Vorisolierte Rohre für erdverlegte wasserführende Fernwärmenetze System ZPU MIĘDZYRZECZ Sp. z o. o. RICHLINIEN ZUR PLANUNG VON VORISOLIEREN ROHREN MI ZWEI MEDIENROHREN Zakład Produkcyjno Usługowy Międzyrzecz POLSKIE RURY PREIZOLOWANE Sp. z o. o., 66-300 Międzyrzecz, ul. Zakaszewskiego 4 elefon +48 95 741 5 6, 74 33 00, 74 00 93 Fax. +48 9 74 33 01, 74 33 0 Version: February 016
Inhaltsverzeichnis 1. Einführung... 3 1.1. Gegenstand der Richtlinien... 3 1.. Anwendungsbereich... 3 1.3. Bauprojekt... 3. Grundsätzliche Kennzeichnung... 3.1. Geometrische Merkmale... 3.. Belastung, Schnittreaktion, ragkraft... 4.3. Spannung und Festigkeit... 4.4. Materialkonstanten, Koeffizienten und andere Kennzeichnungen... 4 3. Materialien und Produkte... 5 3.1. Medienrohre... 5 3.. Mantelrohre... 5 3.3. Hartschaum... 5 3.4. Rohrbaugruppe... 6 4. Ausgangsdaten für die Planung... 7 5. Planungsgrundlagen für vorisolierte Rohre... 8 5.1. Methode zur Dimensionierung... 8 5.. Belastung... 8 5..1 Druckkraft des Erdreichs auf das Rohr... 8 5.. Reibungskraft an den Seitenflächen von Mantelrohren... 9 5..3 Von Reibungskräften in Medienrohren ausgehende Normalkraft [N]... 9 5.3. Vom Innendruck in Medienrohren ausgehende Kräfte... 9 5.4. Von der emperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklaufrohr ausgehende axiale Spannungen... 10 5.5. Berechnete ragfähigkeit des Medienrohrquerschnitts... 10 6 Planung eines Fernwärmenetzes im... 1 6.1. Methode I natürliche Methode... 1 6.1.1 Maximale Montagelänge [Lmax] eines geraden Rohrleitungsabschnitts... 1 6.1. Ausdehnung der Rohrleitung... 16 6.1.3. Dehnungsausgleich... 18 6.1.4. L - förmiges System... 19 6.1.5. "Z" förmiges System... 3 6.1.6. "U" förmiges System... 4 6.1.7. Kompensationszone... 7 6.. Methode II - Vorspannungen... 7 7 Richtungsänderung der Rohrleitungstrasse... 9 7.1 Richtungsänderung der Netztrasse durch den Einsatz vorgefertigter vorisolierter Knie... 9 7. Richtungsänderung der Netztrasse durch flexible Rohrbiegungen... 9 8 Vorisolierter Fixpunkt effektiv... 31 8.1 Berechnung der auf den Fixpunkt wirkenden Kräfte... 31 8.1.1 Fixpunkt entlastet... 31 9 Rohrleitungsabzweigung, Gebäudeeingang und Y -förmige Übergangsstücke.... 35 10 Verbindung von Doppelrohren mit einer herkömmlichen Rohrleitung (Kanalnetz)... 37 11 Stahlarmaturen... 38 1 echnische Informationen... 38 13 Kaufmännische Informationen... 39
1. Einführung 1.1. Gegenstand der Richtlinien Gegenstand der Richtlinie sind die Grundlagen zur Berechnung und Planung von direkt im Erdreich verlegten vorisolierten Rohrleitungskonstruktionen. 1.. Anwendungsbereich Diese Grundlagen für die Berechnung und Planung sind bei der Ausarbeitung der technischen Dokumentation für Rohrleitungskonstruktionen aus vorisolierten Rohren und Fittings für eine maximale emperaturdifferenz von 90 C zwischen dem Heizmedium im Vorlaufrohr und dem Heizmedium im Rücklaufrohr anwendbar. HINWEIS: Beim Kauf von vorisolierten Produkten, die für den Betrieb mit einer emperaturdifferenz von 90 C (zwischen dem Heizmedium im Vorlaufrohr und dem Heizmedium im Rücklaufrohr) vorgesehen sind, bitten wir Sie um einen entsprechenden Vermerk in Ihrer Materialbestellung. 1.3. Bauprojekt Das Bauprojekt sollte nach dem Baurecht, der Norm PN-EN13941 und den in diesen Richtlinien bestimmten Grundsäten erstellt werden.. Grundsätzliche Kennzeichnung.1. Geometrische Merkmale A Querschnittsfeld eines vorisolierten Rohres festigkeitsmäßig aktiv DN Nenndurchmesser von Medienrohren Dz Außendurchmesser von Medienrohren Dzp Außendurchmesser von Mantelrohren g Wandstärke von Medienrohren gp Wandstärke von Mantelrohren H Verlegungstiefe der Rohrleitungsachse L, C, D Länge des Kompensationsarms L Länge des Rohrleitungsabschnitts Lmax Montagelänge der Rohrleitung ε Ausdehnungseinheit der Rohrleitung L Rohrleitungsausdehnung um die Länge L, erdvergraben Ausdehnung einer nicht erdvergrabenen Rohrleitung, um die Länge Ln, L n erwärmt auf die emperatur [ w ], freie Ausdehnung Ausdehnung einer erdvergrabenen und auf die emperatur [ max ] Lz erwärmten Rohrleitung L n Länge eines nicht erdvergrabenen Rohrleitungsabschnitts l g Bogenlänge eines vorisolierten Rohrs r Biegeradien von gebogenen vorisolierten Rohren β Biegewinkel 3
.. Belastung, Schnittreaktion, ragkraft V Einheitsdruck des Bodens auf das Mantelrohr F Seitliche Reibungskraft des Mantelrohrs N Normalkraft N Normalkraft von thermischen Belastungen in der vorisolierten Rohrleitung N z Normalkraft von thermischen Belastungen im Vorlaufrohr N p Normalkraft von thermischen Belastungen im Rücklaufrohr N PS Auf den Fixpunkt wirkende Normalkraft N RC Berechnete ragkraft beider Medienrohre p Innendruck im Medienrohr.3. Spannung und Festigkeit σ Normalspannung τ Spitzenspannung R e die vom Hersteller spezifizierte (normierte) Streckgrenze R m die vom Hersteller spezifizierte Zugfestigkeit R r Reißfestigkeit R s Druckfestigkeit σ H Umfangsspannung σ x Axialspannung f d reduzierte berechnete Festigkeit von Stahl berechnete Festigkeit von Stahl f d.4. Materialkonstanten, Koeffizienten und andere Kennzeichnungen E Elastizitätsmodul YOUNG Modul E Elastizitätsmodul unter Berücksichtigung der emperaturauswirkung v Poissonzahl α linearer Wärmeausdehnungskoeffizient λ Wärmeleitfähigkeitskoeffizient γ Belastungskoeffizient µ Reibungskoeffizient zwischen Mantelrohr und Boden ρ Dichte des verfüllten verdichteten Bodens z Betriebstemperatur der Vorlaufrohrleitung p Betriebstemperatur der Rücklaufrohrleitung o Montagetemperatur w Vorwärmtemperatur emperaturdifferenz zwischen dem Heizmedium in der Vorlaufleitung und dem Heizmedium in der Rücklaufleitung ρ S Dichte des Stahls ρ PE Dichte des Polyethylen-Mantelrohrs ψ Reduktionsfaktor der berechneten Querschnittstragkraft k Koeffizient zur Berücksichtigung der zwischen dem Mantelrohr und dem Boden für eine nicht erdvergrabene Rohrleitung wirkenden Reibungskräfte Druckkoeffizient für das auf dem vorisolierten Rohr ruhende Erdreich K o 4
