Berechnung einer Einrohrheizung: Was bei der Berechnung zu beachten ist + praktisches Beispiel

Die Einrohrheizungsanlage ist eine der Lösungen für die Rohrverlegung innerhalb von Gebäuden mit Anschluss von Heizgeräten. Diese Anordnung erscheint als die einfachste und effizienteste. Der Bau eines Heizungszweigs nach der Variante „Einrohr“ ist für Hausbesitzer günstiger als andere Methoden.

Um die Funktionsfähigkeit der Anordnung zu gewährleisten, ist eine vorherige Berechnung der Einrohrheizungsanlage erforderlich – dies ermöglicht, die gewünschte Temperatur im Haus aufrechtzuerhalten und Druckverluste im Netz zu vermeiden. Mit dieser Aufgabe kann man durchaus selbstständig umgehen. Zweifeln Sie an Ihren Fähigkeiten?

Wir erklären Ihnen, welche Besonderheiten der Aufbau einer Einrohranlage hat, führen Beispiele funktionierender Schemata auf und erläutern, welche Berechnungen unbedingt in der Planungsphase des Heizkreislaufs durchzuführen sind.

Aufbau der Einrohrheizungsanlage

Die hydraulische Stabilität des Systems wird traditionell durch optimale Auswahl der Nennweite der Rohrleitungen (DN) gewährleistet. Ein stabiles Schema lässt sich recht einfach durch die Auswahl der Durchmesser realisieren, ohne vorherige Einstellung von Heizungsanlagen mit Thermostaten.

Gerade solche Heizsysteme betreffen direkt die Einrohr-Schaltung mit vertikaler/horizontaler Montage der Heizkörper und bei vollständigem Fehlen von Absperr- und Regelarmaturen an den Steigleitungen (Abzweigungen zu den Geräten).

Anschauliches Beispiel für die Installation eines Heizkörpers in einem nach dem Prinzip der Einrohrzirkulation organisierten Schema. In diesem Fall werden Metall-Kunststoff-Rohrleitungen mit Metallfittingen verwendet.

Durch die Methode der Änderung der Rohrdurchmesser in der Einrohr-Ringleitung-Heizungsanlage können die auftretenden Druckverluste recht genau ausgeglichen werden. Die Steuerung der Wärmeträgerströme in jedem einzelnen Heizgerät wird durch die Installation eines Thermostatreglers gewährleistet.

Üblicherweise werden im Rahmen des Konstruktionsprozesses einer Heizungsanlage nach dem Einrohrschema in der ersten Stufe die Heizkörperanschlusseinheiten aufgebaut. In der zweiten Stufe erfolgt die Abstimmung der Umwälzkreise.

Klassische Schemalösung, bei der für den Durchfluss des Wärmeträgers und die Verteilung des Wassers an die Heizkörper ein einziges Rohr verwendet wird. Dieses Schema gehört zu den einfachsten Varianten (+)

Die Konstruktion des Anschlussknotens eines einzelnen Geräts erfordert die Bestimmung der Druckverluste am Knoten. Die Berechnung erfolgt unter Berücksichtigung der gleichmäßigen Verteilung des Wärmeträgerstroms durch den Thermostat in Bezug auf die Anschlusspunkte in diesem Schaltungsabschnitt.

Im Rahmen desselben Vorgangs werden der Durchflusskoeffizient berechnet und der Parameterbereich der Strömungsverteilung im Abschlussabschnitt bestimmt. Auf Basis des berechneten Bereichs der Abzweige wird dann der Zirkulationsring aufgebaut.

Abstimmung der Zirkulationskreise

Um eine qualitativ hochwertige Abstimmung der Zirkulationsringe einer Einrohrheizungsanlage durchzuführen, wird zunächst eine Berechnung der möglichen Druckverluste (ΔPo) durchgeführt. Dabei werden die Druckverluste am Regulierventil (ΔPk) nicht berücksichtigt.

Anschließend wird anhand des Werts des Wärmeträgerdurchflusses im Endabschnitt des Zirkulationsrings und des Werts von ΔPk (Diagramm in der technischen Dokumentation des Geräts) der Einstellwert des Regulierventils bestimmt.

Dieser Wert kann auch mit der folgenden Formel bestimmt werden:

Kv=0,316G / √ΔPk,

wobei:

• Kv – Einstellwert;
• G – Wärmeträgerdurchfluss;
• ΔPk – Druckverlust am Regulierventil.

Entsprechende Berechnungen werden für jedes einzelne Regulierventil der Einrohrheizungsanlage durchgeführt.

