelling aan gassen of vloeistoffen corrosie optreden.

Om dit euvel tegen te gaan, is er een methode ontwikkeld, waarbij de ontstane actieve laag weer wordt omgezet naar een passieve laag. Het is hierbij meestal gewenst de bewerkte producten te ontvetten en daarna te beitsen met een mengsel van salpeterzuur (HNO3) en fluorzuur (HF),om verontreinigingen van het metaaloppervlak te verwijderen. Dit kan nodig zijn bij gelaste oppervlakken en bij gedraaide voorwerpen waarbij een koelvloeistof wordt gebruikt. Het eigenlijke passiverengeschiedt door een behandeling in een bad met salpeterzuur, waardoor de passieve toestand terugkeert door herstel van het laagje chroomoxide. Door deze behandeling krijgt het onderliggende metaal zijn oorspronkelijke corrosiebescherming terug.

Geëmailleerd

Emaille of email is een laag glas dat op voorwerpen kan worden aangebracht, een object waarop emaille is aangebracht noemt men geëmailleerd. Bij boilers wordt deze aangebracht binnen in een stalen tank. De emaillelaag sluit het metaal perfect af, hierdoor kan er geen water en zuurstof bij het metaal komen en is het metaal goed beschermd tegen corrosie.. Emaille is erg hard, behoorlijk krasbestendig en glad daardoor is het materiaal ook hygiënisch, het materiaal is zeer goed bestand tegen de inwerking van chemische stoffen. Emaille is net als glas wel breekbaar, als men een deuk in de boiler zou kunnen slaan (meestal is het metaal behoorlijk dik dus gebeurt dat niet) zou er aan de binnenkant een stukje uit kunnen springen/barsten waardoor het metaal niet goed beschermt meer is tegen corrosie.

Een bijkomstigheid is dat een geëmailleerde boiler een anode nodig heeft, alle metalen geven onderling onder bepaalde omstandigheden een elektrische (galvanische) spanning af, edelmetalen zijn daar mindergevoelig voor, om te voorkomen dat door die spanning de email laag stuk gaat wordt er in een geëmailleerde boiler een anode geplaatst. Dit kan met een opofferingsanode of magnesiumanode welke zichzelf opoffert (de anode wordt aangetast in plaats van de emaille laag) en moet regelmatig (2 jaarlijks) vervangen worden, anders valt de bescherming weg, met corrosie tot gevolg.

Maar het kan ook met een zgn. zwerfstroom anode / titanium anode waarop geforceerd een gelijkspanning, die tegengesteld is aan de galvanische spanning, wordt gezet. Deze laatste hoeft niet periodiek vervangen te worden en gaat normaliter de levensduur van de boiler mee.

Meer over emaille:

Emaille kan niet branden en is het erg hard. De hardheid van emaille zorgt er voor dat het materiaal er onder goed beschermd is. Emaille zelf is behoorlijk krasbestendig en glad daardoor is het materiaal ook hygiënisch en kunnen geëmailleerde voorwerpen worden gebruikt in bijvoorbeeld badkamers en keukens. Het materiaal is zeer goed bestand tegen de inwerking van chemische stoffen. Ook is emaille kleurvast en goed bestand tegen verkleuring die kan ontstaan door bijvoorbeeld UV-straling.

Zowel metalen producten als producten die van aardewerk zijn gemaakt kunnen door het aanbrengen van emaille worden verfraait. Dit gebeurd door het toevoegen van gekleurde oxiden voordat men gaat emailleren.

Een nadeel van emaille is dat een emaillelaag zeer hard en nauwelijks buigzaam is. Als emaille bijvoorbeeld wordt aangebracht op metalen voorwerpen is de kans groot dat het metaal buigzamer is dan het emaille. Hierdoor kunnen er barsten ontstaan in het emaille. In het eerste geval kunnen er scheuren ontstaan en kunnen er stukjes emaille van het basismateriaal afspringen. Hierdoor kan het onderliggende metaal bloot komen te staan aan zuurstof, water en chemische stoffen. Dit zorgt er voor dat er corrosie kan ontstaan. Om beschadiging van emaille tegen te gaan past men tegenwoordig emaille toe dat een gelijkwaardig uitzettingscoëfficiënt heeft als het onderliggende materiaal.

Emaille kan op verschillende metalen worden aangebracht. Een aantal voorbeelden hiervan zijn koper en aluminium. Deze materialen bevatten geen ijzer en behoren tot de nonferro metalen. Emaille wordt in de praktijk ook regelmatig aangebracht op metalen die wel ijzer bevatten. Hierbij kan gedacht worden aan producten en voorwerpen die gemaakt zijn van staal of gietijzer. Deze materialen zijn zeer gevoelig voor corrosievorming. Emaille zorgt voor een goede beschermlaag tegen corrosie/ roest.

