Beispiel - Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung eines Zweirohrsystems

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1 Beispiel - Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung eines Zweirohrsystems 1. Ausgangsdaten Es liegen vor: der Wärmebedarf die Temperaturspreizung der Rohrplan Ferner sollen Heizkörper - Thermostatventile eingesetzt werden bei X p K. Bild 1 entilkennlinien für das Thermostatventil In den Rücklauf sollen an jedem Heizkörper "regelbare erschraubungen" der Firma Danfoss eingebaut werden. Diese dienen sowohl zur Absperrung als auch zum Druckabgleich (oreinstellung. Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 1

2 Bild : Rücklaufverschraubungen Danfoss RL Die k S -Werte werden wie folgt angegeben: Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite

3 RL 10: RL 15: RL 0: k S 1,8 m³/h k S,5 m³/h k S,0 m³/h. Bearbeitungsreihenfolge Die Bearbeitung soll folgendermaßen durchgeführt werden: 1. Aufsuchen des ungünstigsten Heizkörpers (weiteste Entfernung von der Pumpe und größte Wärmeleistung und damit Festlegung des ungünstigsten Stranges. Festlegung der Teilstrecken. Berechnung des ungünstigsten Stranges bei orgabe von R mit Normdurchmessern 4. Auslegung des Thermostatventils 5. Auswahl der Pumpe und evtl. Korrekturrechnungen zu den Punkten. und Ermittlung der bei den anderen Stromkreisen zur erfügung stehenden Umtriebsdrücke 7. Auslegung der restlichen Stromkreise unter Zugrundelegung der Umtriebsdrücke Anmerkung: Es kann vorkommen, dass bei der Berechnung der restlichen Stromkreise festgestellt wird, dass eine andere Pumpe gewählt werden muss und der "ungünstigste" Stromkreis korrigiert werden muss.. Bemerkungen zu den Rechenschritten.1. Punkt 1: Aufsuchen des ungünstigsten Heizkörpers Kriterien: - weiteste Entfernung - größte Wärmeleistung Im allgemeinen wird der längste Stromkreis als ungünstigster Stromkreis (Hauptstromkreis angesetzt... Punkt : Festlegung der Teilstrecken Die Nummerierung der einzelnen Teilstrecken sollte logisch vom Kessel (erteiler über orlauf, Heizkörper und Rücklauf erfolgen. Eine Teilstrecke kann mehreren Stromkreisen angehören. Aus dem Rechenverfahren ergeben sich folgende Festlegungen: Eine Teilstrecke im orlauf beginnt mit T-Stück (Diametrallauf, Kreuzstück, eine Teilstrecke im Rücklauf endet mit T-Stück (Gegenlauf, Kreuzstück. Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite

4 .. Punkt : Berechnung des Hauptstranges ungünstigster Stromkreis Übliche Werte für R m 50 bis 150 (00 Pa/m. orgabe im Beispiel: R m 100 Pa/m. Zu beachtende Randbedingungen: die Geschwindigkeit in den einzelnen Strecken (w 0, bis 0,7 (1,0 m/s, die Durchmessersprünge von Strecke zu Strecke sollten wenn möglich nicht zu groß und praktikabel sein, heute werden Rücklaufverschraubungen an jedem Heizkörper angebracht (Auslegung siehe Sonderrechnungen..4. Punkt 4: Auslegung des Thermostatventils Randbedingungen, die bei Thermostatventilen eingehalten werden sollten: 1. bei geschlossenem Heizkörperventil sollte der Differenzdruck am entil sein < 0 kpa (max. 0 kpa. könnten größere Differenzdrücke (> 0 kpa entstehen, dann Einsatz von Differenzdruckreglern und/oder Einsatz von drehzahlgeregelten Pumpen. bei größeren Anlagen ( & ges 15m /h;q& 50kW Aufteilung auf mehrere Heizgruppen. 4. Festlegung der entilautorität a des Thermostatventils Bild : Definition der entilautorität Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 4

