Inhalte des Arbeitsblatts
Übersicht aller Aufgaben und Lesetexte aus diesem Materialpaket.
Infoblatt / Fachtext
1. Grundlagen der Rohrnetzberechnung in der Heizungstechnik
Eine korrekt dimensionierte Heizungsanlage ist entscheidend für Effizienz und Komfort. Die Rohrnetzberechnung stellt sicher, dass jeder Heizkörper im Gebäude mit der richtigen Menge an heißem Wasser versorgt wird. Fehler bei der Auslegung können zu Geräuschen in der Anlage, ungleichmäßiger Wärmeverteilung und einem erhöhten Energieverbrauch führen. Kern der Berechnung ist es, die Rohrdurchmesser so zu wählen, dass der notwendige Volumenstrom bei einer optimalen Strömungsgeschwindigkeit transportiert wird und der dabei entstehende Druckverlust von der Umwälzpumpe überwunden werden kann.
2. Wichtige Kenngrößen und Formeln
Für die Berechnung sind drei physikalische Größen von zentraler Bedeutung: * Der Volumenstrom Q** Er gibt an, wie viel Volumen (Wasser) pro Zeiteinheit durch das Rohr fließt. Die Einheit ist oft Liter pro Stunde (l/h) oder Kubikmeter pro Sekunde (m³/s). * Die Strömungsgeschwindigkeit v** Sie beschreibt die Geschwindigkeit des Wassers im Rohr in Metern pro Sekunde (m/s). In Heizungsanlagen von Wohngebäuden sollte sie zwischen 0,5 m/s und 1,0 m/s liegen. Ist sie zu hoch, entstehen Strömungsgeräusche und Materialabtrag (Erosion). Ist sie zu niedrig, können sich Luftblasen ansammeln und den Durchfluss blockieren. * Der Druckverlust Δp** Durch die Reibung des Wassers an der Rohrinnenwand geht Druck verloren. Dieser Druckverlust muss von der Heizungspumpe ausgeglichen werden. Er wird in Pascal (Pa) angegeben. *Zentrale Formeln:** * Querschnittsfläche A** eines Rohres mit Innendurchmesser d:** Formel: `A = (π * d²) / 4` * Zusammenhang von Volumenstrom, Geschwindigkeit und Querschnitt:** Formel: `Q = v * A` oder umgestellt `v = Q / A` * Druckverlust durch Rohrreibung Δp_R:** Formel: `Δp_R = R * L` Hierbei ist `R` der spezifische Rohrreibungswiderstand (in Pa/m) und `L` die Länge des Rohres (in m).
3. Tabellenwerte für Kupferrohr (nach EN 1057)
Die folgenden Werte sind für die Auswahl des richtigen Rohrdurchmessers wichtig: | Nennmaß (d_a x s) | Innendurchmesser (d_i) | Querschnittsfläche (A) | |---|---|---| | 15 x 1,0 mm | 13,0 mm | 132,7 mm² | | 18 x 1,0 mm | 16,0 mm | 201,1 mm² | | 22 x 1,0 mm | 20,0 mm | 314,2 mm² | | 28 x 1,5 mm | 25,0 mm | 490,9 mm² | * `d_a`: Außendurchmesser * `s`: Wandstärke * `d_i`: Innendurchmesser * `A`: Innere Querschnittsfläche
4. Das musst du wissen
* Die richtige Rohrdimensionierung ist entscheidend für eine leise und effiziente Heizungsanlage. * Die Strömungsgeschwindigkeit `v` sollte in Wohngebäuden zwischen 0,5 m/s und 1,0 m/s liegen. * Der Volumenstrom `Q` hängt direkt von der Heizlast des zu versorgenden Raumes ab. * Der Druckverlust `Δp` setzt sich aus der Rohrreibung (`R*L`) und den Widerständen von Formteilen (z.B. Bögen, Ventile) zusammen. * Die Umwälzpumpe muss stark genug sein, um den Gesamtdruckverlust des Rohrnetzes zu überwinden.
Aufgabenstellung (7 Aufgaben)
- Entscheide, ob folgende Aussage richtig oder falsch ist: Eine Verdopplung des Rohrinnendurchmessers führt zu einer Verdopplung der Querschnittsfläche.
- Die kreisrunde Öffnung eines Lüftungsgitters hat einen Radius von r = 9 cm. Berechne die Querschnittsfläche A in cm².
- Ordne den folgenden Fachbegriffen die jeweils korrekte Beschreibung zu.
- Volumenstrom (Q)
- Strömungsgeschwindigkeit (v)
- Druckverlust (Δp)
- Berechne die Strömungsgeschwindigkeit v des Heizungswassers in m/s.
Durch ein Kupferrohr der Dimension 22 x 1,0 mm (Innendurchmesser d_i = 20 mm) fließt ein Volumenstrom von Q = 800 l/h. Hinweis: 1 m³/s = 3.600.000 l/h.
- Berechne den Druckverlust Δp_R durch Rohrreibung in dieser Leitung. Gib das Ergebnis in Pascal (Pa) und Hektopascal (hPa) an.
Eine 18 m lange Anbindeleitung eines Heizkörpers besteht aus Kupferrohr der Dimension 15 x 1,0 mm. Aufgrund des Volumenstroms und der Wassertemperatur wurde ein spezifischer Rohrreibungswiderstand von R = 150 Pa/m ermittelt.
- Welches der folgenden Kupferrohre ist die fachlich korrekte Wahl, um die Anforderung an die Strömungsgeschwindigkeit zu erfüllen? Begründe deine Wahl durch eine Kontrollrechnung.
Für einen Heizkreis mit einem errechneten Volumenstrom von Q = 0,286 m³/h soll die Strömungsgeschwindigkeit im empfohlenen Bereich von 0,5 m/s bis 0,8 m/s liegen. Die notwendigen Rohrdaten findest du im Infoblatt.
- Kupferrohr 15 x 1,0 mm (d_i = 13 mm)
- Kupferrohr 18 x 1,0 mm (d_i = 16 mm)
- Kupferrohr 22 x 1,0 mm (d_i = 20 mm)
- Alle Rohre sind ungeeignet, da die Geschwindigkeit außerhalb des Bereichs liegt.
- Berechne den Gesamtdruckverlust Δp_ges für dieses Teilstück. Der Gesamtdruckverlust setzt sich aus dem Reibungsverlust (Δp_R) und dem Verlust durch die Einzelwiderstände (Δp_Z) zusammen. Formel: Δp_Z = ΣZ * (ρ/2) * v²
Ein Teilstück einer Heizungsanlage besteht aus einer 12 m langen Rohrleitung aus Kupferrohr 28 x 1,5 mm (d_i = 25 mm). In diesem Abschnitt sind zwei 90°-Bögen (Zeta-Wert Z = 1,1 pro Bogen) und ein offenes Absperrventil (Z = 0,5) verbaut. Der spezifische Rohrreibungswiderstand beträgt R = 200 Pa/m. Die Strömungsgeschwindigkeit v ist 0,9 m/s, die Dichte des Wassers ρ beträgt ca. 998 kg/m³.