Dimensionierung von Trinkwasser-Installationssystemen nach DIN

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1 Dimensionierung von Trinkwasser-Installationssystemen nach DIN Karlsruher Bezirksverein Arbeitskreis Technische Gebäudeausrüstung Dipl.-Ing. Frank Kasperkowiak 1

2 Vorstellung Diplom-Ingenieur Versorgungstechnik Produktmanager Viega Technology GmbH & Co. KG in Attendorn VDI Mitglied seit April 1994 Frank Kasperkowiak Mitgliedschaft: - VDI Fachausschuss Sanitärtechnik - VDI Fachbeirat Technische Gebäudeausrüstung -VDI Vorstand / Beirat GBG -VDI 2050 Blatt 2 (stellvertretender Vorsitzender) - DIN Normausschuss DIN DVGW W-TK-3-8 "Rohre und Rohrverbindungen VDI Arbeitskreisleiter TGA, Siegener BV Stellvertretender Vorsitzender Siegener BV Vorsitzender Arbeitskreisleiter VDI Gesellschaft Bauen und Gebäudetechnik 2

3 Regelwerke für die Trinkwasser-Installation Europa Normen (EN) National Normen (DIN, ÖNORM, NF, etc.) 3

4 Regelwerke für die Trinkwasser-Installation Quelle energie wasser-praxis

8 Regelwerk für die Trinkwasser-Installation DIN : Ermittlung der Rohrdurchmesser Mai

9 Definition Trinkwasser-Installationen dienen dem Zweck Trinkwasser kalt und warm an jeder Entnahmestelle zu jeder Zeit in einwandfreier Qualität mit komfortablem Druck für den Nachbarn geräuscharm bei wirtschaftlichen Investitions- und Betriebskosten bereitzustellen. Technische Regelwerke beschreiben wie diese Ziele erreicht werden können. 9

10 Grundsätze zu Trinkwasser-Installationen Hygiene Energieeinsparung Wirtschaftlichkeit Sicherheit kurze Leitungswege kurze Verweilzeiten geringer Wasserinhalt bedeutet: Wasseraustausch, Vermeidung von Stagnation kleinere Rohroberflächen von PCW und PWH geringere Wärmeverluste bedeutet: Energieeinsparung und Umweltschutz kleinere und effektivere Rohrabmessungen bedeute: Kosteneinsparung Vermeidung von Korrosionsproblemen Reduzierung von Ablagerungen und Biofilmen Einhaltung der Schallschutzanforderungen keine Druckschläge 10

11 Grundlagen DIN Ziel der Trinkwasserdimensionierung (kalt und warm): Sicherung des Mindestdurchflusses an jeder Entnahmestelle bei der erwarteten Spitzenbelastung im Gebäude (Versorgungssicherheit) bei kleinstmöglichen Abmessungen wie z.b. Rohre, Bauteile und Ventile 11

12 Beispiel Strangschema (1) 12

13 DIN Inhalt (Betrachtung) Quelle: DIN

21 DIN Anwendungsbereich - = Spitzendurchfluss in l/s Quelle: DIN

22 DIN Begriffe - Quelle: DIN

24 Berechnungsdurchfluss nach DIN (früher) DIN 1988 Teil 3 Quelle DIN 1988 Teil 3 24

25 Berechnungsdurchfluss und Mindestfließdruck (Referenzwerte DIN Tabelle 2) Quelle: DIN

26 Berechnungsdurchfluss und Mindestfließdruck (Referenzwerte DIN Tabelle 2) Quelle: DIN Bespiel 26

27 Berechnungsdurchfluss und Mindestfließdruck (Referenzwerte DIN Tabelle 2) Quelle: DIN Prüfen! 27

28 Durchflusskennline einer Entnahmearmatur nach DIN Definition des Berechnungsdurchfluss Quelle: DIN

29 Durchflusskennline einer Entnahmearmatur nach DIN Definition des Berechnungsdurchfluss Mindestens ein / Wertepaar aus Herstellerkennlinien = kennzeichnender Fließdruck Quelle: DIN

30 Durchflusskennline einer Entnahmearmatur nach Kommentar zur DIN Beispiele im Kommentar Quelle: Kommentar DIN

31 Berechnungsdurchfluss und Mindestfließdruck (Herstellerangaben) Beispiel für eine Duscharmatur Quelle: 31

32 Berechnungsdurchfluss und Mindestfließdruck (Herstellerangaben) Quelle: 32

37 Berechnungsdurchfluss und Mindestfließdruck (Herstellerangaben) Beispiel für eine Duscharmatur Mit welchem Berechnungsdurchfluss für PWC und PWH sind die Rohrdurchmesser nach DIN zu ermitteln, wenn das System mit dem Mindestfließdruck (Hersteller: 0,5 bar) ausgelegt wird (Bespiel Kopfbrause Nr )? Quelle der Daten: 37