5 Definition der entilautorität a : entilbei Auslegungs & a Gesamtdruckverlust entilbei Auslegungs & entil geschlossen a gibt an, welchen Druckverlustanteil das Regelventil am Gesamtdruckverlust des Stromkreises hat. Bei kleine Anlagen (bis 0 Heizkörper kann angesetzt werden (theoretisch können alle entile bis auf eins geschlossen sein. 0 Netz,100 + Rückl. erschr., P 0 Rest, Bei großen Anlagen wird angesetzt p + 0 Steigstrangnetz,100 Rückl. erschr., P 0 Rest, Damit ergibt sich: 100 a + Rest, ( Rest, a 100 Rest,100 a 100 ( 1 a a Rest, a a ändert sich im Betrieb bei schwankenden Betriebsdrücken. Bei Auslegung soll sein: a 0, bis 0,7 Achtung: entilautorität bezieht sich nur auf den Regelwiderstand. Wird beim hydraulischen Abgleich durch oreinstellung am Thermostatventil ein einstellbarer Drosselquerschnitt verkleinert, so wird eigentlich Rest,100 erhöht und nicht das 100 in der a -Formel. 5. Festlegung des Auslegungsproportionalbereichs Thermostatventile sind Proportionalregler, d.h. z.b. tritt in einem Raum, an dessen Heizkörper das Thermostatventil auf 0 C eingestellt ist, eine erhöhte Energiezufuhr auf (z.b. durch Sonnenstrahlung, so muss eine höhere Raumtemperatur auftreten, damit das entil zu schließen beginnt. Das Thermostatventil kann also nicht die eingestellte Raumtemperatur halten. Definition des Proportionalbereichs X P X P Eingestellte Temperatur - Temperatur bei der das entil geschlossen ist Erläuterung bringt die Darstellung an der auf Prüfständen aufgenommenen Thermostatventil-Kennlinie (etwas idealisiert!. Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 5

6 k in m³/h 1,0 k S 0,8 k -Auslegung 0,6 0,4 0, entil zu entil auf K X P K Auslegungs-X P Bild 4: Thermostatventil - Kennlinie bei Einstellung III t L in C X P Bevorzugter Auslegungsproportionalbereich: X P K Erlaubte Schwankungsbreite: X P 0,7 bis K großes X P : große Regelabweichung kleines X P : Gefahr instabiler Regelung große Unterschiede zwischen & und & A bei kaltem Raum Auswahl des Heizkörper-Thermostatventils: Aus der Berechnung des Hauptstranges ergibt sich Rest,100 Festlegung von a 0, - 0,7 (Hinweis: orteilhaft ist die Rechnung mit beiden Grenzwerten k 100 a 1 a 100 Rest100 1bar ρ & in bar!! 1000 kg/ m DN-Anschlussleitung DN-entil notwendige Bauform (Durchgang- oder Eckventil aus erlegeplan Wahl des entils aus Firmenunterlagen bei 0,7 K X P K.5. Punkt 5: Auswahl der Pumpe Die Berechnung des Hauptstranges liefert den Betriebspunkt der Pumpe & P, HP. Dieses Wertepaar wird in ein Auslegungskennfeld für Heizungspumpen eingetragen. Nächstliegende (höhere Kennlinie ergibt im allgemeinen die zu wählende Pumpe. Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 6

7 Weitere Hinweise: liegt bei der Auswahl eine Kennlinie nur geringfügig unter dem errechneten Betriebspunkt, so kann diese meistens ausgewählt werden. orteile: erbesserung der entilautorität niedrigere Stromkosten Nullförderhöhe > bis m (möglichst vermeiden möglichst flache Kennlinie wählen möglichst Pumpen mit umschaltbarer Drehzahl wählen Anmerkung: Muss eine Pumpe eingesetzt werden, deren Kennlinie höher liegt, dann: muss an der Rücklaufverschraubung ein zusätzlicher Druckverlust eingestellt werden, damit & 100 fließt, ist die Lage der Kennlinie und der Betriebspunkt sehr unterschiedlich. Hierbei e- ventuell für einige Rohrstrecken einen kleineren Durchmesser wählen. 4. Rohrnetzberechnung tabellarisch 4.1. Rohrnetzplan I III II I HK 8,6 kw HK 7,4 kw HK 4,4 kw HK,6 kw HK 6, kw HK 5, kw HK 1, kw HK, kw 14 kw 14 kw orlauf t 70 C Rücklauf t 50 C Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 7

