Qual pressione e temperatura resiste il tubo PEX (PN6, PN10)

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Quala pressione e temperatura resiste il tubo PEX (PN6, PN10)

Nel progettare impianti di riscaldamento, di acqua calda o di riscaldamento a pavimento, ogni volta ci si imbatte nell'indicazione PN6 e PN10 sui tubi PEX, che sono sempre accompagnate da una temperatura specifica - ad esempio "PN6-T=+90°C, PN10-T=+60°C". Questa indicazione non è casuale né ridondante - si tratta di due diverse combinazioni operative di pressione e temperatura che il tubo può sopportare in sicurezza per tutta la sua vita utile progettata. Nella pratica, però, incontro spesso l'interpretazione errata di questa informazione da parte di installatori e investitori - alcuni pensano che il tubo "resista PN10 anche a 90°C", altri invece sottovalutano la reale riserva del materiale. In questo articolo spiegheremo cosa significano questi numeri, perché pressione e temperatura si influenzano reciprocamente, quali sono i limiti reali del tubo PEX e come scegliere il tipo corretto di tubo per un'applicazione specifica - riscaldamento, distribuzione dell'acqua o riscaldamento a pavimento.

Che cos'è il PEX e perché le sue proprietà vengono indicate in modo diverso rispetto a quelle delle tubazioni metalliche

Il PEX (o più precisamente PE-Xa, PE-Xb, PE-Xc in base al tipo di reticolazione) è l'abbreviazione di polietilene reticolato a catena incrociata. Il polietilene comune (PE) è un termoplastico, le cui catene molecolari sono lineari e possono essere riformate riscaldandole. Il processo di reticolazione (processo a perossidi di Engel - PE-Xa, processo a silano - PE-Xb, o irraggiamento elettronico - PE-Xc) crea legami incrociati tra le singole catene, grazie ai quali il materiale acquisisce proprietà simili a quelle dei termoindurenti - una resistenza termica molto maggiore, una migliore resistenza al creep (deformazione a lungo termine sotto carico) e una maggiore stabilità chimica.

Proprio per questo motivo, nel caso dei tubi PEX, a differenza del rame o dell'acciaio, la resistenza alla pressione viene sempre indicata in combinazione con la temperatura. I metalli, a temperature normali di esercizio del riscaldamento, sono praticamente insensibili alla temperatura in termini di resistenza (cambia solo in modo minimo), mentre il materiale plastico si ammorbidisce in modo considerevole con l'aumentare della temperatura. Per questo motivo il produttore indica sempre diverse coppie di valori "pressione a una determinata temperatura", non un unico valore universale.

Che cosa significa PN e da dove deriva il valore PN6 o PN10

L'abbreviazione PN (dalla francese "Pression Nominale") indica la pressione nominale, cioè la massima pressione operativa che il tubo può sopportare a una temperatura di riferimento per tutta la sua vita utile progettata (per i tubi in plastica si considera comunemente 50 anni di esercizio continuo, in base alla norma EN ISO 15875 e alla correlata EN ISO 13760). Nel caso delle tubazioni metalliche, la temperatura di riferimento è praticamente ambiente, quindi PN può essere considerato un semplice numero. Nel caso dei materiali plastici invece è sempre necessario indicarlo insieme alla temperatura, perché la temperatura è il fattore principale che influisce sulla resistenza a lungo termine del materiale (cosiddetta "strength of creep rupture").

Per questo motivo, nei tubi PEX si incontrano comunemente due valori, ad esempio:

PN6 a T = +90 °C - il tubo resiste a una pressione costante di 6 bar a una temperatura di 90 °C per 50 anni
PN10 a T = +60 °C - lo stesso tubo resiste a una pressione maggiore di 10 bar, ma solo a una temperatura inferiore di 60 °C

Questo non è un contraddizione, ma un modo fisicamente corretto per descrivere il comportamento di un termoplastico - con l'aumentare della temperatura, la pressione consentita diminuisce in modo tale da mantenere la stessa vita utile sicura del tubo. Proprio questi valori si trovano ad esempio nel tubo PEX 20x2 mm, 200 m o nel tubo PEX 25x2,3 mm, 200 m - entrambi dichiarati come PN6 a 90 °C e PN10 a 60 °C.