40 Berechnungsdurchfluss und Mindestfließdruck (Herstellerangaben) Beispiel für eine Duscharmatur Wie groß ist der Berechnungsdurchfluss, wenn vom Fachplaner der kleinste empfohlene Fließdruck (Hersteller: 1,0 bar) bei der Bemessung zugrunde gelegt wird? (Bespiel Kopfbrause Nr )? Quelle der Daten: 40

43 Regelwerk für die Trinkwasser-Installation 43

44 Regelwerk für die Trinkwasser-Installation Achtung: Berechnungsdurchfluss unterschiedlich DIN vs. DIN EN 806-3: 44

45 Entnahmearmaturendurchfluss nach DIN EN Berechnungsdurchflüsse viel höher! 45

46 Vergleich der Entnahmearmaturendurchflüsse Entnahmestelle DIN 1988 Teil 3 DIN EN 806 Teil 3 V R Q A LU [l/s] [l/s] Waschtisch 0,07 0,1 1 Spülkasten 0,13 0,1 1 Bidet 0,07 0,1 1 Küchenspüle 0,07 0,2 2 Brausewanne 0,15 0,2 2 Badewanne 0,15 0,4 4 Badewannenauslauf - 0,8 8 Höhere Berechnungsdurchflüsse nicht nachvollziehbar 46

47 Entnahmearmaturendurchflüsse nach DIN EN 806 Teil 3 Entnahmestelle DIN 1988 DIN EN 806 V R Q A LU [l/s] [l/s] Badewanne 0,15 0,4 4 47

48 Entnahmearmaturendurchflüsse nach DIN EN 806 Teil 3 Entnahmestelle DIN 1988 DIN EN 806 V R Q A LU [l/s] [l/s] Badewanne 0,15 0,4 4 Entnahmearmaturendurchfluss = 24 l/min 48

49 Entnahmearmaturendurchflüsse nach DIN EN 806 Teil 3 Entnahmestelle DIN 1988 DIN EN 806 V R Q A LU [l/s] [l/s] Badewanne 0,15 0,4 4 Entnahmearmaturendurchfluss = 24 l/min Eine Badewanne ist in ca. 5 Minuten voll!? 49

50 Entnahmearmaturendurchflüsse nach DIN EN 806 Teil 3 Entnahmestelle DIN 1988 DIN EN 806 V R Q A LU [l/s] [l/s] Badewanne 0,15 0,4 4 Entnahmearmaturendurchfluss = 24 l/min Eine Badewanne ist in ca. 5 Minuten voll!? DN 25 erforderlich! DIN EN 806 Teil 3 ist nicht praxisgerecht 50

51 Entnahmearmaturendurchflüsse nach DIN EN 806 Teil 3 51

52 Mindestfließdruck Badewannenarmatur Berechnungsdurchfluss nach EN 806: Badewanne Q A = 0,4 l/s Erforderlicher Fließdruck? 52

53 Herstellerangaben Durchfluss 5,00 4,50 4,00 Durchflusskurve Badewannenarmatur Hoher Fließdruck (ca. 4 bar!) vor der Armatur erforderlich! Fließdruck [bar] 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 0,000 0,083 0,167 0,250 0,333 0,417 0,500 Volumenstrom [l/s] 0,4 l/s Druck 53

54 Badewannenauslauf (Multiplex Trio: Hersteller Viega) Mindestfließdruck = 1 bar Entnahmearmaturendurchfluss = 7 l/ min (0,11 l/s) Füllzeit einer Badewanne ca. 10 Minuten Stand heute ist praxisgerechter 54

56 DIN Begriffe - 56 Quelle: DIN

57 Rohrnetzberechnung nach DIN Quelle: ZVSHK Kommentar zur Ermittlung und Berechnung der Rohrdurchmesser 57

58 Rohrnetzberechnung nach DIN Ende der hydraulischen Berechnung (Gewindeanschluss) 2 1 Beginn der hydraulischen Berechnung (nach dem Wasserzähler) Quelle: ZVSHK Kommentar zur Ermittlung und Berechnung der Rohrdurchmesser 58

59 Rohrnetzberechnung nach DIN mit 1 Quelle: ZVSHK Kommentar zur Ermittlung und Berechnung der Rohrdurchmesser 59

61 Berechnungsdurchfluss (Beispiel) DU BW WT WC Stockwerksinstallation als Reihenleitung 61

62 Berechnungsdurchfluss (Beispiel) DU BW WT WC Stockwerksinstallation als Reihenleitung Ermittlung der Berechnungsdurchflüsse unter Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit. 62