3. Materialien und Produkte 3.1. Medienrohre Die Medienrohre sind zugelassene nahtlose Stahlrohre aus P35GH Stahl nach PN-EN 1016- oder nach PN-EN 1016-1/A1 aus P35R1/P35R Stahl, oder zugelassene Stahlrohre mit Naht nach PN-EN 1017-/A1 und PN-EN 1017-5/A aus P35GH Stahl oder nach PN-EN 1017-1/A1 aus P35R1/P35R Stahl. Mechanische Eigenschaften nach PN-90/B-0300, PN-EN 1016-1/A1, PN-EN 1016-, PN- EN 1017-1/A1PN-EN 1017-\A1 und PE-EN 1017-5\A1 Produkttyp Rohre mit Spiral- oder Längsnaht Gewalzte nahtlose Rohre Stahlsorte St 37.0 P35GH St 37.0 P35GH Mechanische Eigenschaften Re Rm A5 fd MPa MPa % MPa 35 350 5 10 35 345 5 10 Materialkonstanten von Stahl: E = 10 GPa ν = 0,3 αt = 1, 10-5 / o C ρ S = 7850 kg/m 3 3.. Mantelrohre Das Mantelrohr ist im Einklang mit den Anforderungen der Norm PN-EN 53 aus hochdichtem Polyethylen (PEHD) ausgeführt: Produkttyp Zeichen Mechanische Eigenschaften σ H R r R s MPa MPa MPa Mantelrohr PEHD 4,0 4,0 37,0 Materialkonstanten von PEHD: E = 1,0 GPa λ = 0,43 W/mK αt = 0, 10-5 / o C ρ PE = 950 kg/m 3 Reibungskoeffizient zwischen Mantelrohr und Boden: µ = 0,3 0,5 3.3. Hartschaum Der Polyurethan-Hartschaum entspricht den Anforderungen der Norm PN-EN 53. Dichte an jeder Stelle: min. 60 kg/m 3 Druckfestigkeit in radialer Richtung: bei relativer Verformung von 10% min. 0,3 MPa MDI-Index min. 130 Wärmeleitkoeffizient für λ50: - für ein mit Cyclopentan geschäumtes System max. 0,09 W/mK 5
3.4. Rohrbaugruppe Die vorisolierten Rohre und Fittings des Systems ZPU Międzyrzecz Sp. z o. o. sind aus zwei in einem Mantelrohr aus hochdichtem Hart-Polyethylen (PEHD) angeordneten Medienrohren aus Stahl bestehende Rohrbaugruppen, deren Zwischenräume gleichmäßig mit Polyurethan (PUR) Hartschaum ausgefüllt sind. Die vorisolierten Rohre und Fittings des Systems ZPU Międzyrzecz Sp. z o. o. sind mit Standard und Plus Wärmeisolierung ausgeführt. Die Stahlmedienrohre werden vor dem Aufbringen der Polyurethan-Schaumisolierung mittels Stahlverbindern dauerhaft miteinander verschweißt. Daher müssen die blanken Enden der von der ZPU Międzyrzecz Sp. z o. o. erzeugten vorisolierten Rohre in einem Mantelrohr nicht durch Anschweißen von Flachstahl oder Ankern auf der Baustelle verbunden werden. Da auch alle von der ZPU Międzyrzecz Sp. z o. o. erzeugten Fittings mit zwei Medienrohren in einem Mantelrohr innen mit Verbindern versehen sind, entfällt die Notwendigkeit, dass die Stahlrohre auf der Baustelle durch Anschweißen von Flachstahl oder Ankern verbunden werden müssen. Die Rohrbaugruppe aus vorisoliertem entspricht den Anforderungen der Normen PN-EN 53+A / EN53:009+A:015. Wärmeleitfähigkeit bei einer voraussichtlichen Haltbarkeit von: Scherfestigkeit in Richtung: max. 0,09 W/mK min. 30 Jahren axial (emp. 0 o C) min. 0,1 MPa (emp.140 o C) min. 0,08 MPa radial (emp. 0 o C) min. 0,0 MPa Vorisolierte Rohre im werden erzeugt im Durchmesserbereich von DN0 bis DN 00. Die abelle 1 zeigt die geometrischen Abmessungen der vorisolierten Rohre. DN Dimensionen der vorisolierten Rohre abelle 1 Medienrohr aus Stahl Mantelrohr aus PEHD Mantelrohr aus PEHD Dz Mit Naht Nahtlos Standard Isolierung Plus Isolierung min[g] min[g] Dzp gp Dzp gp mm mm mm mm mm mm Mm mm x0 6,9,6,9 15 3,0 140 3,0 x5 33,7,6,9 140 3,0 160 3,0 x3 4,4,6,9 160 3,0 180 3,0 x40 48,3,6,9 160 3,0 180 3,0 x50 60,3,9 3, 00 3, 5 3,4 x65 76,1,9 3, 5 3,4 50 3,6 x80 88,9 3, 3,6 50 3,6 80 3,9 x100 114,3 3,6 4,0 315 4,1 355 4,5 x15 139,7 3,6 4,0 400 4,8 450 5, x150 168,3 4,0 4,5 450 5, 500 5,6 x00 19,1 4,5 6,3 560 6,0 630 6,6 DN Nenndurchmesser der Stahlrohre, Dz - Außendurchmesser der Stahlrohre, gp Wandstärke der Stahlrohre 6
4. Ausgangsdaten für die Planung Für die Berechnungen der Reibkräfte [F] zwischen der Sandunter/-deckschicht und dem Mantelrohr, Schnittkräfte [N] der Medienrohre, der maximalen Montagelängen [Lmax] und Ausdehnungen [ L] der Rohrleitungen des Systems ZPU Międzyrzecz Sp. z o. o., sind die folgenden Belastungswerte und Materialkonstanten anzunehmen: Verlegungstiefe der Rohrleitungsachse H = 1m Dichte des verfüllten verdichteten Bodens ρ =1800 kg/m 3 Reibungskoeffizient zwischen Mantelrohr und Erdreich µ = 0,35 Druckkoeffizient des auf dem vorisolierten Rohr ruhenden Erdreichs K o = 0,6 Betriebsdruck in der Rohrleitung p = 1,6 MPa Reduzierte berechnete Festigkeit von Stahl f d = 190 MPa Betriebstemperatur Vorlauf (hoher Parameter) z = 135ºC Rücklauf (hoher Parameter) p = 70ºC Vorlauf (hoher Parameter) z = 100ºC Rücklauf (hoher Parameter) p = 70ºC Vorlauf (niedriger Parameter) z = 95ºC Rücklauf (niedriger Parameter) p = 70ºC Vorlauf (niedriger Parameter) z = 95ºC Rücklauf (niedriger Parameter) p = 65ºC Montagetemperatur 0 = 8ºC Elastizitätsmodul unter Berücksichtigung der emperaturauswirkung YOUNG Modul E = 10 GPa Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient für den Bereich 0 100 o C α = 1, 10-5 /ºC für den Bereich 0 150 o C α = 1, 10-5 /ºC Belastungskoeffizienten: ragfähigkeitsgrenze γ = 1,1 Benutzbarkeitsgrenze γ = 1,0 Poissonzahl ν = 0,3 7
