Berechnung von Druckverlusten und Auswahl der Rohrdurchmesser in Heizungsanlagen

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Dieser Artikel richtet sich hauptsächlich an Installateure und andere Fachleute, die nicht regelmäßig mit Berechnungen von Heizungsanlagen zu tun haben, aber schnell die richtigen Rohrdurchmesser für Heizungsleitungen mithilfe des auf der Website verfügbaren Rechners ermitteln möchten.

Strömungswiderstände in Heizungsanlagen

Wasser (oder ein anderes Heizmedium) in der Anlage muss Reibungswiderstände überwinden, die mit der Rauheit der Rohre verbunden sind. Diese Widerstände werden als lineare Widerstände bezeichnet. Darüber hinaus gibt es in Anlagen lokale Widerstände, z.B. in:

• Bogen
• T-Stücken
• Ventilen
• Reduzierungen / Erweiterungen
• Gerätewiderständen (z.B. Heizkörper)

Vorgehensweise bei der Berechnung von Rohrdurchmessern in Heizungsanlagen

Nehmen wir die einfachste Heizungsanlage (wie im Bild unten dargestellt) bestehend aus:

• Wärmequelle (z.B. Gasheizkessel mit eingebauter Umwälzpumpe)
• Vor- und Rücklaufleitungen
• Wärmeabnehmer (z.B. Heizkörper)
• alle Ventile werden bewusst weggelassen

Was müssen wir bei einer solchen Anlage berechnen? Wir müssen den Druckverlust (Widerstände) in unserer Anlage auf dem Abschnitt von der Wärmequelle zum Wärmeabnehmer bestimmen. Dies wird benötigt, um letztendlich die richtige Umwälzpumpe auszuwählen (oder zu überprüfen, ob die vom Kesselhersteller hinzugefügte ausreichend ist). Zunächst müssen wir uns jedoch mit der Berechnung der richtigen Rohrdurchmesser befassen und damit den Druckverlust berechnen. Der Rechner wird uns dabei helfen. Nachfolgend stelle ich die Methodik Schritt für Schritt vor:

1. Erforderliche Heizleistung der Wärmeabnehmer festlegen

In unserem Fall handelt es sich um einen Heizkörper, und dieser soll 10kW haben. Dies ist natürlich zu viel für einen einzelnen Standard-Heizkörper, aber für unseren Fall soll er absichtlich so groß sein, damit der Durchfluss nicht zu klein wird.

Hier eine wichtige Information. Für unsere Berechnungen ist die erforderliche Leistung des Wärmeabnehmers relevant, nicht die Nennleistung der Wärmequelle. Betrachten wir diesen Fall: Ein Einfamilienhaus, für das eine Heizlast von 8kW berechnet wurde. Für das Haus wurde ein Gas-Durchlauferhitzer mit 24kW Leistung vorgesehen. Dass wir einen Kessel mit dieser Leistung haben, bedeutet nicht, dass wir so viel Wärme für Heizzwecke produzieren werden. Die Auswahl der Durchmesser für 24kW für Heizzwecke wäre eine Überdimensionierung, da das Haus in den kältesten Wintern eine Heizleistung von 8kW benötigt, und für diese Leistung wählen wir die Rohrdurchmesser aus.

2. Angemessene Temperaturdifferenz in der Anlage annehmen und den Durchfluss berechnen

Die Temperaturdifferenz zwischen Rücklauf und Vorlauf, zusammen mit der erforderlichen Heizleistung, beeinflusst den Durchfluss in der Anlage gemäß der Formel. (Bitte erschrecken Sie nicht vor der Formel, der Rechner berechnet den Durchfluss problemlos)

Q = P \ ((Tz - Tp) * cp)

Wobei: Q - Durchfluss [kg/s] - für Wasser ergibt sich [dm3/s], P - Leistung [kW], Tz - Vorlauftemperatur [°C], Tp - Rücklauftemperatur [°C], cp - spezifische Wärmekapazität - für Wasser 4.2 [kJ/ kg * K]

Die Temperaturdifferenz für Heizkörperheizungen wird mit 20° oder 15° angenommen, für Fußbodenheizungen etwa 7°.

3. Rohrdurchmesser basierend auf dem Durchfluss auswählen

Die allgemeine Regel für die Auswahl der Rohrdurchmesser ist einfach. Wir möchten in der Anlage möglichst kleine Durchmesser haben (weil es am günstigsten und relativ am einfachsten zu montieren ist), bei denen der Druckverlust auf einem akzeptablen Niveau liegt. In unserem Rechner sind die akzeptablen Druckverluste entsprechend festgelegt, sodass Sie sich darum keine Gedanken machen müssen, wenn Sie kein Planer sind und keine Erfahrung haben.

Die Formeln zur Berechnung des Reibungsbeiwerts von Rohren und der linearen Widerstände sind zu kompliziert und werde ich hier nicht anführen. Standardmäßig verwenden Planer von Anlagen Rechner oder Nomogramme zur Bestimmung des linearen Druckverlusts in Leitungen.

Diesen Punkt lösen wir mit dem Rechner. Gehen Sie zum Link und geben Sie 10 als Leistung in kW und 20° als Temperaturdifferenz ein. Lassen Sie die Mediumtemperatur bei 80°. Sie können auch den Rohrtyp auf PEX ändern und sehen, dass das Programm einen Durchmesser von 25x2.5 vorschlägt und automatisch den Durchfluss in [m3/h] sowie [dm3/s] berechnet hat.

Interessanter Fakt - die Wassertemperatur in der Anlage beeinflusst die Widerstände. Je kälter das Wasser, desto größer ist der lineare Druckverlust in der Leitung.

Beispiel für die Auswahl von Rohrdurchmessern in einer Heizungsanlage

Ein häufiger Fall für einfache Berechnungen ist die Auswahl der Leitungen, die das Heizmedium vom Kessel zu den Verteiler der Fußbodenheizung führen. Nehmen wir an, wir haben ein 2-stöckiges Einfamilienhaus und die erforderliche Heizleistung für das Erdgeschoss beträgt 3 kW, für den Dachboden 4 kW, insgesamt für das Haus 7 kW. Da es sich um eine Fußbodenheizung handelt, nehmen wir eine Temperaturdifferenz von 7° an.

Im Programm berechnen wir zunächst, welchen Rohrdurchmesser Pex wir für die gemeinsame Leitung wählen sollten, also für 7kW - und das ist 32x3.0 und entsprechend für die Leitungen zu den einzelnen Verteiler: sowohl für 3 kW als auch für 4kW wird es 25x2.5 sein.

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