Caverion 4. Hydraulische Grundlagen

Transkript

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2 Übersicht Hydraulische Grundlagen Basisformeln Hydraulik-Kausale Zusammenhänge Hydraulische Auslegung Wirkflächenanordnung Berechnung Pumpenauswahl Anwendung des Hydraulikschieber HHS-Einstufungen 3

3 4 Hydraulische Grundlagen

4 5 Hydraulische Grundlagen Förderhöhenschaubild und Strömungsverhalten

5 6 Hydraulische Grundlagen Kontinuitätsgleichung

6 Hydraulische Grundlagen Berechnungsgenauigkeit nach VdS CEA 4001 Entspricht: 0,001 bar/m 0,001 bar VdS CEA

7 Basisformeln BASISFORMELN 8

8 Basisformeln Wasserausflussrate eines Sprinklers VdS CEA 4001 Typische K-Faktoren 57 (DN10) 80 (DN15) 115 (DN20) 160 (DN15/DN20) 360 (DN25) Jomos Eurosprinkler AG 9

9 Basisformeln Wasserausflussrate eines Sprinklers Mindestausflussrate OH Q = k x p Q= 80 x 0,35 Q= 47,3 l/min VdS CEA 4001 Mindestausflussrate ESFR Q = k x p Q= 360 x 1,4 Q= 426,0 l/min VdS CEA

10 Basisformeln Differenz im statischen Druck (Geodätische Höh VdS CEA 4001 Für so manchen leichter zu merken: p = h / 10,2 11

11 Basisformeln Differenz im statischen Druck (Geodätische Höh Umrechnung in bar p = 0,098 x h p= 0,098 x 90 m p= 8,820 bar VdS CEA

12 Basisformeln Druckverluste durch Reibung VdS CEA

13 Basisformeln NPSH NPSH Wert bezeichnet (Net Positiv Suction Head) Beim Eintritt der Flüssigkeit in die Schaufelkanäle wird ein weiterer Druckhöhenverlust verursacht. Zur Vermeidung von Dampfbildung muss die Gesamtenergiehöhe im Eintrittsquerschnitt der Pumpe größer sein als die Dampfdruckhöhe des Mediums. 14

14 15 Kausale Zusammenhänge Kausale Zusammenhänge

15 Kausale Zusammenhänge Sprinkler-Ausflussrate und K-Faktor Q = k x p P = Q² / k² Je größer die erforderliche Wassermenge desto höher muss der Versorgungsdruck am Sprinkler sein Je größer der gewählte k-faktor desto geringer muss der erforderliche Versorgungsdruck am Sprinkler 16

16 Kausale Zusammenhänge Sprinkler-Ausflussrate und K-Faktor HHS-Bereich mit 9 m² Sprinklerschutzfläche und 10 mm Wasserbeaufschlagung Q= 90 l/min P = Q² / k² Sprinkler DN15 (k-wert 80) P= 1,266 bar Sprinkler DN20 (k-wert 115) P= 0,612 bar 17

17 Kausale Zusammenhänge Druckverlust Durchflussmenge, Rohrleitungslänge, - typ und Dimension Le Länger die Rohrleitung desto größer der Druckverlust Le größer die Durchflussmenge desto größer der Druckverlust Je höher die Rohrwandglätte desto geringer der Druckverlust Je größer der Rohrdurchmesser desto geringer der Druckverlust 18

18 Kausale Zusammenhänge Druckverlust Durchflussmenge, Rohrleitungslänge, - typ und Dimension Kaufhaus OH3 mit 216m² WF und 5,0 mm WB L=30m ; Q=1.500 l/min ; C=120 ; d=107,9mm p = 0,407 bar Das 100er Rohr ist alle!? Aber DN80 ist noch da 107,9 mm zu 83,1 mm - Das entspricht einer Querschnittsverringerung von ca. 25% und einen neuen Druckbedarf von??? p = 1,451 bar/m (Erhöhung ca. 1 bar» ca. 260 %) 19