5. Planungsgrundlagen für vorisolierte Rohre mit zwei Medienrohren 5.1. Methode zur Dimensionierung Um sicherzustellen, dass die ragkraft der Rohrleitung in der Betriebsphase gegeben ist, muss die Rohrleitungskonstruktion nach der Methode der ragfähigkeits- und Benutzbarkeitsgrenzen gemäß PN-76/B-03001, PN-EN 13941 dimensioniert werden. 5.. Belastung Eine direkt im Erdreich verlegte Rohrleitung ist folgenden Belastungen ausgesetzt: - seitliche Reibungskräfte auf das Mantelrohr, - Druckkräfte des Erdreichs auf das Mantelrohr, - druckbedingte Kräfte im Medienrohr, - thermische Spannungskräfte. Die dauerhafte Verbindung des Medienvorlaufrohres und des Medienrücklaufrohres führt zu einer gleichzeitigen Ausdehnung beider Rohre (geometrisch kontinuierliche Verformungen). Als Folge der emperaturdifferenzen zwischen dem Heizmedium im Vorlauf- und Rücklaufrohr und wegen der dauerhaften Verbindung beider Rohre entstehen gegenläufige Spannungen: Druckspannung im Vorlauf und Zugspannung im Rücklauf. Somit haben wir es hier mit einem statischen System mit einem begrenzten freien Ausdehnungsgrad zu tun, in dem bei einem emperaturanstieg oder emperaturabfall Kräfte entstehen, welche von den Reibungskräften, vom Innendruck im Medienrohr und von der emperaturdifferenz des Mediums im Vor- und Rücklaufrohr abhängen. 5..1 Druckkraft des Erdreichs auf das Rohr Der einheitliche Ruhedruck des Erdreichs auf der Rohleitung ist gemäß PN-83/B-03010 nach folgender Formel zu berechnen: - vertikale Komponente Vz = γ H ρ g z [N/m ] - horizontale Komponente Vx = γ H ρ g z K 0 [N/m ] wobei: γ - Belastungskoeffizient H Verlegungstiefe der Rohrleitungsachse ρ Dichte des verfüllten Erdreichs [kg/m 3 ] g z - Erdbeschleunigung [m/s ] Ko Ruhedruckkoeffizient Zur Berechnung des am Umfang gelichmäßig verteilt auf der Rohrleitung anliegenden Druck des Erdreichs ist ein Mittelwert anzunehmen und folgende Formel anzuwenden: V = 0,5 (V z+v x) 8
5.. Reibungskraft an den Seitenflächen von Mantelrohren Die Reibungskraft je Längeneinheit des Rohres [F ] errechnet sich nach der Formel: F = µ V D zp [N/m] wobei: µ - Reibungskoeffizient zwischen Mantelrohr und Erdreich V Einheitlicher Bodendruck auf das Mantelrohr [N/m ] Dzp Außendurchmesser des Mantelrohrs 5..3 Von Reibungskräften in Medienrohren ausgehende Normalkraft [N] Die von Reibungskräften ausgehende Normalkraft [N] in Medienrohren der Länge [L] errechnet sich nach der Formel: N = F L wobei: F - Reibungskraft pro Einheitslänge der Rohrleitung L Länge des Rohrleitungsabschnitts [N] [N/m] 5.3. Vom Innendruck in Medienrohren ausgehende Kräfte Es wird Angenommen, dass die durch den Druck des Heizmediums hervorgerufene Belastung vom Medienrohr aufgenommen wird und dabei Spannungen entstehen: - radiale p ( Dz g ) σ H = g [N/m ] - axiale p ( Dz g ) σ x = 4 g [N/m ] wobei: p Innendruck im Medienrohr [N/m ] Dz Außendurchmesser des Medienrohrs g Wandstärke des Medienrohrs Normalkraft des Innendrucks in einem Medienrohr ausgehend von der axialen Spannung σ x wobei: N x = A x σ [N] A Querschnittsfeld eines Medienrohres [m] Daher beträgt die vom Innendruck in Medienrohren ausgehende Normalkraft: N = σ A [N] x x 9
5.4. Von der emperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklaufrohr ausgehende axiale Spannungen Als Folge der emperaturdifferenzen des Heizmediums in den Medienrohren und der geometrischen Verformungen bzw. Ausdehnung beider Rohre entstehen: - Druckspannungen im Vorlauf z = N z σ [N/m ] A - Zugspannungen im Rücklauf,wobei N p p = σ [N/m ] A Nz Normalkraft von thermischen Spannungen in der Vorlaufleitung N = α ( ) A E z z o Np Normalkraft von thermischen Spannungen in der Rücklaufleitung N = α ( ) A E p p o Daher beträgt die Normalkraft von thermischen Spannungen in vorisolierten Doppelrohrleitungen: N = α A E ( z p ) wobei: A - Querschnittsfeld eines Medienrohres [m ] σ Von der emperaturdifferenz in Vor- und Rücklaufleitungen in den Medienrohren hervorgerufene axiale Spannung [N/m ] N Normalkraft von thermischen Spannungen in der vorisolierten Rohrleitung [N] at Linearer Ausdehnungskoeffizient [1/ o C] z Auslegungstemperatur der Vorlaufleitung [ o C] p - Auslegungstemperatur der Rücklaufleitung [ o C] o - Montagetemperatur [ o C] E - Elastizitätsmodul - YOUNG Modul [N/m ] 5.5. Berechnete ragfähigkeit des Medienrohrquerschnitts Da die Bedingung der ragfähigkeit erfüllt werden muss, darf die Normalkraft in Medienrohren nicht über ihrer berechneten ragfähigkeit liegen, das bedeutet: N - Nx + Np-Nz N RC [N] 10
Nach dem Einsetzen für - Durch Reibung erzeugte Normalkraft im isolierten Rohr N = F L, - Vom Innendruck erzeugte Normalkraft N = σ A, x x - Von thermischen Spannungen erzeugte Normalkraft in vorisolierten Rohr N = α A E ( z p ) - Berechnete ragfähigkeit des Querschnitts zweier Medienrohre N RC = ψ A f d resultiert: F L A + A E α ( ) ψ A f σ [N] x z p d wobei: F einheitliche Reibungskraft [N/m] L Länge des Rohrleitungsabschnitts ψ - Reduktionsfaktor der berechneten Querschnittstragkraft A Querschnittsfeld des Medienrohrs [mm ] fd reduzierte berechnete Festigkeit von Stahl [MPa] σ x axiale Spannung [N/m ] at linearer Ausdehnungskoeffizient [1/ o C] z Auslegungstemperatur der Vorlaufleitung [ o C] p - Auslegungstemperatur der Rücklaufleitung [ o C] o - Montagetemperatur [ o C] E - Elastizitätsmodul - YOUNG Modul [N/m ] 11
6 Planung eines Fernwärmenetzes im System ZPU Międzyrzecz Sp. z o. o. Die Planung besteht in der Festlegung: - der Montagelänge der Rohrleitung [Lmax], bei der die maximale Normalkraft in den Medienrohren [Nmax] nicht die für Medienrohre berechnete ragfähigkeit [NRC] übersteigt, - der Ausdehnungen von Rohleitungen [ L] und ihre Kompensation auf natürliche Weise durch die Nutzung von Richtungsänderungen der Rohrleitungstrasse (kompensierende Systeme). 6.1. Methode I natürliche Methode Die Rohrleitung wird nach der Montage und Durchführung von ests mit Erdreich verdeckt. 6.1.1 Maximale Montagelänge [Lmax] eines geraden Rohrleitungsabschnitts Gemäß Punkt 5.5 errechnet sich die berechnete ragkraft des Medienrohrquerschnitts mit der Formel: F L σ A + A E α ( ) ψ A f x z p d wobei: F einheitliche Reibungskraft L Länge des Rohrleitungsabschnitts ψ - Reduktionsfaktor der berechneten Querschnittstragkraft [N/m] A Querschnittsfeld des Medienrohrs [mm ] fd reduzierte berechnete Festigkeit von Stahl [MPa] σ x axiale Spannung [N/m ] at linearer Ausdehnungskoeffizient [1/ o C] z Auslegungstemperatur der Vorlaufleitung [ o C] p - Auslegungstemperatur der Rücklaufleitung [ o C] E - Elastizitätsmodul - YOUNG Modul [N/m ] Wenn L = Lmax und der Annahme ψ = 1 (Klasse 1 Querschnitt), beträgt die maximale Montagelänge [Lmax]: L max = A f d + σ x E F α ( z p ) 1