Perché la pressione diminuisce con l'aumentare della temperatura - background fisico

Il materiale polimerico è viscoelastico - ciò significa che, sotto carico prolungato (pressione interna del mezzo che agisce sulla parete del tubo per anni), si deforma lentamente, anche se la tensione nella parete rimane al di sotto del limite di resistenza. Questo fenomeno si chiama creep (flusso del materiale). La velocità del creep aumenta notevolmente con la temperatura - a temperature più elevate, le catene polimeriche si spostano più facilmente l'una rispetto all'altra, il materiale è più morbido e più soggetto a deformazione a lungo termine e, in ultima analisi, a rottura dopo anni di esercizio (cosiddetta "creep rupture").

I produttori effettuano quindi test regolari a lungo termine (secondo ISO 9080) - campioni di tubi vengono testati a diverse combinazioni di pressione e temperatura per migliaia di ore e i risultati vengono estesi a una vita utile di 50 anni. Da questi test nasce cosiddetta curva di regressione, da cui si derivano i valori specifici di PN per una determinata temperatura. Sotto è rappresentato in modo semplificato questo rapporto.

Il grafico illustra il principio - non si tratta di valori precisi per un prodotto specifico, ma mostra il comportamento tipico della curva di regressione. Più alta è la temperatura del mezzo nel tubo, più bassa è la pressione operativa sicura a lungo termine. Per questo motivo, nei sistemi in cui si prevedono alte temperature (ad esempio, riscaldamento con radiatori a differenza di temperatura 70/50 °C o anche brevemente 90 °C in caso di guasto alla regolazione), bisogna contare su un PN inferiore rispetto ai sistemi con un mezzo a bassa temperatura (riscaldamento a pavimento, dove la temperatura tipica dell'acqua di circolazione è 35-45 °C).

Valori specifici per tubi PEX-a nella pratica

I comuni tubi PEX-a destinati al riscaldamento e alla distribuzione dell'acqua (ad esempio IVAR PE-Xa, che si trovano nella categoria tubi per riscaldamento, acqua e riscaldamento a pavimento) sono dichiarati con la classificazione PN6 a 90 °C e PN10 a 60 °C. Nella pratica, ciò significa il seguente intervallo orientativo del comportamento del materiale:

Temperatura del mezzo	Pressione operativa sicura a lungo termine	Applicazione tipica
20 °C (acqua fredda)	ca. 12-15 bar	distribuzione dell'acqua fredda, prove di pressione
40-45 °C	ca. 10-12 bar	riscaldamento a pavimento, sistemi a bassa temperatura
60 °C	10 bar (PN10)	distribuzione dell'acqua calda sanitaria, caldaie a condensazione
70 °C	ca. 8 bar	riscaldamento con radiatori, esercizio normale
90 °C	6 bar (PN6)	riscaldamento - picchi brevi, stato di guasto della regolazione
95 °C (brevemente, guasto)	pressione notevolmente ridotta, ammissibile solo per breve tempo	stato di sicurezza, non esercizio continuo

Questi valori sono orientativi e si basano sulla classificazione comune dei tubi PEX-a in base alla EN ISO 15875 - per un prodotto specifico è sempre decisivo il foglio tecnico del produttore. È importante che un sistema di riscaldamento standard con temperatura di circolazione 70/50 °C o 55/45 °C funziona comodamente entro l'intervallo sicuro, e i valori PN6/90°C e PN10/60°C rappresentano i punti estremi garantiti sulla curva di regressione, tra i quali si può interpolare linearmente (rispettivamente seguendo la curva).