19 20 Hydraulische Auslegung Anlagenauslegung

20 Hydraulische Auslegung Arbeitsschritte Sprinkleranlagenauslegung (VdS CEA 4001) Festlegung der Schutzklasse Mindestbetriebszeit, Energieversorgung und Behältergrößen Klasse 1 oder 2 Festlegung Schutzumfang / Ermittlung der Brandgefahrenklassen 21

21 Hydraulische Auslegung Arbeitsschritte Sprinkleranlagenauslegung (VdS CEA 4001) Keine Lagerung Lagerung vorhanden Lagerung im OH Lagerung im HHP Lagerung HHS Anhang A LH / OH / HHP Lagerhöhe nnach Tab Lagerhöhen nach Tabelle 6.02 Thema HHS Einstufung 22

22 Hydraulische Auslegung Arbeitsschritte Sprinkleranlagenauslegung (VdS CEA 4001) Brandgefahrenklasse Wasserbeaufschlagung Wirkfläche Tabelle 6.01 bis 6.03 Punkt 7.11 Wirkzeit Tabelle Punkt 7.11 Wasserversorgung / Wahl der Sprinkler 23

23 Hydraulische Auslegung Arbeitsschritte Sprinkleranlagenauslegung (VdS CEA 4001) Wasserrate q = WF x WB x UF WF Wirkfläche in m² WB Wasserbeaufschlagung in mm/minxm² UF Ungleichförmigkeit Theoretischer Grundansatz 40% Praktisch ca. 10% bis 20% Wassermenge Q = q x t t Betriebszeit in min 24

24 Hydraulische Auslegung Arbeitsschritte Sprinkleranlagenauslegung (VdS CEA 4001) Auswahl der Sprinkler Sprinklerart/ k-faktor Mindestdruck am Sprinkler Hydraulik Sprinklerschutzfläche Sprinkler- Ausflussrate 25

25 Hydraulische Auslegung Beispiel - Brandgefahrenklasse Kaufhaus mit Tiefgarage Schutzklasse: 1 (Vollschutz) Keine Lagerung Anhang A Kaufhaus OH3 Tiefgarage OH2 Höchste Brandgefahrenklasse Kaufhaus OH3 26

26 Hydraulische Auslegung Beispiel - Kenngrößen Kaufhaus OH3 WB 5,0 mm/min Wirkfläche 216 m² Wirkzeit 40 min 27

27 Hydraulische Auslegung Beispiel - Wasserversorgung Wasserrate q= WF x WB x UF q= 216 m² x 5,0 mm x 1,4 q = l/min Wassermenge Q = q x t Q = l/min x 40 min Q = Liter Q = 61 m³ 28

28 Hydraulische Auslegung Beispiel Sprinklerauswahl und Auslegun Sprinklerschutzfläche Mindestdruck am Sprinkler Kaufhaus OH3 und Schirmsprinkler 12 m² max. Sprinklerschutzfläche; K80 und 0,35 bar Mindestdruck (Achtung! Zulassungsbeschränkungen beachten! z.bsp. Normalsprinkler mit nur 9 m² Schutzfläche) 29

29 Hydraulische Auslegung Tatsächliche Sprinklerschutzfläche Kreisförmige Auslegung ist nicht erforderlich Bauliche Grenzen bzw. mittig zwischen zwei Sprinkler Schutzflächenmaße im Lot abgenommen Sprinkler müssen sich nicht mehr mittig in ihrer Schutzfläche befinden! 30

30 Wirkflächenanordnung HYDRAULIK - Wirkflächenanordnung 31

31 Wirkflächenanordnung Hydraulisch ungünstigste Wirkfläche Wirkfläche, für die der größte Wasserversorgungsdruck benötigt wird, um die erforderliche Wasserbeaufschlagung zu erreichen Abhängig von Sprinklerabständen Sprinklerhöhen Sprinklernennweiten Rohrdurchmesser Rohrpositionen 32