In den abellen, 3, 4, 5, 6 und 7 sind die maximalen Montagelängen [Lmax] von vorisolierten Rohrleitungen für eine angenommene Verlegungstiefe der Rohrleitungsachse H = 1.0 m und nach den in Pkt. 4. angegebenen Ausgangsdaten zur Planung angegeben. Hoher Parameter =(135-70)=65ºC H=1,0m abelle Nahtlose Medienrohre Mantelrohr Reibungskraft Montagelänge Dz g A Dzp F Lmax mm mm mm Mm N/m m 6,9,9 437 15 135,5 33,7,9 561 140 391 6,0 4,4,9 719 160 73 9,5 48,3,9 87 160 73 34, 60,3 3, 1 147 00 3 415 38, 76,1 3, 1 465 5 3 84 44, 88,9 3,6 1 98 50 4 69 5,5 114,3 4,0 771 315 5 379 60,7 139,7 4,0 3 409 400 6 831 60,0 168,3 4,5 4 69 450 7 685 73,1 19,1 6,3 8 419 560 9 563 105,9 Hoher Parameter =(100-70)=30ºC und niedriger Parameter =(95-65)=30ºC H=1,0m abelle 3 Nahtlose Medienrohre Mantelrohr Reibungskraft Montagelänge Dz g A Dzp F Lmax mm mm mm Mm N/m m 6,9,9 437 15 135 31,8 33,7,9 561 140 391 36,7 4,4,9 719 160 73 41,5 48,3,9 87 160 73 48,0 60,3 3, 1 147 00 3 415 53,5 76,1 3, 1 465 5 3 84 61,5 88,9 3,6 1 98 50 4 69 73,0 114,3 4,0 771 315 5 379 84,1 139,7 4,0 3 409 400 6 831 8,7 168,3 4,5 4 69 450 7 685 100,4 19,1 6,3 8 419 560 9 563 145,9 13
Niedriger Parameter =(95-70)=5ºC H=1,0m abelle 4 Nahtlose Medienrohre Mantelrohr Reibungskraft Montagelänge Dz g A Dzp F Lmax mm mm mm Mm N/m m 6,9,9 437 15 135 33,1 33,7,9 561 140 391 38, 4,4,9 719 160 73 43,1 48,3,9 87 160 73 49,9 60,3 3, 1 147 00 3 415 55,6 76,1 3, 1 465 5 3 84 63,9 88,9 3,6 1 98 50 4 69 75,9 114,3 4,0 771 315 5 379 87,3 139,7 4,0 3 409 400 6 831 85,9 168,3 4,5 4 69 450 7 685 104, 19,1 6,3 8 419 560 9 563 151,4 Hoher Parameter =(135-70)=65ºC H=1,0m abelle 5 Medienrohre mit Naht Mantelrohr Reibungskraft Montagelänge Dz g A Dzp F Lmax mm mm mm Mm N/m m 6,9,6 397 15 135 0,5 33,7,6 508 140 391 3,7 4,4,6 650 160 73 6,9 48,3,6 746 160 73 31,1 60,3,9 1 045 00 3 415 35,1 76,1,9 1 333 5 3 84 40,5 88,9 3, 1 7 50 4 69 47,4 114,3 3,6 503 315 5 379 55,4 139,7 3,6 3 077 400 6 831 54,9 168,3 4,0 4 17 450 7 685 66,1 19,1 4,5 6 065 560 9 563 79,8 14
Hoher Parameter =(100-70)=30ºC und niedriger Parameter =(95-65)=30ºC H=1,0m abelle 6 Medienrohre mit Naht Mantelrohr Reibungskraft Montagelänge Dz g A Dzp F Lmax mm mm mm Mm N/m m 6,9,6 397 15 135 9,0 33,7,6 508 140 391 33,4 4,4,6 650 160 73 37,7 48,3,6 746 160 73 43,5 60,3,9 1 045 00 3 415 49,0 76,1,9 1 333 5 3 84 56,3 88,9 3, 1 7 50 4 69 65,7 114,3 3,6 503 315 5 379 76,5 139,7 3,6 3 077 400 6 831 75,4 168,3 4,0 4 17 450 7 685 90,6 19,1 4,5 6 065 560 9 563 108,6 Niedriger Parameter =(95-70)=5ºC H=1,0m abelle 7 Medienrohre mit Naht Mantelrohr Reibungskraft Montagelänge Dz g A Dzp F Lmax mm mm mm Mm N/m m 6,9,6 397 15 135 30, 33,7,6 508 140 391 34,7 4,4,6 650 160 73 39, 48,3,6 746 160 73 45, 60,3,9 1 045 00 3 415 50,9 76,1,9 1 333 5 3 84 58,5 88,9 3, 1 7 50 4 69 68,3 114,3 3,6 503 315 5 379 79,5 139,7 3,6 3 077 400 6 831 78, 168,3 4,0 4 17 450 7 685 93,9 19,1 4,5 6 065 560 9 563 11,6 Hi Montagelänge L max und einheitliche Reibungskraft F Hi für eine in der iefe H i verlegte Rohrleitung, können mit folgenden Formeln errechnet werden: L H max Lmax i Hi = F = F Hi Hi z.b. für: D z = 6,9 mm g =,9 mm (mit Naht) für =(135-70 ) L max = 0,5 m F = 135N/m -lt. abelle 5 für H=1,0m für H i = 0,6 m 0.6 0,5 Lmax = = 34, 17m F 0.6 = 135 0,6 = 181 N/m 0.6 15
Wird ein Stahlmedienrohr mit einem anderen als in den abellen, 3, 4, 5, 6 und 7 angegebenen Querschnittsfeld (A) verwendet, muss L max proportional geändert werden. 6.1. Ausdehnung der Rohrleitung Die Ausdehnung [ L] einer erdverlegten vorisolierten Rohrleitung mit der Montagelänge [L] wird definiert als die Differenz der vom emperaturanstieg freien Ausdehnung und der den Reibungskräften entsprechenden Ausdehnung, gemäß der Formel: z + p L = α t Hi F L 0 L E A wobei: at linearer Ausdehnungskoeffizient [1/ o C] z Auslegungstemperatur der Vorlaufleitung [ o C] p - Auslegungstemperatur der Rücklaufleitung [ o C] o - Montagetemperatur [ o C] L Länge des Rohrleitungsabschnitts F Hi einheitliche Reibungskraft der in iefe H i verlegten Rohrleitung [N/m] E - Elastizitätsmodul- YOUNG Modul [N/m ] A - Querschnittsfeld eines Medienrohrs [m ] Nach Einsetzten der Angenommenen Ausgangsdaten (aus Punkt 4) erhalten wir eine vereinfachte Form der Formel für die Ausdehnung [ L] ausgedrückt in [mm]: wobei: 135 + 70 100 + 70 95 + 70 für = ( 8) o C L = 1,159 L W H L [mm] für = ( 8) o C L = 0,940 L W H L [mm] für = ( 8) o C L = 0,8940 L W H L [mm] 1,159; 0,940 und 0,8940 - konstant [mm/m] W der vom Querschnitt des Medienrohrs abhängige Koeffizient ist in den abellen 8 und 9 angegeben. [mm/m 3 ] H Verlegungstiefe der Rohrleitung L Länge des Rohrleitungsabschnitts 16
Koeffizient "W" zur Bestimmung der Rohrleitungsdehnung abelle 8 Koeffizient Nahtloses Medienrohr SANDARD Isolierung PLUS Isolierung Dz g A W W mm mm mm mm/m3 mm/m3 6,9,9 437 0,0116 0,0130 33,7,9 561 0,0101 0,0116 4,4,9 719 0,0090 0,010 48,3,9 87 0,0079 0,0089 60,3 3, 1 147 0,0071 0,0080 76,1 3, 1 465 0,006 0,0069 88,9 3,6 1 98 0,0053 0,0059 114,3 4,0 771 0,0046 0,005 139,7 4,0 3 409 0,0048 0,0054 168,3 4,5 4 69 0,0040 0,0044 19,1 6,3 8 419 0,007 0,0030 abelle 9 Koeffizient Medienrohr mit Naht SANDARD Isolierung PLUS Isolierung Dz g A W W mm mm Mm mm/m3 mm/m3 6,9,6 397 0,018 0,0143 33,7,6 508 0,011 0,018 4,4,6 650 0,0100 0,0113 48,3,6 746 0,0087 0,0098 60,3,9 1 045 0,0078 0,0088 76,1,9 1 333 0,0069 0,0076 88,9 3, 1 7 0,0059 0,0066 114,3 3,6 503 0,0051 0,0058 139,7 3,6 3 077 0,0053 0,0059 168,3 4,0 4 17 0,0044 0,0049 19,1 4,5 6 065 0,0038 0,004 z.b. für: D z = 88,9 mm g = 3, mm (mit Naht) für =(135-70 ) und Standard Isolierung W= 0,0059mm/m 3 -nach abelle 9 L für L = 40m und H=0,6m beträgt L = 1,159 L W H L = 1,159 40 0,0059 0,6 40 =40,45mm 17