Allerdings wird der Bereich der Druckverluste an jedem RV mit der folgenden Formel berechnet:

ΔPko=ΔPo + ΔPk – ΔPn,

wobei:

• ΔPo – mögliche Druckverluste;
• ΔPk – Druckverlust am RV;
• ΔPn – Druckverlust im Abschnitt n des Zirkulationsrings (ohne Berücksichtigung der Verluste im RV).

Falls durch die Berechnungen die erforderlichen Werte für das gesamte Einrohrheizungssystem nicht erreicht werden, wird empfohlen, eine Variante des Einrohrsystems mit automatischen Durchflussreglern zu verwenden.

Automatischer Durchflussregler, der in der Rücklaufleitung des Wärmeträgers installiert ist. Das Gerät regelt den gesamten Wärmeträgerdurchfluss für das gesamte Einrohrsystem.

Derartige Geräte, wie automatische Regler, werden an den Endabschnitten des Systems (Verbindungspunkte an Steigleitungen, Abzweigleitungen) an den Anschlusspunkten zur Rücklaufleitung montiert.

Wenn die Konfiguration des automatischen Reglers technisch geändert wird (Ablasshahn und Stopfen vertauscht werden), ist die Installation der Geräte auch in den Vorlaufleitungen des Wärmeträgers möglich.

Mithilfe der automatischen Durchflussregler erfolgt die Abstimmung der Zirkulationsringe. Dabei werden die Druckverluste ΔPc an den Endabschnitten (Steigleitungen, Geräteabzweige) ermittelt.

Die restlichen Druckverluste innerhalb des Zirkulationsrings werden auf die gemeinsamen Rohrleitungsabschnitte (ΔPmr) und den gemeinsamen Durchflussregler (ΔPr) verteilt.

Der Wert der temporären Einstellung des gemeinsamen Reglers wird anhand der in der technischen Dokumentation dargestellten Diagramme unter Berücksichtigung von ΔPmr der Endabschnitte ausgewählt.

Die Druckverluste an den Endabschnitten werden mit der folgenden Formel berechnet:

ΔPc=ΔPpp – ΔPmr – ΔPr,

wobei:

• ∆Rr – berechneter Wert;
• ∆Rpp – vorgegebener Druckunterschied;
• ∆Rmr – Verluste von Rrab an Rohrleitungsabschnitten;
• ∆Rr – Verluste von Rrab am gemeinsamen RV.

Die Einstellung des automatischen Reglers des Hauptumlaufrings (sofern anfangs kein Differenzdruck vorgegeben ist) erfolgt unter Berücksichtigung der Wahl des minimal möglichen Wertes aus dem in der technischen Dokumentation des Geräts angegebenen Einstellbereich.

Die Qualität der Steuerung der Ströme durch die Automatik des Gesamtreglers wird anhand der Differenz der Druckverluste an jedem einzelnen Regler der Steigleitung oder der Instrumentenabzweigung überwacht.

Anwendung und wirtschaftliche Begründung

Das Fehlen von Anforderungen an die Temperatur des abgekühlten Wärmeträgers ist der Ausgangspunkt für die Planung von Einrohrheizungssystemen mit Thermostatventilen, bei denen die Thermostatventile (TR) an den Vorlaufleitungen der Heizkörper installiert werden. Dabei ist die Ausstattung der Wärmezentrale mit automatischer Regelung zwingend erforderlich.

Temperaturregler, der an der Vorlaufleitung zum Heizkörper installiert ist. Für die Montage wurden Metallfittings verwendet, die sich für die Arbeit mit Polypropylenrohren eignen.

Schaltungslösungen, bei denen an den Zuleitungen der Heizkörper keine Temperaturregelgeräte vorhanden sind, werden ebenfalls in der Praxis verwendet. Die Anwendung solcher Schaltungen ist jedoch durch etwas andere Prioritäten bei der Gewährleistung des Raumklimas bedingt.

Üblicherweise werden Einrohrsysteme ohne automatische Regelung für Gebäudegruppen eingesetzt, die unter Berücksichtigung der Kompensation von Wärmeverlusten (50 % oder mehr) durch zusätzliche Vorrichtungen wie Zuluft, Klimatisierung und elektrische Heizung geplant wurden.

Auch die Verwendung von Einrohrsystemen kommt in Projekten vor, bei denen die Normen eine Temperatur des Wärmeträgers zulassen, die den Grenzwert des Arbeitsbereichs des Thermostatreglers überschreitet.