8 TS l/m TS l/m Berechnung aus dem Rohrplan mit vorläufigem Rohrdurchmesser Nachrechnung mit geändertem Rohrdurchmesser Unterschied TS Q & m& l d vorl. w R lr ζ Z d w R lr ζ Z lr Z Nr. kw kg h m mm m s Pa m Pa -- Pa mm m s Pa m Pa -- Pa Pa Pa Stromkreis HK R m 100 Pa/m angestrebt 1 51, 0, /4 0, ,6 11 9,6 170, /4 0, ,1 11 R m,/8 104 Pa / 9 m 111, Pa/m 5,6 1101, , , ,6 498,9 1 /4 0, ,6 45 R m,1/ 981 Pa / 9 m 105,7 Pa/m 5 7,0 01,1 /4 0, ,1 6,6 154,8 /8 0, , 19 1/ 0, ,7 11 7,6 154,8 /8 0, ,7 10 1/ 0, , ,0 01,1 /4 0, 41 1, ,6 498,9 11 /4 0, , ,6 1101, , ,6 8 Rücklaufver ,6 170, /4 0, ,5 57 Thermostatv , 0, /4 0, , Pa + Rücklaufverschraubung 748 Pa + Thermostatventil 704 Pa Pa Stromkreis HK 4 Aufgebraucht in TS ,4 146, 1/ 0, , ,4 146, 1/ 0, ,4 5 Aufgebraucht in TS Pa + Thermostatventil 6489 Pa + Rücklaufverschraubung 1156 Pa Stromkreis HK 1 / Aufgebraucht in TS , 98,9 /8 0, ,5 169 / / 16, 98,9 /8 0, , 1 Aufgebraucht in TS Pa + Thermostatventil 981 Pa + Rücklaufverschraubung 4777 Pa Tab. 1 Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 8

9 aus dem Rohrplan mit vorläufigem Rohrdurchmesser Nachrechnung mit geändertem Rohrdurchmesser Unterschied TS Q & m& l d vorl. w R lr ζ Z d w R lr ζ Z lr Z Nr. kw kg h m mm m s Pa m Pa -- Pa mm m s Pa m Pa -- Pa Pa Pa Stromkreis HK 8 Aufgebraucht in TS ,6 498,9 1/ 0, , ,0 01,1 /8 0, ,1 9,6 154,8 /8 0, ,5 91 0,6 154,8 /8 0, ,0 01 7,0 01,1 /8 0, , ,6 498,9 1 1/ 0, ,8 19 Aufgebraucht in TS Pa + Thermostatventil 704 Pa + Rücklaufverschraubung 89 Pa Stromkreis HK 7 Aufgebraucht in TS 1,19, ,4 146, /8 0, ,6 18,4 146, /8 0, , 95 Aufgebraucht in TS 1,, Pa + Thermostatventil 6489 Pa + Rücklaufverschraubung 1691 Pa Stromkreis HK 5 / 6 Aufgebraucht in TS 1, , 98,9 /8 0, ,5 169 / 7 6 / 8, 98,9 /8 0, 8 164,7 70 Aufgebraucht in TS 1, Pa + Thermostatventil 9795 Pa + Rücklaufverschraubung 069 Pa Tab. Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 9