6.1.3. Dehnungsausgleich Die Grafik zeigt den Zustand der Normalspannungen [σ] und Dehnung [ L] einer erdverlegten Rohrleitung (bei Montagetemperatur ohne Vorheizen) und dann bei maximaler Auslegungstemperatur ( max= + z max p max ) mit Montagelänge [Lmax], bei der keine Überschreitung der reduzierten berechneten Festigkeit von Stahl [fd] am Medienrohrquerschnitt auftritt: σ = fd Lmax Also sollte die Länge gerader Rohrleitungsanschnitte nicht über x Lmax liegen, wobei die Rohrleitung in der Mitte der Dehnspannung L = 0 und virtuell (konventionell) bestimmten Fixpunkten fixiert wird, während an freien Rohrleitungsenden eine Dehnung [ L] auftritt. σ σ = fd L Lmax Lmax L Die in Rohrleitungen auftretenden Dehnungen werden durch Richtungsänderungen der rasse kompensiert (natürliche Kompensation). Die je nach der geometrischen Form der rassen verwendeten natürlichen Kompensationen sind: - "L" förmiges System, - "Z" förmiges System, - "U" förmiges System. 18
6.1.4. L - förmiges System Zum "L" förmigen Kompensationssystem gehören Richtungsänderungen der rasse mit einem Winkel im Bereich von 45 o bis 90 o. 45 90 Berechnung von Dehnungen und Längen von Kompensationsarmen Kompensationssystem L90 Richtungsänderung um einen Winkel von 90 o L1 L 1 L1 L L L L 1 < L max L < L max Die Länge des Kompensationsarms [L'] errechnet sich nach der Formel: L' 1 = 1,5 E f d D L z L' = 1,5 E f d D L z 1 wobei: Dz Außendurchmesser des Medienrohrs fd reduzierte berechnete Festigkeit von Stahl E - Elastizitätskoeffizient L1 Dehnung Abschnitt L 1 (berechnen nach Pkt. 6.1.) L - Dehnung Abschnitt L (berechnen nach Pkt. 6.1.) [MPa] [MPa] 19
Kompensationssystem L 45o - Richtungsänderung um einen Winkel von 45o L 1 1 L L1 L Die Länge der Kompensationsarme [L'1] und [L'] berechnet sich mit Berücksichtigung der reduzierten Dehnungen 1 und nahc der Formel: L 1,5 E f ' 1 = Dz d 1 L ' 1,5 E = Dz f d wobei: Dz Außendurchmesser des Medienrohrs fd reduzierte berechnete Festigkeit von Stahl E - Elastizitätskoeffizient L1 Dehnung Abschnitt L 1 L - Dehnung Abschnitt L [MPa] [MPa] Der reduzierte Dehnungswert berechnet sich nach der Formel: L L = + tgα sinα 1 1 L L = + sinα tgα 1 wobei: α - Öffnungswinkel L1 - Dehnung Abschnitt L1 (berechnen nach Pkt. 6.1.) L - Dehnung Abschnitt L (berechnen nach Pkt. 6.1.) [mm] [mm] 0
Besondere Anforderungen Wird die Richtung der rasse mit einem Winkel im Bereich von 8 o < α< 45 o geändert, ist das System nicht aufnahmefähig. Ein solches System sollte durch einen Fixpunkt in einem Abstand von max. L = 6,0 m oder durch ein Kompensationssystem L 90 in einem Abstand von nicht mehr als 0,5 Lmax gegen Überlastung geschützt werden. Ein Rohrbogen, der eine Richtungsänderung der rasse um einen Winkel von 7 bildest, ist wie ein gerader Rohrleitungsabschnitt zu betrachten.. a) max 6.0 m max 6.0 m < 45 b) 0,5 Lmax 0,5 Lmax 90 < 45 90 c) 90 max 6.0 m 0,5 Lmax < 45 1
L -förmiges System In der abelle 1 ist die Mindestlänge [L'] des Kompensationsarms eines L-förmigen Systems zur Aufnahme der thermischen Dehnungen [ L] eines erdverlegten Rohrleitungsabschnitts L max angegeben, dessen Rohrleitungsachse in einer iefe von H=1,0m liegt. E = 10 GPa fd = 190 MPa L L abelle 1 Medienrohre mit Naht Mantelrohr Montagelänge hermische Dehnung der Rohrleitung Mindestlänge des Kompensationsarms Montagelänge hermische Dehnung der Rohrleitung Mindestlänge des Kompensationsarms Montagelänge hermische Dehnung der Rohrleitung Mindestlänge des Kompensationsarms = ( 135+ 70 8) C = ( 100+ 70 8) C = ( 95+ 70 8) C Dz g Dzp Lmax L L Lmax L L Lmax L L mm mm Mm m mm m 6,9,6 15 0,5 18,5 1,08 9,0 16,03 1,01 30, 15,3 0,99 33,7,6 140 3,7 1,03 1,30 33,4 18,36 1, 34,7 17,53 1,19 4,4,6 160 6,9 3,77 1,55 37,7 0,61 1,44 39, 19,67 1,41 48,3,6 160 31,1 7,4 1,78 43,5 3,69 1,65 45,,59 1,61 60,3,9 00 35,1 30,88,11 49,0 6,59 1,96 50,9 5,35 1,91 76,1,9 5 40,5 35,44,54 56,3 30,7,35 58,5 8,81,9 88,9 3, 50 47,4 41,39,96 65,7 35,3,73 68,3 33,53,67 114,3 3,6 315 55,4 48,17 3,63 76,5 40,74 3,33 79,5 38,73 3,5 139,7 3,6 400 54,9 47,36 3,97 75,4 39,6 3,64 78, 37,59 3,54 168,3 4,0 450 66,1 56,84 4,78 90,6 47,3 4,36 93,9 44,85 4,5 19,1 4,5 560 79,8 68,09 5,97 108,6 56,07 5,4 11,6 53,07 5,7
6.1.5. "Z" förmiges System Die Länge eines Kompensationsarms [C] eines Z- förmigen Systems errechnet sich aus der Formel: L1 L1 L 1 C L L L C = 1. 5 E f d D z L wobei: Dz - Außendurchmesser des Medienrohrs fd - reduzierte berechnete Festigkeit von Stahl E - Elastizitätskoeffizient [MPa] [MPa] L = L1 + L L1 Dehnung Abschnitt L 1 (berechnen nach Pkt. 6.1.) L - Dehnung Abschnitt L (berechnen nach Pkt. 6.1.) "Z" förmiges System In der abelle 13 ist die Mindestlänge des Kompensationsarms [C] eines Z-förmigen Systems zur Aufnahme der thermischen Dehnungen [ L] eines erdverlegten Rohrleitungsabschnitts L max angegeben, dessen Rohrleitungsachse in einer iefe von H=1,0m liegt. Die Länge des Kompensationsarmes [C] hängt von der Dehnung [ L] ab. E = 10 GPa L1 fd = 190 MPa C L 3
abelle 13 Medienrohre mit Naht Mantelrohr Montagelänge hermische Dehnung der Rohrleitung Mindestlänge des Kompensationsarms Montagelänge hermische Dehnung der Rohrleitung Mindestlänge des Kompensationsarms Montagelänge hermische Dehnung der Rohrleitung Mindestlänge des Kompensationsarms = ( 135+ 70 8) C = ( 100+ 70 8) C = ( 95+ 70 8) C Dz g Dzp Lmax x L C Lmax x L C Lmax x L C mm mm Mm m mm m 6,9,6 15 0,5 36,50 1,8 9,0 3,06 1,0 30, 30,64 1,17 33,7,6 140 3,7 4,06 1,53 33,4 36,7 1,43 34,7 35,06 1,40 4,4,6 160 6,9 47,54 1,83 37,7 41, 1,70 39, 39,34 1,66 48,3,6 160 31,1 54,84,10 43,5 47,38 1,95 45, 45,18 1,90 60,3,9 00 35,1 61,76,48 49,0 53,18,31 50,9 50,70,5 76,1,9 5 40,5 70,88,99 56,3 60,54,76 58,5 57,6,70 88,9 3, 50 47,4 8,78 3,49 65,7 70,46 3, 68,3 67,06 3,14 114,3 3,6 315 55,4 96,34 4,7 76,5 81,48 3,93 79,5 77,46 3,83 139,7 3,6 400 54,9 94,7 4,68 75,4 79,4 4,8 78, 75,18 4,17 168,3 4,0 450 66,1 113,68 5,63 90,6 94,64 5,14 93,9 89,70 5,00 19,1 4,5 560 79,8 136,18 7,03 108,6 11,14 6,38 11,6 106,14 6,1 6.1.6. "U" förmiges System Als "U"- förmiges System wird ein System behandelt, dessen Armlänge [D] innerhalb der Grenzen liegt: B D B L1 L1 L L L 1 L D B Die Länge des Kompensationsarmes [D] eines "U"-förmigen Systems errechnet sich aus der Formel: D = 0. 7 1. 5 E f d D z L 4