63 Berechnungsdurchfluss (Beispiel) DU BW WT WC = Berechnungsdurchfluss in l/s (nach Tabelle 2) BW DU WT WC [l/s] [l/s] [l/s] [l/s] 0,15 0,15 0,07 0,13 63

64 Benutzungsmatrix (Welche Gleichzeitigkeit kann vorliegen?) DU BW WT WC 64

65 Benutzungsmatrix (Welche Gleichzeitigkeit kann vorliegen?) DU BW WT WC Beispiel: Einzelnutzung 65

66 Benutzungsmatrix (Welche Gleichzeitigkeit kann vorliegen?) DU BW WT WC Beispiel: Kombinations -nutzung 66

67 Benutzungsmatrix / Berechnungs- und Summendurchfluss Benutzung mit Berechnungsdurchflüssen kombiniert = Summensdurchfluss in l/s 67

68 Berechnungs- und Summendurchfluss (Sortiert) Sortierung nach der Gleichzeitigkeit 68

69 Berechnungs- und Summendurchfluss / Nutzung Welche Entnahmearmaturen werden in der Praxis gleichzeitig benutzt? 69

70 Berechnungs- und Summendurchfluss / Nutzungsbeispiel Kombinationsmöglichkeiten 70

71 Berechnungs- und Summendurchfluss / Nutzungsbeispiel Welche Entnahmearmaturen werden in der Praxis gleichzeitig benutzt? Wie ist die Häufigkeit der geleichzeitigen Nutzung? 71

72 Berechnungs- und Summendurchfluss größter Summendurchfluss 72

73 Zeitlicher Verlauf des Durchflusses in einer Verteilleitung (Beispiel) gemessen Berechneter Spitzendurchfluss = 2,86 l/s Quelle: ZVSHK Kommentar zur Ermittlung und Berechnung der Rohrdurchmesser 73

74 Häufigkeit der gemessenen Durchflüsse bezogen auf den Spitzendurchfluss (Beispiel) bei 0,1% aller Messwerte Quelle: ZVSHK Kommentar zur Ermittlung und Berechnung der Rohrdurchmesser 74

75 Beispiel Strangschema (1) Rohrleitungssystem Kupfer Stockwerksinstallation als Reihenleitung Dauerverbraucher zum Garten 75

76 Ermittlung Berechnungsdurchfluss (Beispiel) Auswahl von Entnahmestellen die Aufgrund der Gleichzeitigkeit nicht berücksichtigt werden. 76

77 Ermittlung Berechnungsdurchfluss - Auszug-(Beispiel) 77

78 Trinkwasser-Installationssystem mit Entnahme Entnahme an der Dusche 78

79 Trinkwasser-Installationssystem mit Gleichzeitigkeit Dusche WC 79

80 Spitzendurchfluss in Abhängigkeit vom Summendurchfluss Quelle: DIN

81 Spitzendurchfluss in Abhängigkeit vom Summendurchfluss Quelle: VDI Fachbuch Gebäudetechnik für Trinkwasser 81

82 Ermittlung Spitzendurchfluss (Beispiel) Quelle: DIN

83 Ermittlung Berechnungsdurchfluss (Beispiel) = 2,98 l/s (PWC) = 1,74 l/s (PWH) 83

84 Ermittlung Berechnungsdurchfluss (Beispiel) = 2,98 l/s (PWC) = 1,74 l/s (PWH) = 0,15 l/s (Dauerverbraucher) 84

85 Ermittlung Spitzendurchfluss (Beispiel) = 2,98 l/s + 1,74 l/s = 4,72 l/s = 0,15 l/s (Dauerverbraucher) 85

86 Ermittlung Spitzendurchfluss (Beispiel) = 2,98 l/s + 1,74 l/s = 4,72 l/s = 0,15 l/s (Dauerverbraucher) = 1,04 l/s + 0,15 l/s = 1,19 l/s Spitzenvolumenstrom 86

87 DIN Inhalt (Betrachtung) 87 Quelle: DIN

88 4 Berechnungsgrundlagen DIN Quelle: DIN

90 Druckverlust durch Rohrreibung Druckverlust aus Rohrreibung 90

91 Beispiel Strangschema (2) Rv = 8,3 hpa/m Rv = 5,2 hpa/m Rv = 12,5 hpa/m Rv =10,2 hpa/m Rv = 6,8 hpa/m verfügbare Rohrreibungsdruckgefälle ermitteln Quelle: ZVSHK Kommentar zur Ermittlung und Berechnung der Rohrdurchmesser 91

92 Beispiel Strangschema (2) verfügbare Druckgefälle im hydraulisch ungünstigsten Fließweg: Rv = 5,2 hpa/m Quelle: ZVSHK Kommentar zur Ermittlung und Berechnung der Rohrdurchmesser 92