Projekte von Mehrfamilienhäusern, bei denen der Betrieb der Heizungsanlage mit der Erfassung der verbrauchten Wärme über Zähler verbunden ist, werden in der Regel nach dem perimetralen Einrohrsystem aufgebaut.

Das Einrohr-Umfangssystem ist gewissermaßen der 'Klassiker', der häufig im kommunalen und privaten Wohnungsbau eingesetzt wird. Es gilt als einfach und wirtschaftlich für verschiedene Bedingungen (+).

Die wirtschaftliche Begründung für die Umsetzung eines solchen Schemas liegt in der Anordnung der Hauptsteigleitungen an verschiedenen Punkten der Konstruktion.

Die Hauptkriterien der Berechnung sind die Kosten der beiden Hauptmaterialien: Heizungsrohre und Fittings.

Laut praktischen Beispielen der Umsetzung eines peripheren Einrohrsystems führt die Verdoppelung des DN-Durchgangsquerschnitts der Rohrleitungen zu einer Erhöhung der Anschaffungskosten für Rohre um das 2- bis 3-fache. Die Kosten für Fittings steigen je nachdem, aus welchem Material die Fittings gefertigt sind, auf das bis zu 10-fache.

Berechnungsgrundlage für die Montage

Die Montage der Einrohr-Schaltung unterscheidet sich hinsichtlich der Anordnung der Arbeitselemente praktisch nicht von der Konstruktion der gleichen Zweirohr-Systeme. Die Hauptsteigleitungen werden in der Regel außerhalb der Wohnräume platziert.

Gemäß den SNiP-Vorschriften wird empfohlen, die Steigleitungen in speziellen Schächten oder Kanälen zu verlegen. Die Wohnungsstränge werden traditionell entlang der Umfangswände geführt.

Beispiel für die Verlegung von Heizungsrohren in speziell geschlagenen Mauernuten. Diese Variante wird im modernen Bau häufig verwendet.

Die Rohrverlegung erfolgt in einer Höhe von 70–100 mm über der Oberkante der Fußbodenleiste. Oder die Montage erfolgt unter einer dekorativen Fußbodenleiste mit einer Höhe von 100 mm oder mehr und einer Breite von bis zu 40 mm. Die moderne Industrie stellt spezielle Abdeckungen für die Installation von Sanitär- oder Elektroleitungen her.

Die Rohrverbindung der Heizkörper erfolgt nach dem Schema „von oben nach unten“ mit Rohrzuführung auf einer oder beiden Seiten. Die Anordnung der Thermostatregler „auf einer bestimmten Seite“ ist nicht kritisch, aber wenn die Montage des Heizgeräts in der Nähe einer Balkontür erfolgt, wird die Installation des Thermostatreglers unbedingt auf der von der Tür abgewandten Seite durchgeführt.

Die Verlegung von Rohren hinter der Fußbodenleiste ist aus dekorativer Sicht vorteilhaft, bringt jedoch Nachteile mit sich, wenn es um Bereiche mit Innentüren geht.

Rohre, die unter einer dekorativen Fußbodenleiste verlegt sind. Man kann sagen, eine klassische Lösung für Einrohrsysteme, die in Neubauten verschiedener Klassen eingesetzt werden.

Die Verbindung von Heizkörpern mit Einrohr-Steigleitungen erfolgt nach Schemata, die eine geringe lineare Rohrausdehnung zulassen, oder nach Schemata mit Kompensation der Rohrausdehnung infolge von Temperaturschwankungen.

Die dritte Variante der schematischen Lösungen, bei der ein Dreiwegeregler zum Einsatz kommt, wird aus Kostengründen nicht empfohlen.

Wenn die Systemkonstruktion die Verlegung von in Wandschlitzen verdeckten Steigleitungen vorsieht, wird empfohlen, als Anschlussarmaturen Winkelthermostatventile vom Typ RTD-G und Absperrventile ähnlich den Geräten der Serie RLV zu verwenden.

Anschlussvarianten: 1,2 – für Systeme, die eine lineare Rohrausdehnung zulassen; 3,4 – für Systeme, die für die Nutzung zusätzlicher Wärmequellen ausgelegt sind; 5,6 – Lösungen mit Dreiwegeventilen gelten als unvorteilhaft (+)

Der Durchmesser der Rohrabzweigung zu den Heizkörpern wird nach der Formel berechnet:

D >= 0.7√V,

wobei:

• 0,7 – Koeffizient;
• V – Innenvolumen des Heizkörpers.