Influenza delle dimensioni e dello spessore della parete - il ruolo dello SDR

Oltre al materiale stesso, la geometria del tubo gioca un ruolo chiave nella resistenza alla pressione - in particolare il rapporto tra il diametro esterno e lo spessore della parete, indicato come SDR (Standard Dimension Ratio). Vale una semplice relazione fisica - più spessa è la parete rispetto al diametro (SDR più basso), maggiore è la pressione che il tubo può sopportare a una determinata temperatura. Per questo motivo, i produttori offrono lo stesso materiale in diverse combinazioni di diametro/parete in base all'applicazione per cui il tubo è destinato.

Nel’assortimento standard trova ad esempio:

Tubo PEX 17x2 mm, 120 m - diametro minore, adatto tipicamente per il riscaldamento a pavimento o per l’alimentazione di singoli circuiti di riscaldamento
Tubo PEX 20x2 mm, 200 m - dimensione universale per impianti di riscaldamento e acqua in case unifamiliari
Tubo PEX 25x2,3 mm, 200 m - diametro maggiore per le tubazioni principali, i collettori o per portate elevate

Tutti e tre i diametri hanno la stessa classe dichiarata di pressione e temperatura PN6/90°C e PN10/60°C, poiché il produttore ha progettato lo spessore della parete per ogni diametro in modo da mantenere questa classe. Questo è un punto importante per la scelta - quando ordina il tubo, Lei non deve temere che con un diametro maggiore "perda" la riserva di pressione, poiché lo spessore della parete cresce proporzionalmente al diametro.

Sezione del tubo e composizione a strati

La maggior parte dei tubi PEX destinati al riscaldamento non è solo polietilene puro, ma ha una struttura multistrato con una barriera diffusiva contro il passaggio dell’ossigeno (di norma in EVOH - etilene-vinilcol), che impedisce la corrosione delle parti metalliche dell’impianto (caldaia, pompa, radiatori) causata dalla diffusione dell’ossigeno attraverso la parete del tubo. Questa barriera non ha influenza sulla resistenza alla pressione, ma è fondamentale per la durata dell’intero impianto di riscaldamento.

Differenza tra l’applicazione nel riscaldamento, nell’acqua calda e nel riscaldamento a pavimento

Proprio perché la resistenza alla pressione dipende dalla temperatura, è importante scegliere il tubo in base al profilo termico reale del sistema in cui lo si installa. In pratica si distinguono tre scenari fondamentali:

Riscaldamento radiante (a temperatura)

Nel riscaldamento tradizionale con radiatori a piastre o a sezione, si calcola con differenze di temperatura tipiche 70/50 °C, in impianti più vecchi anche 80/60 °C. A breve termine, ad esempio in caso di guasto della regolazione della caldaia o di sovrariscaldamento di una caldaia a combustibile solido senza accumulo, la temperatura può salire anche fino a 90-95 °C. Proprio per questo i produttori garantiscono il valore PN6 a 90 °C - si tratta di una protezione per tali situazioni eccezionali e di breve durata, non per la temperatura operativa normale. La pressione operativa in un tale sistema è normalmente 1,5-3 bar (pressione statica più riserva della valvola di sicurezza), quindi il tubo ha comunque una significativa riserva di sicurezza rispetto al dichiarato PN6 a 90 °C.

Distribuzione dell’acqua calda sanitaria

Nelle distribuzioni dell’acqua calda (ACS) la temperatura tipica è 55-60 °C (per prevenire la legionella si raccomanda la preparazione a 60 °C e superiore con disinfezione termica periodica). La pressione nelle distribuzioni domestiche è normalmente 3-6 bar, in alcuni casi (edifici a più piani, acquedotto pubblico senza riduzione) anche 8-10 bar. Qui si utilizza direttamente la garanzia PN10 a 60 °C - il tubo ha una sufficiente riserva anche a pressione maggiore della rete idrica.

Riscaldamento a pavimento

Il riscaldamento a pavimento funziona con le temperature più basse tra i tre scenari - tipicamente 35-45 °C in entrata, occasionalmente fino a 50 °C. La pressione nei circuiti del riscaldamento a pavimento è bassa, normalmente 1,5-2,5 bar. Questo è il caso meno impegnativo per il materiale, perciò nel riscaldamento a pavimento si utilizzano comunemente anche diametri più piccoli come PEX 17x2 mm in rotolo da 240 m o per aree più grandi PEX 17x2 mm in rotolo da 600 m, che permettono di posare lunghi circuiti continui senza giunzioni inutili nel pavimento.