wobei: Dz - Außendurchmesser des Medienrohrs fd - reduzierte berechnete Festigkeit von Stahl E - Elastizitätskoeffizient [MPa] [MPa] L = L 1 + L L1 Dehnung Abschnitt L 1 (berechnen nach Pkt. 6.1.) L - Dehnung Abschnitt L (berechnen nach Pkt. 6.1.) "U" förmiges System In der abelle 13 ist die Mindestlänge des Kompensationsarms [D] eines U-förmigen Systems zur Aufnahme der thermischen Dehnungen [ L] eines erdverlegten Rohrleitungsabschnitts L max angegeben, dessen Rohrleitungsachse in einer iefe von H=1,0m liegt. Die Länge des Kompensationsarmes [D] hängt von der Dehnung [ L] ab. E = 10 GPa fd = 190 MPa L1 L D abelle 14 Medienrohre mit Naht Mantelrohr Montagelänge hermische Dehnung der Rohrleitung Mindestlänge des Kompensationsarms Montagelänge hermische Dehnung der Rohrleitung Mindestlänge des Kompensationsarms Montagelänge hermische Dehnung der Rohrleitung Mindestlänge des Kompensationsarms = ( 135+ 70 8) C = ( 100+ 70 8) C = ( 95+ 70 8) C Dz g Dzp Lmax L L Lmax L L Lmax L L mm mm Mm m mm m 6,9,6 15 0,5 36,50 0,89 9,0 3,06 0,84 30, 30,64 0,8 33,7,6 140 3,7 4,06 1,07 33,4 36,7 1,00 34,7 35,06 0,98 4,4,6 160 6,9 47,54 1,8 37,7 41, 1,19 39, 39,34 1,16 48,3,6 160 31,1 54,84 1,47 43,5 47,38 1,36 45, 45,18 1,33 60,3,9 00 35,1 61,76 1,74 49,0 53,18 1,61 50,9 50,70 1,58 76,1,9 5 40,5 70,88,09 56,3 60,54 1,93 58,5 57,6 1,89 88,9 3, 50 47,4 8,78,45 65,7 70,46,6 68,3 67,06,0 114,3 3,6 315 55,4 96,34,99 76,5 81,48,75 79,5 77,46,68 139,7 3,6 400 54,9 94,7 3,8 75,4 79,4 3,00 78, 75,18,9 168,3 4,0 450 66,1 113,68 3,94 90,6 94,64 3,60 93,9 89,70 3,50 19,1 4,5 560 79,8 136,18 4,9 108,6 11,14 4,47 11,6 106,14 4,35 5
Beispiel Daten: für: - Außendurchmesser der Medienrohre D z = 88,9 mm, - Wandstärke der Medienrohre (mit Naht) g = 3, mm, - Maximaltemperatur in der Vorlaufleitung +135 C, - Maximaltemperatur in der Rücklaufleitung +70 C, - Montagetemperatur +8 C, - Durchmesser des HDPE-Mantelrohrs Dzp=50mm, - Länge eines geraden Rohrleitungsabschnitts vom virtuellen oder reellen Fixpunkt zum Kompensationsknie L = 40m, - Verlegungstiefe der Rohrleitung von der Bodenoberfläche zur Achse der vorisolierten Rohrleitung H=0,6m; D z = 88,9 mm mit einer Wandstärke g = 3, mm (Rohre mit Naht) für =(135-70 ) und Standardisolierung, Koeffizient W= 0,0059mm/m 3 aus der abelle 9 entnommen für L = 40m und H=0,6m, berechnen Sie die Rohrleitungslänge mit der vereinfachten Version der Formel nach Pkt. 6.1. L = 1,159 L W H L = 1,159 40 0,0059 0,6 40 =40,45mm Zur Berechnung des Kompensationsarms einer Doppelrohrleitung muss für L Z und U - förmige Systeme der Durchmesser eines Medienrohres wie für eine Biegung einzelner Stahlrohre berücksichtigt werden, - Daher beträgt die Länge L eines Kompensationsarmes für ein L -förmiges System unter Anwendung der Formel nach Pkt. 6.1.4: 3 1,5 10 10 L' = 0,0889 0,04045 =, 44m 190 - für ein Z -förmiges System nach Pkt. 6.1.5, wenn L 1 = L =40m L=40,45mm+40,45mm=80,904mm beträgt die Länge C min des Kompensationsarmes: 3 1,5 10 10 Cmin = 0,0889 0,080904 = 3, 45m 190 - für ein U -förmiges System nach Pkt. 6.1.6, wenn L 1 = L =40m L=40,45mm+40,45mm=80,904mm - beträgt die Länge C min des Kompensationsarmes: 3 1,5 10 10 Dmin = 0,7 0,0889 0,080904 =, 415m 190 6
6.1.7. Kompensationszone Unter Kompensationszone ist der durch die Länge des Kompensationsarms [L'] beschränkte und die durch die Entlastung eines Rohrleitungsabschnitts oder eines Knies vom Bodendruck auftretenden Dehnungen [ L] Raum im Boden zu verstehen. Es wird empfohlen, dass die Kompensationszone im Abschnitt L = /3L' auftritt. L L L Wir empfehlen: Für eine ordnungsgemäße Ausfüllung einer Kompensationszone z.b. mit Mineralwollmatten oder geschäumten Platten sollten die einzelnen Sichten unter der Annahme versetzt verlegt werden, dass, wenn eine Schicht von Matten von der Stärke [d] einen eil der Dehnung[ L] auf einer Länge [L'] aufnimmt, die zweite Matte die Länge [L"] haben sollte: 6.. Methode II - Vorspannungen L d L d = L L " ' Wenn die Rohrleitung montiert ist und die Dichtheitsprüfungen und zerstörungsfreien Schweißnahtprüfungen abgeschlossen sind, wird sie vor dem Vergraben vorgewärmt. Die Rohrleitung wird erst nach dem Erreichen der erforderlichen Dehnung vergraben. Die Höhe der Vorwärmtemperatur [ w] für die Rohrleitung ist so zu wählen, dass nach dem Abkühlen der vergrabenen Rohrleitung auf die Montagetemperstur [ o ] und nach dem z max + p max erneuten Erwärmen auf die maximale Betriebstemperatur [ ] die axialen Spannungen [σ] nicht über der berechneten Zug- und Druckfestigkeit [fd] der Stahlrohre liegen. d 7
Dehnung [ Ln] einer nicht vergrabenen Rohrleitung Nicht vergrabene Rohrleitung vorgewärmt auf eine emperatur [ w] von: L1 L1 Die Dehnung [ Ln] einer nicht mit Erdreich vergrabenen und auf eine emperatur [ w ] vorgewärmten Rohrleitung der Länge [Ln] d.h. die freie Dehnung errechnet sich nach der Formel: L n = k αt ( w - o ) L n wobei: w z max + p max = 0,5 o k Koeffizient zur Berücksichtigung der zwischen dem Mantelrohr und dem Boden auftretenden Reibungskräfte für eine nicht mit Erdreich vergrabene Rohrleitung k=0,7 0,8 α t - linearer Ausdehnungskoeffizient [1/ o C] w Vorwärmtemperatur [ o C] z max maximale Auslegungstemperatur der Vorlaufleitung [ o C] p max - maximale Auslegungstemperatur der Rücklaufleitung [ o C] o tatsächliche Montagetemperatur [ o C] L n Länge des nicht vergrabenen Rohrleitungsabschnitts Die freie Dehnung einer vorgewärmten Rohrleitung kann als Produkt der einheitlichen Dehnung [ε] und der Rohrleitungslänge [Ln] definiert werden: Ln = ε Ln Einheitliche Rohrleitungsdehnung: ε = α t ( w - o ) [mm] [mm/m] Nach Erreichen der vorgegebenen Dehnungen wird die Rohrleitung vergraben und dann auf die Montagetemperatur abgekühlt. Nach erneutem Erwärmen der Rohrleitung auf die maximale Betriebstemperatur [ max= + z max p max auf einer Länge von 1xLmax, die sich nach der Formel errechnen lassen: ] entstehen an ihren Freien Enden Dehnungen Lz = α t z max + p max w L max Hi F Lmax E A 8