Die Abzweigung erfolgt mit einem gewissen Gefälle (mindestens 5%) in Richtung des freien Austritts des Wärmeträgers.

Auswahl des Hauptumwälzkreises

Wenn die Planungslösung die Einrichtung einer Heizungsanlage auf der Grundlage mehrerer Umlaufkreise vorsieht, ist die Auswahl des Hauptumlaufkreises erforderlich. Die Auswahl sollte theoretisch (und praktisch) nach dem maximalen Wärmeübergangswert des am weitesten entfernten Heizkörpers erfolgen.

Dieser Parameter beeinflusst in gewissem Maße die Bewertung der hydraulischen Gesamtbelastung, die auf den Umlaufkreis entfällt.

Umlaufkreis in Form eines Strukturdiagramms. Für verschiedene Planungsvarianten können mehrere solcher Kreise vorhanden sein. Dabei ist nur ein Kreis der Hauptkreis (+).

Die Wärmeübertragung des entfernten Geräts wird mit der folgenden Formel berechnet:

Atp = Qv / Qop + ΣQop,

wobei:

• Atp – berechnete Wärmeübertragung des entfernten Geräts;
• Qv – erforderliche Wärmeübertragung des entfernten Geräts;
• Qop – Wärmeübertragung von Heizkörpern in den Raum;
• ΣQop – Summe der erforderlichen Wärmeübertragung aller Geräte der Anlage.

Dabei kann der Parameter der Summe der erforderlichen Wärmeübertragung aus der Summe der Werte der Geräte bestehen, die dazu dienen, das gesamte Gebäude oder nur einen Teil des Gebäudes zu versorgen. Zum Beispiel bei der getrennten Berechnung der Wärme für Räume, die von einem einzelnen Steigstrang abgedeckt werden, oder für einzelne Bereiche, die von einer Gerätezweigleitung versorgt werden.

Und generell wird die berechnete Wärmeübertragung jedes anderen in der Anlage installierten Heizkörpers mit einer etwas anderen Formel berechnet:

Atp = Qop / Qpom,

wobei:

• Qop – erforderliche Wärmeübertragung für einen einzelnen Heizkörper;
• Qpom – Wärmebedarf für einen bestimmten Raum, in dem das Einrohrsystem verwendet wird.

Am einfachsten lässt sich die Berechnung und Anwendung der erhaltenen Werte anhand eines konkreten Beispiels verstehen.

Praktisches Berechnungsbeispiel

Für ein Wohnhaus ist ein Einrohrsystem mit Regelung über einen Thermostatregler erforderlich.

Der Wert des Nenndurchflusskoeffizienten des Geräts an der oberen Einstellungsgrenze beträgt 0,6 m³/h/bar (k1). Die maximal mögliche Durchflusskennlinie für diesen Einstellwert beträgt 0,9 m³/h/bar (k2).

Der maximal mögliche Druckabfall des TR (bei einem Geräuschpegel von 30 dB) beträgt nicht mehr als 27 kPa (ΔP1). Die Förderhöhe der Pumpe beträgt 25 kPa (ΔP2). Der Betriebsdruck für die Heizungsanlage beträgt 20 kPa (ΔP).

Der Bereich der Druckverluste für den TR (ΔP1) muss bestimmt werden.

Der Wert der internen Wärmeübertragung wird wie folgt berechnet: Atr = 1 – k1/k2 (1 – 0,6/0,9) = 0,56. Daraus wird der erforderliche Bereich der Druckverluste am TR berechnet: ΔP1 = ΔP * Atr (20 * 0,56…1) = 11,2…20 kPa.

Wenn selbstständige Berechnungen zu unerwarteten Ergebnissen führen, wenden Sie sich besser an Fachleute oder verwenden Sie zur Überprüfung einen Computerrechner.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Detaillierte Analyse der Berechnungen mit Hilfe eines Computerprogramms mit Erläuterungen zur Montage und Verbesserung der Funktionalität der Anlage:

Es ist zu beachten, dass eine umfassende Berechnung selbst der einfachsten Lösungen eine Vielzahl von zu berechnenden Parametern mit sich bringt. Natürlich ist es nur dann gerechtfertigt, ausnahmslos alles zu berechnen, wenn die Heizungsanlage nahezu ideal aufgebaut ist. In der Realität gibt es jedoch nichts Perfektes.

Daher verlässt man sich oft auf die Berechnungen an sich sowie auf praktische Beispiele und die Ergebnisse dieser Beispiele. Besonders beliebt ist dieser Ansatz beim privaten Hausbau.

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