Fattore di sicurezza e perché in pratica quasi mai si raggiunge il limite

I valori PN6/90°C e PN10/60°C sono limiti calcolati per una durata di 50 anni con carico continuo alla combinazione dichiarata di pressione e temperatura. Nella pratica operativa di un impianto di riscaldamento o idrico la situazione è molto più favorevole per due motivi:

L’impianto non è caricato continuamente alla temperatura massima - l’impianto di riscaldamento funziona a piena potenza (e quindi alla temperatura massima) solo nei giorni più freddi dell’anno, per la maggior parte della stagione di riscaldamento funziona a temperature più basse grazie alla regolazione climatica.
La pressione operativa è sempre molto inferiore al dichiarato PN - un impianto di riscaldamento in una casa unifamiliare ha una pressione di 1,5-2,5 bar, che è molto al di sotto del limite di 6 bar anche a 90 °C.

Proprio questa combinazione dà all’installazione reale una grande riserva di sicurezza. Il problema sorge solo quando si verifica un evento eccezionale - ad esempio un guasto della valvola di sicurezza insieme a un guasto del termostato della caldaia, quando pressione e temperatura possono contemporaneamente superare i valori normali. Anche in quel caso il tubo PEX-a grazie alla sua classificazione ha comunque una riserva, ma si tratta di una situazione che si deve evitare con una progettazione corretta degli elementi di sicurezza (vaso di espansione, valvola di sicurezza, termostato di emergenza).

Cosa succede in caso di superamento dei valori nominali

Se il tubo PEX viene utilizzato per lungo tempo a una pressione e temperatura superiori alla sua classificazione, non si verifica un immediato scoppio (a differenza ad esempio della frattura fragile nei materiali metallici in caso di sovraccarico). Al contrario, si verifica un creep progressivo e accelerato - il materiale si deforma lentamente, lo spessore si sottile nei punti di massima tensione (tipicamente negli archi, nei raccordi, nei punti danneggiati meccanicamente) e dopo un certo tempo - mesi o anni - può verificarsi un’apertura locale o un perdita nella giunzione. Questo è uno dei casi tipici che trattiamo anche nell’articolo sulle cause e soluzioni di tubazioni rotte o perdenti - spesso si scopre che la causa non è un errore di installazione, ma un utilizzo prolungato a temperatura o pressione fuori dalla classe dichiarata, ad esempio a causa di una caldaia male regolata o di un’assenza di riduzione della pressione dall’acquedotto pubblico.

Dall’esperienza pratica ho diversi casi ricorrenti in cui si verificano problemi:

Caldaia a combustibile solido senza accumulo e senza scambiatore di sicurezza - in caso di combustione intensiva la temperatura dell’acqua in uscita può brevemente superare i 95-100 °C, che è già fuori dalla classificazione di sicurezza anche della classe PN6. La soluzione è l’installazione di uno scambiatore di raffreddamento (di sicurezza) e di un accumulo.
Distribuzione dell’acqua collegata direttamente all’acquedotto pubblico senza riduttore di pressione - in alcune località la pressione nella rete idrica può raggiungere 8-10 bar e anche di più, specialmente nelle parti più basse del paese. Senza riduzione della pressione all’ingresso in casa, il tubo viene utilizzato per lungo tempo vicino al limite PN10.
Riscaldamento a pavimento collegato direttamente al circuito di riscaldamento senza stazione di mescolamento - se si omette o si regola male la valvola di mescolamento, nei circuiti del pavimento può scorrere acqua a 60-70 °C invece che ai previsti 35-45 °C. Anche se è comunque entro la classificazione del tubo PEX-a, questo riduce notevolmente la durata del pavimento e aumenta il rischio di surriscaldamento della superficie.