10 TS Benennung r/d w A(D w A(D da(d d 1 Schieber 0,6 0,6 T-Stück, Durchgang, Trennung 0,77 1 0,1 0,1 T-Stück, Durchgang, Trennung 1,10 0,76 0,1 0,1 4 T-Stück, Durchgang, Trennung 0,74 0,78 0, 1 x 90 -Bogen 0, 0,6 5 Kreuzstück, Durchgang, Trennung 0,59 1 0,1 0,1 6 Diametrallauf 1,5 (0,96 ζ 0,7 (, Heizkörper,5, (4,7 7 Gegenlauf 0,51 0,58 (0,74 1,7 (,5 Σζ 1,7 (,5 8 Kreuzstück, Durchgang, ereinigung 0,60 1,, 9 1 x 90 -Bogen 0, T-Stück, Durchgang, ereinigung 0,45 < 1 1,5 1,8 10 T-Stück, Durchgang, ereinigung 0,65 < 1 0,6 0,6 11 T-Stück, Durchgang, ereinigung 0,77 1 0,5 0,5 1 1 Schieber 0, 0, 1/15 Kreuzstück, Abzweig, Trennung 0,59 4,0 Heizkörper,5 6,5 14/16 Kreuzstück, Abzweig, ereinigung 0,0 0,58 1, 1, 17 Diametrallauf 0,91 1,5 Heizkörper,5 4,0 18 Gegenlauf 0,49 0,74,4,4 19 T-Stück, Abzweig, Trennung 1,1 1,7 1,7 0 Kreuzstück, Durchgang, ereinigung 0,97 0,78 0,1 0,1 9 Diametrallauf 0,51 4,0 Heizkörper,5 6,5 0 Gegenlauf 0,51 1 5,0 5,0 Kreuzstück, Durchgang, ereinigung 0,60 0,78 1,0 1,0 4 T-Stück, Abzweig, ereinigung 0,45 0, 0,8 0,8 1 Diametrallauf 0,50,1 Heizkörper,5 5,6 Gegenlauf 0,49 1 5, 5, 5/7 Kreuzstück, Abzweig, Trennung 0, 4,0 Heizkörper,5 6,5 6/8 Kreuzstück, Abzweig, ereinigung 0,0 0,78,7,7 Tab. Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 10

11 5. Sonderrechnung zur Rohrnetzberechnung 5.1. Stromkreis HK (ungünstigster Stromkreis 1. Rücklaufverschraubung orgabe: 1/ Durchgang / RL 15 Bauteil voll geöffnet k S,5 m³/h 154,8kg/ h & 0,157m /h 98,kg/m ρ & 98,kg/ m 0,157m / h RL 0 1bar 88Pa ρ 0 k S 1000kg/ m,5m /h. Thermostatventil 100 a 1 a Rest,100 k & 100 1bar 100 ( Pa 10966Pa Re st,100 Netz + RL ρ m 1000 kg & 100 a 0,: a 0,7: 0,157m / h a Rest100 0, 10966Pa Pa k 0,718 m³/h 1 a 0,7 a Rest100 0, Pa Pa k 0,08 m³/h 1 a 0, ausgewählt: entil B, k 0,58 m³/h 98,kg/ m³ 0,157m³ / h,tats. 1bar 1000kg/m³ 0,58m³ / h 0 704Pa Pa 18170Pa 704 Pa a 0,40 oder ausgewählt entil C, k 0, m³/h 98,kg/m³ 0,157m³ / h,tats. 1bar 1000kg/m³ 0,m³ /h 0 667Pa Pa 46Pa 667Pa a 46Pa 0, Pa 667 Pa Besser entil B mit geringerem a auswählen, da sich ein kleinerer Gesamtdruckverlust ergibt und somit geringere Stromkosten der Pumpe anfallen. Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 11

12 . Pumpenauswahl 51,kW s & P 600,4 m³ / h kws kg h 4,185 0K 98, kg K m³ P ( Pa 18170Pa HP 1,88m kg m 98, 9,81 m³ s aus Katalog: z.b. Wilo RS 5/70r (Stufe 5.. Stromkreis HK 4 1. Thermostatventil Typ B & 0,149m³ / h k 0,58 m³/h 98,kg/ m³ 0,149m³ / h,tats. 1bar 1000kg/m³ 0,58m³ /h 6489Pa a 0,6. Rücklaufverschraubung p RL P Th 100 Rest 1156Pa 6489 Pa m³ 1bar 98,kg/ m³ m³ k 0,149 1,7 h 1156 Pa 1000kg/ m³ h Katalog: Danfoss 1/ Durchgang / RL 15, Stellung 5.. Stromkreis HK 1 / 1. Thermostatventil Typ B & 0,101m³ /h k 0,58 m³/h 98,kg/ m³ 0,101m³ /h,tats. 1bar 1000kg/m³ 0,58m³ / h 981Pa a 0,16 981Pa schlechtes Regelverhalten, prüfen ob eventuell Rohrnennweiten geändert werden können, z.b. TS 4 (1", TS 5 (1/", TS 6 (/8" od. 1/" Auswahl entil-typ C, k 0, m³/h P + Rohr 9795Pa Pa 007Pa> nicht möglich, da + Rohr > P P Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 1

