Inhalte des Arbeitsblatts
Übersicht aller Aufgaben und Lesetexte aus diesem Materialpaket.
Infoblatt / Fachtext
1. Einführung: Warum Rohrnetzberechnung?
Als Anlagenmechaniker/in für SHK planst und installierst du Rohrleitungssysteme für Heizung, Wasser und Klima. Damit am Ende überall genug Wasser mit dem richtigen Druck ankommt und die Heizung effizient läuft, musst du die Rohre richtig dimensionieren. Eine falsche Berechnung kann zu Problemen führen: zu wenig Druck an der Zapfstelle, störende Fließgeräusche oder eine ineffiziente Heizanlage. Die Rohrnetzberechnung gibt dir die Werkzeuge, um diese Systeme fachgerecht und sicher auszulegen.
2. Physikalische Grundlagen
Für die Berechnung sind drei Größen entscheidend: * Volumenstrom Q**: Gibt an, wie viel Volumen (z.B. Wasser) pro Zeit durch ein Rohr fließt. Die Einheit ist oft Kubikmeter pro Stunde (m³/h) oder Liter pro Sekunde (l/s). * Strömungsgeschwindigkeit v**: Gibt an, wie schnell das Medium im Rohr fließt. Die Einheit ist Meter pro Sekunde (m/s). Eine zu hohe Geschwindigkeit kann Geräusche und Erosion verursachen, eine zu niedrige zu Ablagerungen führen. * Druckverlust Δp**: Gibt an, wie viel Druck auf einer bestimmten Strecke durch Reibung an der Rohrwand und durch Einbauteile (Bögen, Ventile) verloren geht. Die Einheit ist Pascal (Pa) oder Bar (bar). Der Druckverlust muss von der Pumpe überwunden werden.
3. Wichtige Formeln
*3.1 Die Kontinuitätsgleichung** Diese Gleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen Volumenstrom, Rohrquerschnitt und Geschwindigkeit. Sie besagt: In einem Rohr ist der Volumenstrom an jeder Stelle gleich. Verengt sich das Rohr, muss das Wasser schneller fließen. **Formel:** Q = A * v | Symbol | Bedeutung | Einheit | |---|---|---| | Q | Volumenstrom | m³/s | | A | Rohrquerschnittsfläche | m² | | v | Strömungsgeschwindigkeit | m/s | Die Querschnittsfläche A eines runden Rohres berechnet sich mit dem Innendurchmesser d: **Formel:** A = π * (d/2)^2 *3.2 Berechnung des Gesamtdruckverlusts** Der Gesamtdruckverlust (Δp_ges) in einem Rohrabschnitt setzt sich aus zwei Teilen zusammen: dem Reibungsverlust in geraden Rohren und den Verlusten durch Einzelwiderstände. **Formel:** Δp_ges = Δp_R + Δp_Z = (R * L) + ΣZ | Symbol | Bedeutung | Einheit | |---|---|---| | Δp_ges | Gesamtdruckverlust | Pa | | R | Rohrreibungswiderstand | Pa/m | | L | Rohrlänge | m | | ΣZ | Summe der Einzelwiderstände | Pa | Der **Rohrreibungswiderstand R** ist ein Wert, der angibt, wie viel Druck pro Meter Rohr verloren geht. Er hängt vom Rohrmaterial, dem Durchmesser und der Strömungsgeschwindigkeit ab und wird oft aus Tabellen entnommen. *Einzelwiderstände Z** sind Druckverluste, die durch Formstücke wie Bögen, T-Stücke, Ventile oder Armaturen entstehen. Diese Werte werden ebenfalls aus Herstellerangaben oder Tabellen entnommen.
4. Das musst du wissen
* Der Volumenstrom Q ist das Produkt aus Fläche A und Geschwindigkeit v (Q = A * v). * Bei gleichem Volumenstrom führt ein kleinerer Rohrdurchmesser zu einer höheren Strömungsgeschwindigkeit. * Eine höhere Strömungsgeschwindigkeit führt zu einem höheren Druckverlust durch Reibung. * Der Gesamtdruckverlust ist die Summe aus dem Reibungsverlust (R * L) und den Verlusten durch alle Einzelteile (ΣZ). * Die Pumpe im System muss stark genug sein, um den Gesamtdruckverlust des kritischsten Stranges zu überwinden.
Aufgabenstellung (6 Aufgaben)
- Nenne die drei grundlegenden physikalischen Größen, die für die Rohrnetzberechnung entscheidend sind.
- Entscheide, ob die folgende Aussage wahr oder falsch ist: Ein längeres Rohr mit gleichem Durchmesser und gleichem Volumenstrom verursacht einen geringeren Druckverlust als ein kürzeres Rohr.
- Berechne die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers in der Leitung in m/s. Gib deinen Rechenweg an. Runde das Ergebnis auf zwei Nachkommastellen.
In einer Kupferleitung mit einem Innendurchmesser von 26 mm fließt Heizungswasser mit einem Volumenstrom von 0,5 m³/h.
- Ordne den Symbolen der Druckverlustberechnung die korrekte Bedeutung zu.
- Ermittle den Gesamtdruckverlust Δp_ges in diesem Heizungsstrang in Pascal (Pa) und Hektopascal (hPa). Zeige den vollständigen Rechenweg.
Ein Heizungsstrang aus Kupferrohr hat eine Gesamtlänge von 22 m. Der Rohrreibungswiderstand R beträgt 150 Pa/m. In dem Strang sind drei 90°-Bögen mit einem Einzelwiderstand von je Z = 45 Pa und ein Heizkörperventil mit Z = 255 Pa verbaut.
- Wähle die physikalisch korrekte Begründung für das Problem des Kunden aus.
Ein Kunde im 4. Stock eines Mehrfamilienhauses beschwert sich über zu geringen Wasserdruck an seiner Dusche. Die Zuleitung wurde mit einem sehr kleinen Rohrdurchmesser realisiert.
- Ein kleinerer Durchmesser erhöht die Strömungsgeschwindigkeit, was den Druckverlust stark ansteigen lässt.
- Ein kleinerer Durchmesser verringert die Strömungsgeschwindigkeit und damit den ankommenden Druck.
- Der Wasserdruck ist nur von der Förderhöhe der Pumpe abhängig, der Rohrdurchmesser hat keinen Einfluss.
- In kleineren Rohren kühlt das Wasser schneller ab, was den Druck reduziert.