Prove di pressione e verifica della tenuta dopo l'installazione

Dopo il completamento dell'installazione si effettua sempre una prova di pressione - più frequentemente con l'acqua, per nuove costruzioni e ristrutturazioni estese consiglio di effettuare la prova a 1,3-1,5 volte la pressione di esercizio, ma comunque almeno al valore previsto dalla norma vigente (ad esempio STN EN 806-4 per le reti idriche). Nei sistemi di riscaldamento si gonfia comunemente a 2-4 bar per alcune ore fino a un giorno, mentre per il riscaldamento a pavimento si raccomanda un test più lungo (24-48 ore) proprio perché le perdite sotto il massetto si manifestano lentamente e devono essere individuate prima del getto del massetto.

È importante che la prova di pressione venga effettuata a temperatura ambiente (o leggermente aumentata), non a 90 °C - sarebbe eccessivamente severa e inoltre praticamente irrealizzabile. La prova verifica la tenuta meccanica delle giunzioni e dei raccordi, non la resistenza termica del materiale in sé, che è garantita già dalla certificazione del prodotto.

Come scegliere correttamente il tubo PEX in base alla pressione e alla temperatura

Nella scelta del tipo e della dimensione specifica del tubo consiglio di procedere in questi passaggi:

Determinare la temperatura massima operativa (e la possibile temperatura di emergenza) del fluido nel Suo sistema - per una caldaia a condensazione con riscaldamento a pavimento sarà un valore diverso rispetto a una caldaia a combustibile solido con radiatori.
Verificare la pressione massima nel sistema - per il riscaldamento in base al vaso di espansione e alla valvola di sicurezza, per l'acqua in base alla pressione nella rete pubblica (eventualmente ridotta).
Confrontare questi valori con la classe dichiarata PN6/90°C e PN10/60°C del tubo specifico - nella stragrande maggioranza degli impianti domestici e di case unifamiliari, il tubo PEX-a con questa classificazione è generalmente sovradimensionato con una riserva.
Scegliere il diametro corretto in base al flusso e alla lunghezza del circuito - a questa tematica è dedicato un articolo separato "Quale diametro di tubo è necessario in base al tipo di distribuzione".
Decidere tra tubo PEX e tubo multistrato in base al tipo di installazione e alla tipologia di giunzioni - le differenze sono descritte nell'articolo "PEX vs tubi multistrato - differenze e impiego".

Per la pratica comune nelle case unifamiliari, la scelta più universale è il tubo PEX-a con classificazione PN6/90°C e PN10/60°C nelle dimensioni 17x2 mm (riscaldamento a pavimento e circuiti minori), 20x2 mm (distribuzione universale per riscaldamento e acqua) e 25x2,3 mm (distribuzione principale e verticali). Tutte e tre le dimensioni sono disponibili direttamente nella categoria tubi per riscaldamento, acqua e riscaldamento a pavimento.

Influenza del deposito e manipolazione sulla successiva resistenza alla pressione

Vale la pena ricordare che la classe di pressione dichiarata si applica a un tubo non danneggiato, senza graffi meccanici, pieghe al di sopra del raggio minimo consentito o danni causati da raggi UV in seguito a un lungo deposito al sole. Le microfessure causate da un piegamento errato (al di sotto del raggio minimo, di solito 5x il diametro esterno senza utilizzare un piegatore) o dal deposito di bobine su spigoli possono ridurre localmente la resistenza reale della parete al di sotto del valore dichiarato, anche se il materiale in sé rispetta questa classe. A questa tematica è dedicato un articolo separato "Deposito e manipolazione dei tubi in barre e bobine - lo consigliamo di leggere soprattutto per ordini di grandi dimensioni, dove i tubi vengono conservati per un periodo più lungo in cantiere prima dell'installazione".

Domande frequenti sulla pressione e temperatura del tubo PEX

Posso utilizzare un tubo PEX con classificazione PN6/90°C anche per la distribuzione dell'acqua calda a 8 bar?