7 Richtungsänderung der Rohrleitungstrasse Richtungsänderungen der Rohrleitung können erfolgen durch: - vorgefertigte vorisolierte Knie, - auf der Baustelle zurechtgebogene flexible Rohrleitung. Eine Abänderung der Richtung der Rohrleitungstrasse α < 10 0 ist als gerader Rohrleitungsabschnitt zu behandeln. 7.1 Richtungsänderung der Netztrasse durch den Einsatz vorgefertigter vorisolierter Knie Richtungsänderung der Rohrleitungstrasse mittels Knien mit Winken von: 15 o, 30 o, 45 o, 60 o, 75 o, 90 o werden für den gesamten Bereich der Durchmesser ausgeführt abelle 10 Durchmesser Stahlsorte Biegeradius ( r ) DN0 bis DN40 R 35 oder P35GH 3 x Dz DN50 bis DN00 St 37.0 oder P35GH,5 x Dz Dz Außendurchmesser der Stahlrohre. 7. Richtungsänderung der Netztrasse durch flexible Rohrbiegungen Ein über dem Aushub montierte Leitung aus vorisolierten Rohren in der Länge von l = 6,00 oder 1,00 m wird in den Aushub abgesenkt und flexibel gebogen. Die vom Rohrleitungsdurchmesser abhängigen minimalen Biegeradien und die jeweiligen Rohrbiegewinkel (β) sind in der abelle angegeben. abelle 11 Vorisoliertes Stahlrohr Mantelrohr Biegewinkel Durchmesser Biegeradius Rohrlänge Nennweite außen 6,00 m 1,00 m DN Dz Dzp r β β mm mm mm m Grad Grad 6,9 6,9 15 34,38 10,0 0,0 33,7 33,7 140 41,9 8,0 16,4 4,4 4,4 160 49,11 7,0 14,0 48,3 48,3 160 49,11 7,0 14,0 60,3 60,3 00 64,86 5,3 10,6 76,1 76,1 5 76,39 9,0 88,9 88,9 50 96,84 7,1 114,3 114,3 315 1,78 5,6 139,7 139,7 400 15,79 4,5 168,3 168,3 450 180,93 3,8 19,1 19,1 560 1,79 3,1 9
Nützliche Formeln und Richtlinien zur Festlegung des Verlaufes einer Rohrleitungstrasse bei Verwendung von flexiblen Biegungen. Die Winkel (β) der Richtungsänderungen der Rohrleitungstrasse sind gemäß Projekt festzulegen. angentenlänge: Biegeradius: a β r tg = 360 l g = β r Die Rohrleitungslänge (l g) ist im Bogenabschnitt ist jeweils als ein Vielfaches von Abschnitten der Längen l = 6,00 m und l = 1,00 m anzunehmen. Im Fall von flexiblen Biegungen wird die Rohrleitungslänge im Bogen (l g) nach der Bestimmung des Winkels der Richtungsänderungen der rasse bestimmt. a β a l g r β r 30
8 Vorisolierter Fixpunkt effektiv Vorisolierte Fixpunkte in doppelten vorisolierten Wärmenetzen werden verwendet, um: andere vorisolierte Bauteile zu entlasten, die nicht zur Übertragung von Belastungen ausgelegt sind, wie beispielsweise vorisolierte -Stücke, Y- Übergangsstücke, Rohrleitungseingänge in Gebäude, Änderung in Wärmenetzen von herkömmlicher auf vorisolierte Rohrleitungstechnik; die gewünschten Dehnungen im Wärmenetz zu gestalten, z.b. wenn ein vorisoliertes Knie eines Kompensationsarm die auf der Basis der tatsächlichen Dehnung berechnete Dehnung aufgrund von Gegebenheiten im Gelände nicht überträgt. 8.1 Berechnung der auf den Fixpunkt wirkenden Kräfte 8.1.1 Fixpunkt entlastet Ein einseitig völlig entlasteter Fixpunkt ist ein Punkt, auf den einseitig eine axiale Kraft wirkt. Der Fall eines einseitig belasteten Fixpunktes ist dann gegeben, wenn auf einer Site des Fixpunktes ein gerader Abschnitt der Länge L max verläuft, während auf der anderen Seite des Fixpunktes z.b. durch ein 90 Knie ein Richtungswechsel der Wärmeleitung erfolgt. Dabei ist wichtig, dass der gerade Abschnitt zwischen dem Kompensationsknie 90 (A) und dem Fixpunkt vernachlässigbar kurz ist. Diese Situation ist auf der folgenden Zeichnung dargestellt. (A) P.S. NPS = j L L j=const (B) Die auf den Fixpunkt wirkende Axialkraft [N PS] wird mit dieser Formel ausgedrückt: N = j Lmax [N] PS wobei: j - die auf ein vorisoliertes Doppelrohr wirkende einheitliche Reibungskraft [ N / m ] L max - maximale Rohrleitungslänge vom FP zum Kompensationsknie (B) 31
8.1. Fixpunkt teilweise entlastet Ein teilweise entlasteter Fixpunkt ist ein solcher Fixpunkt, auf dem die von der Reibung zwischen einem vorisolierten Doppelrohr und der Sandbettung der Rohleitung verursachte Axialkraft lastet: N L PS 1 = [N] j 1 mit der Länge L 1 zwischen dem Fixpunkt und dem Kompensationsknie im Punkt (B) zusammengefasst, ist die teilweise reduzierte Axialkraft der Bodenreibung entgegenwirkend auf den Fixpunkt gerichtet: N L PS = [N] j mit der Läge L zwischen dem Fixpunkt und dem Kompensationsknie im Punkt (A) zusammengefasst. Diese Situation ist auf der folgenden Zeichnung dargestellt: (A) N = L PS j P.S. N = L PS 1 j 1 j=const (B) L L 1 Die gesamte auf den Fixpunkt wirkende Axialkraft [N PS] wird durch die Formel ausgedrückt: N PS = N N [N] PS 1 PS N PS j ( L L ) = [N] 1 (Bezeichnungen wie auf der vorherigen Zeichnung) In der abelle 15 sind die maximalen Abmessungen der Betonblöcke der Fixpunkte angegeben. Die auf den Fixpunkt wirkenden Axialkräfte errechnen sich unter folgenden Annahmen: - Lage der Rohrleitungsachse unter dem Bodenniveau H=1,0 m; - Fixpunkt einseitig völlig entlastet; - Die Länge des Abschnitts, aus dem die auf den Fixpunkt wirkende Axialkraft zusammengefasst wird beträgt L max, Stahlsorte P35GH; Standardisolierung; - einheitlicher Widerstand des Bodens bei einer nach PN-81/B-0300 mit 150 kpa angenommenen Dimensionierung des Betonblocks. Die Fundamentblöcke der Fixpunkte müssen aus Beton von zumindest der Klasse C16/0 (Druckfestigkeitsklasse des Betons), armiert mit geschweißtem Bewehrungsstahl der Sorte B500SP oder BSt500S (gerippter Stahl). 3