13 . Rücklaufverschraubung RL 4777 Pa m³ 1bar 98,kg/ m³ m³ k 0,101 0,46 h 4777Pa 1000kg/ m³ h Katalog: Danfoss /8 Durchgang, RL 10, Einstellung zwischen ¾ und 1 Andere Auslegungsmöglichkeit: Die Rücklaufverschraubung bleibt voll geöffnet RL 98,kg/ m 1bar 1000kg/ m 0,101m / h 1,8m /h Für das Thermostatventil verbleiben damit ( Pa 7448 Pa m³ 1bar 98,kg/ m³ m³ k 0,101 0,7 h 7448 Pa 1000kg/ m³ h 10Pa Aus dem Auswahldiagramm erhält man für das entil Typ B bei dem k 0,7 m³/h einen Wert für X P 1,0 K. Zur ermeidung von ungleichmäßiger olumenstromverteilung nach Nachtabsenkung gilt folgende Bedingung: k S /k (Xp Im vorliegenden Fall ergibt sich mit k S 0,8 m³/h: k k XP 0,8,16 (auch unzulässig 0,7 S 5.4. Stromkreis HK 8 Überschlagrechnung zur Ermittlung des mittleren Druckgefälles in den noch nicht ausgelegten Rohrstrecken: Zur erfügung stehender Pumpendruck - -Thermostatventil (geschätzt HK Pa - -Rücklaufverschraubung (geschätzt HK - 88 Pa - in TS 1 und TS Pa verbleiben für in TS 19, 0, 9, 0, 4 verbleiben für R 0,67* 788 Pa gesamte Rohrlänge TS 19 bis Pa 545 Pa 1 m mittleres Druckgefälle R m 545 Pa / 1 m 40 Pa/m * üblicher Erfahrungswert R (/ Ges. Rohrleitung 0,67 Ges. Rohrleitung weiter im Formblatt mit R m 400 Pa/m Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 1

14 1. Thermostatventil gewählt: Typ B & 0,157m³ / h k 0,58 m³/h 704 Pa 704Pa a 0, Pa. Rücklaufverschraubung RL 89 Pa m³ 1bar 98,kg/m³ m³ k 0,157 1,71 h 89Pa 1000kg/m³ h Auswahl: Danfoss /8, Durchgang, RL 10, Stellung 1/ 5.5. Stromkreis HK 7 1. Thermostatventil & 0,149m³ / h k 0,58 m³/h 98,4kg/m³ 0,149m³ /h,tats. 1bar 1000kg/m³ 0,58m³ / h 6489 Pa a 0, Pa. Rücklaufverschraubung RL 1691 Pa m³ 1bar 98,kg/ m³ m³ k 0,149 1,14 h 1691Pa 1000kg/ m³ h Katalog: Danfoss /8 Durchgang, RL 10, Stellung 1/ 5.6. Stromkreis HK 5 / 6 1. Thermostatventil & 0,101m³ /h k 0, m³/h 98,kg/ m³ 0,101m³ /h,tats. 1bar 1000kg/ m³ 0,m³ / h 9795 Pa a 0, Pa. Rücklaufverschraubung RL 069 Pa m³ 1bar 98,kg/ m³ m³ k 0,101 0,57 h 069 Pa 1000kg/ m³ h Katalog: Danfoss /8 Durchgang, RL 10, Stellung 1 Quelle: Datenpool IfHK, FH Wolfenbüttel Rohrnetzauslegung einer Pumpenheizung (Weiterverwendung nur nach Absprache Seite 14