Alla temperatura dell'acqua calda intorno ai 60 °C è decisiva la classe PN10/60°C, che i tubi PEX-a comuni con questa classificazione soddisfano - 8 bar sono quindi perfettamente accettabili con una riserva. Il problema sorgerebbe se l'acqua avesse contemporaneamente 8 bar e una temperatura vicina ai 90 °C, cosa che non si verifica normalmente in un impianto di produzione di acqua calda.

Che succede se la caldaia a combustibile solido raggiunge brevemente i 100 °C?

Un superamento breve e occasionale di 90-95 °C per pochi minuti in caso di guasto non comporta un guasto immediato del tubo, poiché si tratta di una progettazione statistica per una durata di 50 anni con carico continuo. Un surriscaldamento ripetuto o prolungato al di sopra di questa soglia riduce però in modo significativo la durata reale e si consiglia di completare il sistema con uno scambiatore di calore di sicurezza e una vasca di accumulo, in modo da evitare del tutto tali situazioni.

C'è una differenza nella resistenza alla pressione tra PEX-a, PEX-b e PEX-c?

Le differenze tra i tipi di reticolazione (perossido PE-Xa, silano PE-Xb, elettronico PE-Xc) si manifestano soprattutto nel grado di reticolazione, nella flessibilità e nella resistenza a carichi puntuali, non in modo sostanziale nella classe PN dichiarata - questa si indica sempre in base al prodotto certificato specifico, non in base al tipo di produzione in generale. Le differenze tra i singoli tipi di PEX sono trattate in dettaglio nell'articolo "PEX vs tubi multistrato - differenze e impiego".

Devo preoccuparmi della pressione o della temperatura elevata per il riscaldamento a pavimento?

No, il riscaldamento a pavimento funziona con i valori più bassi tra le applicazioni comuni (35-45 °C, 1,5-2,5 bar), quindi un tubo PEX-a con classificazione PN6/90°C e PN10/60°C ha in questa applicazione una grande riserva di sicurezza.

Come posso verificare la pressione reale nella rete idrica davanti alla casa?

Il modo più affidabile è installare un manometro direttamente dopo la valvola principale dell'acqua e misurare la pressione durante il giorno (la pressione varia in base al consumo nella rete). Se si registrano valori superiori a 6 bar, si consiglia di installare un riduttore di pressione, che protegge non solo i tubi, ma anche tutte le valvole e gli apparecchi in casa.

È sicuro utilizzare lo stesso tubo PEX per il riscaldamento e per la distribuzione dell'acqua potabile?

Sì, purché il tubo abbia un certificato igienico per il contatto con l'acqua potabile (indicato nel foglio tecnico del prodotto) e la classe PN/temperatura corrispondente all'applicazione. I tubi con barriera diffusiva EVOH sono principalmente destinati a circuiti di riscaldamento chiusi, ma molti prodotti PEX-a sono certificati universalmente anche per l'acqua potabile - verifichi sempre questo nel foglio tecnico specifico.

Conclusione

L'indicazione PN6-T=+90°C e PN10-T=+60°C sui tubi PEX non è un dato di marketing, ma un'esatta descrizione tecnica di come varia la pressione operativa consentita in base alla temperatura del fluido - conseguenza fisica del comportamento viscoelastico del polietilene reticolato. Per la pratica comune in case unifamiliari e in imprese minori ciò significa che un tubo PEX-a standard con questa classificazione ha una riserva sufficiente per tutte le applicazioni comuni - riscaldamento con radiatori, distribuzione di acqua calda e fredda e riscaldamento a pavimento. Fondamentale è conoscere i parametri operativi reali del Suo sistema (temperatura massima e pressione, compresi eventuali stati di emergenza), scegliere la dimensione corretta e non dimenticare gli elementi di sicurezza che impediscono un funzionamento prolungato al di fuori della classe dichiarata. Se non è sicuro della scelta della dimensione o del tipo di tubo per il Suo progetto, l'intera gamma è disponibile in modo chiaro nella categoria tubi per riscaldamento, acqua e riscaldamento a pavimento, dove per ogni prodotto sono indicati i parametri tecnici esatti, inclusa la classe di pressione e temperatura.

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