Gleichwertiger Durchmesser: druckverlust-orientierte Dimensionierung

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Marie Acker
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1 Fachverband Gebäude-Klima e. V. Gleichwertiger Durchmesser: druckverlust-orientierte Dimensionierung von Luftleitungen Michael Schaub, M.Sc. (Vortrag) Prof. Dr.-Ing. Martin Kriegel Hermann-Rietschel-Institut, TU Berlin Berlin, 14./15. April 2016 Dimensionierung von Luftleitungen, 1

2 Luftleitungs-Dimensionierung Praxis & Vorgaben Inhalt Druckverlust-orientierte Methodik Herleitung Beispiel ökonomische Einflussgrößen Energie- vs. Materialkosten Dimensionierung von Luftleitungen, 2

3 Luftleitungs-Dimensionierung Praktisches Vorgehen Strömungsgeschwindigkeit Erfahrung / Richtlinien / räumliche Restriktionen übliche Wertebereiche: 2 bis >8 m/s Effizienz-Vorgaben spezifische Ventilatorleistung: P SFP = P el V = p η ges EnEV 2014 SFP-Kategorie 4 max Ws m³ Ventilator z.b. η ges = 65 % max Pa RLT-Gerät + Luftleitungsnetz Dimensionierung von Luftleitungen, 3

4 Herleitung: minimaler Durchmesser Gesamtdruckverlust p = λ l d + ζ ρ 2 v2 Rohrreibung im hydraulisch glatten Rundrohr Re < 10 5 : λ = 0, V π d ν k 0,25 [Blasius] 10 5 < Re < : λ = 0, ,221 4 V π d ν k 0,237 [Nikuradse] Dimensionierung von Luftleitungen, 4

5 Herleitung: minimaler Durchmesser minimaler Durchmesser: Druckverlust-Vorgabe Re < 10 5 : d min = 4 V 2 l ρ p π² 1, V 1 4 π 1 4 d min 3 4 ν ζ l 10 5 < Re < : d min = 4 V 2 l ρ p π² 0,0256 d min + 1,2729 V 0,237 π 0,237 0, ζ d min ν 0,237 l iterative Lösung / Diagrammverfahren Dimensionierung von Luftleitungen, 5

6 Bsp.: Druckverlust-orientierte Dimensionierung RLT-System Ziel: SFP-Kategorie Ws m³ 0,65 = 488 Pa Abschnitt 1 l A1 = 15 m Σζ A1 = 2,5 V A1 = m³ h Abschnitt 2 l A2 = 35 m Σζ A2 = 6 V A2 = m³ h Abschnitt 3 l A3 = 5 m Σζ A3 = 1,5 V A3 = m³ h Δp RLT-Gerät (300 Pa) Δp Netz = ungünstigster Strang (188 Pa) Dimensionierung von Luftleitungen, 6

7 Bsp.: Druckverlust-orientierte Dimensionierung zul. Druckverlust im Netzabschnitt p A = p Netz l A l S 1 γ S + ζ A ζ S γ S mit: γ S Formstückanteil Übersicht p A1 = 188 Pa p A2 = 188 Pa p A3 = 188 Pa 15 m 55 m 35 m 0,2 + 2,5 10 0,8 = 48 Pa 0, ,8 = 114 Pa 55 m 10 5 m 55 m 0,2 + 1,5 10 0,8 = 26 Pa Dimensionierung von Luftleitungen, 7

8 Bsp.: Druckverlust-orientierte Dimensionierung grafische Ermittlung von d min Leitungsdruckverlust-Charakteristik Ω A = V 2 A la p A Übersicht Ω A1 = m³ h s h 48 Pa 2 15 m = 15,2 und Σζ A1 la1 = 0,17 Ω A2 = m³ h s h Pa 35 m = 3,7 und Σζ A2 la2 = 0,17 Ω A3 = m³ h s h 26 Pa 2 5 m = 0,09 und Σζ A3 la3 = 0,30 Dimensionierung von Luftleitungen, 8

9 d A,min in m Bsp.: Druckverlust-orientierte Dimensionierung Abschnitt 1 d min 1,27 m Leitungsdruckverlust-Charakteristik Ω A Dimensionierung von Luftleitungen, 9

10 d A,min in m Bsp.: Druckverlust-orientierte Dimensionierung Abschnitt 2 d min 0,91 m Leitungsdruckverlust-Charakteristik Ω A Dimensionierung von Luftleitungen, 10

11 d A,min in m Bsp.: Druckverlust-orientierte Dimensionierung Abschnitt 3 d min 0,42 m Leitungsdruckverlust-Charakteristik Ω A Dimensionierung von Luftleitungen, 11

12 Anwendung: gleichwertiger Durchmesser d min Rechteckkanal mit gleichem Druckverlust a = 5 π² f+1 f2 5 d min 2 f mit: f Seitenverhältnis (a:b = 1:f) und b = a f Abschnitt 1 d min 1,27 m soll: Rechteckkanal, a:b = 1:1 a = 5 π² 2 1,275 2 = 1,15 m b = 1,15 m gewählt: 1,20 m x 1,20 m Dimensionierung von Luftleitungen, 12

13 Anwendung: gleichwertiger Durchmesser Abschnitt 2 d min 0,91 m soll: Rechteckkanal, a:b = 1:3 5 a = π² , b = 0,49 3 = 1,47 m gewählt: 0,50 m x 1,50 m = 0,49 m Abschnitt 3 d min 0,42 m soll: Rundrohr gewählt: d = 0,40 m Dimensionierung von Luftleitungen, 13

14 Bsp.: Druckverlust-orientierte Dimensionierung Leitungsnetzrechnung Abschnitt V A in m³/h d hydr in mm v A in m/s R e λ ζ Δp in Pa , ,0137 2, , , , ,0164 1,5 31 Σ: 144 zul. Druckverlust: 188 Pa SFP-Kategorie 2 gut erfüllbar Dimensionierung von Luftleitungen, 14

15 Sensitivität ökonomischer Einflussgrößen bedarfsgebundene Kosten Nutzungsprofil Formstückanteil Seitenverhältnis (a:b) Energiepreis hoch mäßig betriebsgebundene Kosten Kapitalzins Materialpreis technische Lebensdauer mäßig gering [Kriegel, M.; Schaub, M.: Dimensionierungsfaktoren für Luftleitungen. Ökonomische und energetische Einflüsse sowie Möglichkeiten zur SFP-orientierten Auslegung. In: HLH Bd. 66 (2015), Heft 8, S ] Dimensionierung von Luftleitungen, 15

16 ökonomisches Geschwindigkeits-Optimum Jahres-Gesamtannuität Rechteckkanal Dimensionierung von Luftleitungen, 16

17 Zusammenfassung Effizienzziel SFP-Wert: RLT-Gerät + Luftleitungsnetz Druckverlust-Vorgabe Druckverlust-orientierte Dimensionierung Δp-Anteile für Abschnitte gleicher Luftmenge implizite Gleichung / grafische Ermittlung ggf. Umrechnung mit d gleichwertig Wirtschaftlichkeit übliche Geschwindigkeiten geringe Unterschiede Dimensionierung von Luftleitungen, 17

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dimensionierung von Luftleitungen, 18

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