32 Wirkflächenanordnung Hydraulisch günstigste Wirkfläche Wirkfläche, bei der die Wasserrate bei gegebenen Druck am größten ist Lager der Wirkfläche wird bei gleicher Brandgefahrenklasse (gleiche erforderliche Durchflussmenge) vorrangig bestimmt durch die Rohrpositionen 33

33 34 Wirkflächenanordnung Hydraulisch ungünstigste Wirkfläche

34 Wirkflächenanordnung Form der Wirkfläche Möglichst Quadratisch Grenze an baulicher Begrenzung oder mittig zwischen zwei Sprinklern Korrekt nach VdS!! 35

35 Wirkflächenanordnung Lage der Wirkfläche im Kammsystem Ungünstigste Günstigste 36

36 37 Wirkflächenanordnung Lage der Wirkfläche im Vermaschtes System

37 38 Wirkflächenanordnung Lage der Wirkfläche im Ringsystem

38 Wirkflächenanordnung Ungünstigster Sprinkler Die Vierergruppe nach VdS Verständnisfehler beim Übertragen aus dem Original. Der Passus wird überarbeitet. Neue Richtlinie voraussichtlich im Oktober 2010: Mindestdruck ; tatsächlich erforderliche Ausflussrate ungünstigste Sprinkler oder alternativ Mittelwert aus 4 Sprinklern 39

39 40 Berechnung Rohrnetzberechnung

40 Berechnung Berechnungsansatz 2 1 P=f(C=120;d=27,2mm;L=3m;Q=47l/min) P=0,033 bar 5 Q=151 l/min q Sp = 5,0 mm x 8,8 m² = 44 l/min p Sp = 44² : 80² = 0,303 bar Alles Richtig??? 3 4 p Sp = 0,383 bar + 0,126 bar q Sp = 80 x = 54 l/min P=f(C=120;d=27,2mm;L=3m; Q=97l/min) P=0,126 bar p min = 0,350 bar q Sp = 80 x = 47 l/min p Sp = 0,350 bar + 0,033 bar q Sp = 80 x = 50 l/min 41

41 Berechnung Übungsaufgabe L=1,5m L=3,0m L=3,0m OH4 DN32 K115 12m² Q=? L=1,5m L=2,0m L=4,0m L=4,0m L=4,0m 42

42 43 Berechnung Berechnungsansatz IDAT

43 44 Berechnung Berechnungsansatz IDAT

44 45 Berechnung Berechnungsansatz IDAT

45 46 Berechnung Berechnungsansatz IDAT

46 47 Berechnung Berechnungsansatz IDAT

47 Berechnung Pumpenauswahl 48

48 Pumpenauswahl Bestimmen der Betriebsart Zulauf- oder Saugbetrieb Zulaufbetrieb - min. 2/3 des Behälternutzvolumens über Pumpenmittellinie - Pumpenmittellinie max. 2,0 m über Tiefstwasserstand min. DN 65 Fließgeschwindigkeit max. 1,8 m/s Saugbetrieb min. DN 80 Fließgeschwindigkeit max. 1,5 m/s ODER Strömungsgeschwindigkeit max. 2,5 m/s mit einem Unterdruck vom max. 0,4 bar (NPSH vorh. / NPSH System ) 49

49 Pumpenauswahl Leistungsbemessung Wasserrate der ungünstigsten Wirkfläche immer unterhalb der Zulassungsgrenze Wasserrate der günstigsten Wirkfläche max. 40% über der Zulassungsgrenze mit max. 30% Druckabfall, bezogen auf die Zulassungsgrenze 50

50 Pumpenauswahl Pumpenkennfeld Q = l/min P = 6,7 bar Q = 282 m³/h P = 68 mws 51

51 Pumpenauswahl Pumpen-Kennlinie Überprüfung ETANORM MX Q = l/min P = 6,7 bar (68 m) 52

52 53 Pumpenauswahl Überprüfung NPSH nach VdS

53 Pumpenauswahl Überprüfung NPSH nach VdS ETANORM MX Q = l/min NPSH R = 4,0 m 54

54 Pumpenauswahl Überprüfung NPSH nach VdS NPSH vorh. = 9,0 m 2,3 m p = 0,2242 bar x 10,2 = 2,3 m > 4,0 m + 1,0 m NPSH vorh. = 6,7 m > 5,0 m 55