93 Beispiel Strangschema (2) verfügbare Druckgefälle im hydraulisch ungünstigsten Fließweg: Rv = 5,2 hpa/m hydraulisch ungünstigsten Fließweg geringster zulässiger Druckverlust pro m Quelle: ZVSHK Kommentar zur Ermittlung und Berechnung der Rohrdurchmesser 93

95 Druckverlust durch Form- und Verbindungsstücke Einzelwiderstand ( ζ Wert ) Je größer der ζ Wert ist, desto größer ist der Druckverlust des Bauteils. 95

96 Strömungscharakteristik bei Doppelwandscheiben Bei Dimensionierung von Reihen- bzw. Ringinstallationen Druckverluste beachten Viega Sanpress: Viega Sanpress Doppelwandscheibe Zeta-Wert = 1,2 Druckverlust = 9 hpa (=9 mbar) 96 v = 1,23 m/s

97 Strömungscharakteristik bei Doppelwandscheiben Viega Raxofix: Zeta-Wert = 3,8 Druckverlust = 29 hpa (= 29 mbar) v = 1,23 m/s 97

98 Strömungscharakteristik bei Doppelwandscheiben Viega Raxofix: Zeta-Wert = 3,8 Druckverlust = 29 hpa (= 29 mbar) Bauteil aus dem Markt: Zeta-Wert = 18,5 Druckverlust = 140 hpa (=140 mbar) 98 v = 1,23 m/s

99 Beispiel Strömungssimulation Abzweig Trennung TA Kupfer T-Stück (Profipress) Viega Profipress: Zeta-Wert = 2,1 Druckverlust = 23 hpa (= 23 mbar) v = 1,5 m/s 99

100 Zeta-Wert Tabellen Herstellerangaben (Beispiel) Viega 100

101 Zuordnung Einzelwiderstände zu Teilstrecken Quelle: ZVSHK Kommentar zur Ermittlung und Berechnung der Rohrdurchmesser 101

102 Druckverlust durch Einzelwiderstand (Beispiel 1) T-Stück, Abzweig, Stromtrennung TA, PWC ρ = 999,7 kg/m 3, v = 1,5 m/s Gesucht: Druckverlust der zur Teilstrecke (TS 3) zugeordnet wird Herstellerangabe: 102

103 Druckverlust durch Einzelwiderstand (Beispiel 1) T-Stück, Abzweig, Stromtrennung TA, PWC ρ = 999,7 kg/m 3, v = 1,5 m/s Gesucht: Druckverlust der zur Teilstrecke (TS 3) zugeordnet wird Herstellerangabe: 103

104 Druckverlust durch Einzelwiderstand (Beispiel 1) T-Stück, Abzweig, Stromtrennung TA, PWC ρ = 999,7 kg/m 3, v = 1,5 m/s Gesucht: Druckverlust der zur Teilstrecke (TS 3) zugeordnet wird Herstellerangabe: Der Druckverlust von 24 hpa wird der Teilstrecke TS 3 zugeordnet. 104

105 Stockwerksleitung (Beispiel) Die Rohrleitung ist durchgeschliffen, der Hauptverbraucher ist am Ende platziert 105

106 Addition von Druckverlusten In der durchgeschliffenen Stockwerksleitung addieren sich die Druckverluste je Teilstrecke zwischen den Entnahmestellen. 106

107 Addition von Druckverlusten bei einer Stockwerksleitung 107

108 Druckverhältnisse in einer Stockwerksreihenleitung Spülkastenbefüllung mit 0,13 l/s 108

112 Einfluss von Formteilen auf Druckverhältnisse Je nach Rohrleitungssystem haben Formteile bis zu 75% Einfluss auf Druckverhältnis in einer Stockwerksleitung 112

113 Nachgebaut und nachgemessen Überprüfung der theoretischen Druckverlustberechnung mit Messungen an der Stockwerksleitung BW WT Druck und Temperatur DU WC Volumenstrommessung Druckmessschellen 113

114 Nachgebaut und nachgemessen Gute Übereinstimmung von Theorie und Praxis 114

115 Berechnungsbeispiel mit Anteilen am Gesamtdruckverlust Erhöhter Anteil der Druckverluste durch Formteile am Gesamtdruckverluste durch Bauteile mit höhen Einzelwiderstandsbeiwerten Mindestfließdruck an der Entnahmearmatur sinkt erheblich 115

117 7 Dokumentation der Berechnungsergebnisse Quelle: DIN

118 Darstellung der Berechnungsgrundlagen Quelle: DIN

119 Fachliteratur 119

120 120

121 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 121