Emaille wordt op verschillende producten toegepast; De buitenkant van witgoed producten wordt over het algemeen voorzien van emaille. Hierbij kan gedacht worden aan wasmachines, wasdrogers en afwasmachines. Ook kooktoestellen en gastoestellen kunnen worden voorzien van een emaille beschermlaag. Omdat deze producten goed schoon gehouden moeten worden en hygiënisch moeten zijn wordt over het algemeen een witte emaillelaag aangebracht. Ook pannen, theepotten, vergieten en kannen werden in het verleden voorzien van een emaillelaag. Deze voorwerpen kregen uiteenlopende kleuren van rood tot mintgroen. Daarnaast waren we ook emaille voorwerpen die grijsgewolkt en oranje gevlamd werden geëmailleerd.

Kunststof

Voor opslag van koud water worden ook kunststofvaten gebruikt voor boilers (warmwater) treft u deze nog bijna niet. Doordat steeds koud water in de tank komt tijdens tappen welke verwarmt moet worden zijn er temperatuurschommelingen waarvoor niet elk soort kunststof geschikt is, in de toekomst kunnen we hier meer van verwachten.

Levensduur:

De economische levensduur (afschrijvingstijd) van zowel de koperen, RVS en geëmailleerde boiler is 10 jaar. Maar van alle 3 zijn praktijkvoorbeelden van boilers die zelfs na 25 jaar nog niet lek waren. Er zijn natuurlijk ook uitzonderingen in de praktijk van boilers die de 10 jaar niet hebben gehaald. De te verwachten levensduur is ca. 15 jaar.

Keuze:

Voor kleinere boilers tot 100 liter is de keuze voornamelijk RVS of koper, bij de grotere boilers is prijs technisch de keuze voor een geëmailleerde interessanter. Voor woningen zien we dat in België en Duitsland vaak voor meer boilerinhoud wordt gekozen (meer comfort) en dus mede daardoor meer geëmailleerd wordt gekozen. In Nederland wordt vaker gekozen voor koper of RVS, vaak is het ook het ‘belevingsgevoel of gewoonte’ van de installateur of land. Zo zien we dat bijvoorbeeld in Scandinavië koper het meest wordt toegepost.

Leiding materiaal:

Koperen buis wordt nog steeds vaak toegepast voor waterleiding:

Kunststof waterleidingen zijn er in tientallen soorten en uitvoeringen. Sommige zijn samengesteld uit één soort materiaal, andere bestaan uit twee, drie, vier of zelfs vijf lagen verschillende materialen. Bij die drie- of meerlagenbuis is minstens een van de lagen van metaal, bijvoorbeeld aluminium. Al die verschillende soorten en uitvoeringen kunnen met elkaar worden verbonden met hulp stukken.

In de Waterwerkbladen worden slechts twee soorten kunststofmaterialen voor waterleidingen genoemd: pvc en pe. In Waterwerkblad 2.2 staat echter dat in leidingwaterinstallaties alle materialen en toestellen zijn toegestaan die voldoen aan artikel 1.4 uit nen 1006. In dat artikel staat o.a.:

Er moet voldoende volumestroom en druk zijn.
Het water mag niet schadelijk zijn voor de gezondheid.
De levering aan derden mag niet worden beïnvloed.
Er mag geen water worden verspild.
Langdurig en ongestoord gebruik moet worden verwacht.

Heel veel kunststof leidingmateriaal voldoet aan die eisen, zolang ze geen giftige stoffen afgeven. Wel moet rekening worden gehouden met de maximale temperatuur die de leidingen kunnen verdragen. Als die maximaal 60 °C is, kan de leiding alleen worden gebruikt voor de koudwaterleidingen. Is het materiaal bestand tegen een temperatuur van 90 °C of meer, dan kan de leiding ook voor warm water worden gebruikt. Kunststofleidingen die op rol worden geleverd zijn er in principe in twee uitvoeringen. De eerste uitvoering is een buis die uit een enkel stuk van hetzelfde materiaal bestaat, zoals een pe-leiding. Dit is een buis met een enkele laag. De andere soort is een meerlagenbuis (twee of meer lagen). Bij de tweelaagsbuis zijn dit twee verschillende kunststoffen. Bij de drielaagsbuis kunnen de buitenlaag en de binnenlaag verschillende soorten kunststof of dezelfde soort kunststof zijn, en bestaat de tussenlaag uit metaal. De metalen tussenlaag zit niet gehecht aan de buiten- en de binnenlaag. Onder druk kan er water tussen deze lagen komen als de verkeerde hulpstukken worden toegepast. Bij een vijflaagsbuis kunnen de buitenlaag en de binnenlaag verschillende soorten kunststof of dezelfde soort kunststof zijn. De middenlaag bestaat uit metaal. Zowel tussen de metalen laag en de buitenlaag als de metalen laag en de binnenlaag zit een hechtlaag. Door deze hechtlaag kan er geen water tussen de verschillende lagen worden geperst. Een eenlaagsbuis en meerlagenbuis zonder metalen tussenlaag kun je met de hand buigen, maar de buis zal vanzelf weer terugveren. Je kunt dus alleen bochten met een grote straal maken. Bij de meerlagenbuis met een metalen tussenlaag kun je bochten buigen met speciaal buiggereedschap. De metalen tussenlaag zorgt ervoor dat de bocht niet zal terugveren.