55 Pumpenauswahl IDAT Endberechnung mit Pumpenfestlegung

56 57 Pumpenauswahl IDAT Endberechnung mit PumpenKennlinie

57 Hydraulikschieber Hydraulikschieber 58

58 Hydraulikschieber Sprinklerseite Sprinklerbemessung Q=k x p Sprinklerfarbcode Wasserbeaufschlagung und Durchflussraten Druckluftwasserkessel 59

59 Hydraulikschieber Hydraulikseite Strömungsgeschwindigkeiten Druckverlustberechnung Rohrdaten 60

60 Hydraulikschieber Beispiel Druckverlustermittlung HHS Risiko DN l/min 40m Erdleitung 2. v 1. Q 5. Druckverlust p = 40 m x 0,008 bar/m = 0,32 bar 3. Übertrag v 4. Druckverlust /m 61

61 Hydraulikschieber Beispiel Dimensionierung OH3- Bereich - Trockenanlage Dimensionierung 100m Zuleitung 1. Durchflussmenge 5 mm WB OH3 Trocken l/min 62

62 Hydraulikschieber Beispiel Dimensionierung OH3- Bereich Trockenanlage (1.890 l/min) Dimensionierung für 100m Zuleitung 2. Annahme eines zulässigen gesamten Druckverlust von 0,5 bar Bei 100m gleichbedeutend mit 0,005 bar/m auf l/min Rohrwahl: DN

63 HHS-Einstufung HHS Lagerrisiken - Vorgehensweise zur Einstufung von Lagergut 64

64 HHS-Einstufung Grundlegendes zur Lagerung Lagerung nach VdS: zusammenhängende Fläche > 2 m² und/oder Stellhöhe > 1,2 m High Hazard Storage umfasst Lagerung ab Lagerhöhen, welche nicht mehr im OH3-Risiko beherrschbar sind Teillagerflächen und Freistreifen werden vorgeschrieben Kategorie des Lagerrisikos entspricht der Brandgefahrenklasse HHS1 = Kat. I 65

65 66 HHS-Einstufung Bestimmung der Lagerartklassen

66 HHS-Einstufung Bestimmung der Lagerartklassen Besondere Gefahr Anhang K: Aerosole Hängend gelagerte Bekleidung Brennbare Flüssigkeiten (Fässer bis max. 208 Liter) Leere Paletten Alkoholische Getränke in Holzfässern Betriebe für nicht gewebte Kunstfasern Risiken mit Kunststofflagerung Lagerbehälter aus PP, PE, PS Regale mit geschlossenen Zwischenbühnen Recyclingbetriebe für Verpackungsmaterial aus Kunststoff Verschieberegallager Automatische Parksysteme 67

67 HHS-Einstufung Bestimmung der Lagerartklassen Eingruppierungsmethode B.2 Bestimmen des Materialfaktors 1; 2; 3 oder 4 B.3 Bestimmung der Lagerkonfiguration Lagerkategorie nach Tabelle C.01 Lagerkategorie KAT. B.4 Vorhandensein von PP, PE, PS und Kunststoffen mit ähnlichem Brandverhalten KAT. 68

68 HHS-Einstufung Eingruppierungsmethode B.2 Bestimmen des M-Faktors Nicht- brennbare sowie schwer und mittel brennbare Produkte Höherer Energiegehalt als M1 Materialien mit überwiegend ungeschäumten Kunststoffen Materialien mit überwiegend geschäumten Kunststoffen 69

69 70 HHS-Einstufung Eingruppierungsmethode B.3 - L-Konfiguration und Kategorie

70 71 HHS-Einstufung Eingruppierungsmethode B.4 Material, Verpackung und Kategorie

71 Ende Noch Fragen? Danke für Ihre Aufmerksamkeit. 72