ABMESSUNGEN EINES BEONBLOCKS EINES FIXPUNKS ARMIERUNG EINES BEONBLOCKS L1 5 "n" szt. NR 1 4 5 a a a 10 10 NR L3 a a 4 5 b b a 5 NR 1 L NR L4 Maße der Armierung in [cm] 33
Durchmesser Stahlrohr Dz/g Außen MAXIMALE ABMESSUNGEN DER BEONBLÖCKE DER FIXPUNKE Dzp Vom Betonblock max. übertragene Kraft [NPS] für Lmax für nahtl. Rohre =5 C H=1,0m Abmessungen d. Blocks d. Fixpunkts A B H Nr. Stab abelle 15 Armierung d. Betonblocks d. Fixpunkts Mantelrohr Durchmesser Zahl n L1 L L3 L4 mm/mm mm dn cm cm cm mm Stk. cm cm cm cm x6,9/,6 15 1 8 4 100 0 7067 110 50 30 6 5 4 x33,7/,6 140 1 8 4 110 0 9134 10 60 30 6 6 5 x4,4/,6 160 1 8 4 10 0 11775 130 70 30 6 5 6 x48,3/,6 160 1 8 4 140 0 13633 150 70 30 6 5 6 x60,3/,9 00 1 10 5 170 30 18987 180 80 40 6 6 7 3 x76,1/,9 5 1 10 6 170 30 4550 180 100 40 6 7 9 3 x88,9/3, 50 1 10 8 190 40 340 00 10 50 6 7 11 4 x114,3/3,6 315 1 10 10 40 60 46959 50 140 70 6 8 13 6 x139,7/3,6 400 1 1 10 310 90 58678 30 140 100 8 11 13 9 x168,3/4 450 1 1 1 390 90 80078 400 150 100 8 15 14 9 x19,1/4,5 560 1 1 1 670 110 144784 680 170 10 8 15 16 11 HINWEIS: Die Abmessungen der Fundamente sollten nach Bedarf unter Berücksichtigung des tatsächlichen Werts der Normalkräfte in den Rohleitungen und durch Prüfung der Grenzwerte der ragkraft des Bodens sowie der Stabilität des Fundamentuntergrunds nach PN-81/B-0300 festgelegt werden. 34
9 Rohrleitungsabzweigung, Gebäudeeingang und Y - förmige Übergangsstücke. Die Abzweigungen in einem Doppelrohrsystem ZPU Międzyrzecz Sp. z o. o. sollten mittels flacher oder ansteigender -Stücke ausgeführt werden. Auf die Hauptleitung wird sich die Dehnungen der Hauptrohrleitung L 1 (wie auf der folgenden Zeichnung dargestellt) auswirken, während sich die auf die Hauptleitung wirkende Wärmedehnung L ferner auch auf die Abzweigung (Nebenleitung) auswirken wird. Auf der Abzweigung ist eine Kompensationszone [L 1'] für die Dehnung der Hauptrohrleitung [ L 1] vorzusehen, welche sich wie für das Kompensationssystem L90 mittels der Formel nach Pkt. 6.1.4. errechnet. Zur Berechnung des Kompensationsarms [L 1'] müssen die Dehnung der Hauptrohrleitung [ L 1] und der Durchmesser der Abzweigung in die Formel einbezogen werden für ein Kompensationssystem L90 (Knie 90 ). Während auf der Hauptleitung eine Kompensationszone [L '] entsteht, welche sich ebenfalls aus der Formel nach Pkt. 6.1.4. unter Einbeziehung der Dehnung der Nebenleitung [ L ] und des Durchmessers der Hauptrohrleitung errechnet. L'1 L1 L' L1 L L Im Fall von -Stücken können die Folgen der Wärmedehnung der Abzweigung für die Hauptrohrleitung folgendermaßen ausgeglichen werden: o Durch Einbau eines -Stücks in die Abzweigung in einem Abstand von max. 9.0 m von der Achse der Hauptrohrleitung: 35
L max 9.0 m o Durch Verwendung einer "Z" - förmigen Kompensation im Abstand von max. 4.0 m: L max 4.0 m C Wenn die Abzweigung eine Verlängerung des Hauptrohrs bildet, ist ein halbes "U" förmiges Kompensationssystem vorzusehen. In Kompensationszonen dürfen weder vorisolierte Absperr-, Entlüftungs- und Entleerungsarmaturen noch vorisolierte Abzweigungen montiert werden. 36
Die an den Verbindungen von Doppelrohren mit Einzelrohrleitungen verwendeten Y - Übergangsstücke sollten vom Kompensationsknie in Doppelrohrleitungen in nicht weniger als 0,5xLmax angeordnet, und in einem Abstand von nicht weniger als 1m vom Kompensationsknie in Einzelrohrleitungen angeordnet werden. 10 Verbindung von Doppelrohren mit einer herkömmlichen Rohrleitung (Kanalnetz) Die Folgen der Dehnung einer vorisolierten Rohrleitung werden durch den Einbau eines Fixpunktes oder eines "Z"-förmigen Systems in einem Abstand von max. 9.0 m von der Achse einer herkömmlichen Rohrleitung oder Verbindung nivelliert. a) b) max 9.0 m max 9.0 m max 9.0 m max 9.0 m C C 37
11 Stahlarmaturen Achten Sie bei der Planung von Stahlarmaturen - Absperrarmaturen, Absperrarmaturen mit Entlüftungs-/Entwässerungsventil, Absperrventile mit Entlüftungs-/Entwässerungsventil auf Folgendes: - Armaturen nicht in (L-,Z-,U-förmigen) Kompensationsbereichen anordnen, - Zugang zum Schaft eines Absperrventil durch einen Straßenkasten und Mantelrohr oder durch einen Schacht aus Betonringen mit min. 600 mm Durmesser sicherstellen, - Einen im Boden abgeordneten Schaft eines Absperrventils durch Kompensationsmatten mit den Maßen 1000x50x40mm schützen, - Absperrventile mit Entlüftungs- und Entwässerungsventil in Schächten aus Betonringen mit mindestens 1000 mm Durchmesser oder in Betonkammern anordnen. Absperrarmaturen aus Stahl werden für die rennung des Mediendurchflusses in einzelnen Abschnitten und Einrichtungen von Fernwärmenetzen verwendet. Entwässerungsventile sind an den niedrigsten Stellen, Entlüftungsventile an den höchsten Stellen eines Fernwärmenetzes, bzw. bei Absperrventilen jeweils entsprechend zum Ablassen von Wasser und zum Be- und Entlüften vorgesehen werden. 1 echnische Informationen Sonstige Kataloge und Anleitungen zum : 1. Katalog Produktkatalog Vorisolierte Rohre. Anleitung Detektion von Leckagen in Rohrleitungen. Anschluss von Signal - Impulsanlagen (Anlagenbeschreibung, Montage- und Bedienungsregeln) 3. Anleitung Ausführung und Abnahme 4. Anleitung Isolierung und Verkapselung von Rohrverbindungen 5. Anleitung Schweißen von Stahlrohren [IS/01/06] 6. Anleitung Kontrolle der Qualität der Schweißverbindung von Stahlrohren [IK/01/06] 7. Anleitung Schweißlöt-echnologie für verzinkte Rohre 8. Anleitung 9. Anleitung 10. Anleitung Elektroschweißmuffe DX Elektrisch geschweißte hermo-schrumpfmuffe yp D Radial vernetzte Muffe yp NX 38
13 Kaufmännische Informationen Hersteller und Verkäufer: Zakład Produkcyjno Usługowy Międzyrzecz POLSKIE RURY PREIZOLOWANE Sp. z o. o., Ul. Zakaszewskiego 4 66-300 Międzyrzecz elefonnummern: Fax. +48 95 74 33 01, 74 33 0 Sekretariat: +48 95 741 5 6, 74 00 93, 74 33 00 Vertriebsbüro: +48 95 74 33 43, 74 33 31 Einkauf: +48 95 74 33 46, 74 33 56 E-Mail: zpu@zpum.pl http://www.zpum.pl 39