Gebäudeplanung. - Leitungen und Verteilnetze - Prof. Dr. Ulrich Hahn SS Fachhochschule Dortmund

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1 Gebäudeplanung - Leitungen und Verteilnetze - Prof. Dr. Ulrich Hahn SS 2012 Dortmund

2 Strömungen inkompressibler Fluide ohne Reibung: Kontinuitätsgleichung: m Sys m ein m aus z. B. System Rohr: m 0 wenn r = const.: Aeinvein Aausvaus Rohr m 2 2 m Energiesatz: W ( vaus vein) mg ( haus hein) ( Pein Paus ) 2 r Impulssatz: F m v ein v ) ( aus mit Reibung: m ( v 2 v aus 2 aus v v 2 ein ) mg ( h aus h m ) ( P r m ( Pein r ein ein P aus ) W Reib ein, haus hein WReib Paus ) : VPVerl. 2

3 an der Rohrwand innerhalb der Flüssigkeit Reibung von Fluiden unterscheiden: laminare Strömung Flüssigkeitsschichten gleiten ohne Durchmischung aneinander vorbei turbulente Strömung Strömung mit Wirbelentstehung Kenngröße: Reynoldszahl v < v krit. v > v krit. gerade Rohre: laminare Strömung: Re < 2320 gerade Rohre: turbulente Strömung: Re > 3000 Re : r D Rohr v 3

4 Strömungsprofile: Reibung von Fluiden kritische Geschwindigkeit: laminare Strömung: v 1 v 2 max turbulente Strömung: v 0,8 v max Verteilnetze von Heizungen: turbulente Strömungen 4

5 Druckverlust in Rohren turbulente Strömung: F Reib v² l r => P ² D 2 v V r D v : Rohrreibungszahl Reynoldszahl Re Rohr Re(T ) Rauheit der Oberfläche Werkstoff Rohr 5

6 Rauheit von Leitungen 6

7 Reibungszahlen Dortmund Gebäudeplanung Leitungen&Verteilnetze 7

8 T W = 80 C, Rauheit 45µm Druckverlust Stahlrohre 8

9 Druckverlust Kupferrohre T W = 80 C, Rauheit 1,5µm 9

10 nicht- kreisförmige Querschnitte hydraulischer Durchmesser: gleicher Druckverlust von rechteckigen Kanälen gleichwertiger Durchmesser: gleicher Druckverlust bei gleichem Volumenstrom von rechteckigen Kanälen 10

11 Druckverluste in anderen Bauteilen nicht-gerade Bauteile: zusätzlicher Druckverlust P V, zus. als dynamischen Druck beschreiben: P r ² 2 v V Widerstandsbeiwert beachten: gleichmäßig parallele Anströmung, sonst erhebliche Abweichungen! 11

12 z u Werte von Rohrleitungsteilen 12

13 z u Werte von Rohrleitungsteilen 13

14 z u Werte für Bauteile 14

15 z u Werte für Bauteile 15

16 Pumpen Fördern den Wärmeträger Wärmeerzeuger Wärmeübergabe Geschlossene Systeme: kein Höhenunterschied zu überwinden keine Geschwindigkeitsänderung Pumpe muss nur Druckverluste durch Reibung überwinden l r i 2 PV ( i i ) wi Gerade Rohrstücke: z i Di 2 i = 0 (komplexes) Verteilnetz: P V V 2 Quadratische Anlagenkennlinie P V : statischer Druck Förderhöhe H:= P V /(rg) 16

17 Pumpenkennlinie r Einfaches Modell: Pges. Pstat. Pumpe v² Pstat. Pges. kvv 2 2 Pstat. kvv PV P stat 0 V 0 17

18 P_stat. Pumpen Leistung --> Medium Faustregel für Pumpen: m Drehzahl 2 P ges. Drehzahl 3 Leistung Drehzahl auf das Medium übertragener Energiestrom: W P stat. V 1200 hpa ,5 kw 3 2,5 2 1, P_stat Leistung 1 0, m³/h 350 Volumenstrom 18

19 Kennlinien &Wirkungsgrade n = 1400 min -1 Pumpen Kennlinien Grundfoss 19

20 Pumpen 20

21 Zusammenschalten von Pumpen 21

22 vorzugsweise in den Vorlauf Einbau Pumpe Ausgleichsgefäß: Drucknullpunkt : Umgebungsdruck Überdruck an den Heizkörpern kein Ansaugen von Luft 22

23 Anforderungen an das Verteilnetz Bereitstellung des erforderlichen Wärmeträgerstroms an den Heizkörpern Wärmestrom an den Heizkörpern muss regulierbar sein geringe Pumpenleistung kleine Druckverluste große Temperaturspreizung geringe Leitungslängen große Leitungsquerschnitte große Wassermengen außerhalb der Heizkörper Verteilverluste Trägheit des Systems 23

24 Hydraulischer Abgleich des Rohrnetzes ohne Abgleich: mit Abgleich: großer Druckunterschiede an den Heizkörpern entfernte Heizkörper: kalt hohe Rücklauftemperatur Abhilfe: höhere Pumpenleistung, höhere Vorlauftemperatur zusätzliche Widerstände (Ventile) begrenzen Ströme geringere Leitungswiderstände korrekte Temperaturspreizung Drosselung 24

25 Hydraulischer Abgleich des Rohrnetzes weitere Optimierung: Tichelmann-Schema Gleicher Druck an jedem Heizkörper zusätzliche Rohrleitung erforderlich nur bei bestimmter Gebäudetopologie sinnvoll 25

26 dezentrales Pumpensystem 26

27 dezentrales Pumpensystem 27

28 dezentrales Pumpensystem 28

29 dezentrales Pumpensystem 29