Rohrdimensionierung für Wärmenetze im nPro-Tool

Rohrdimensionierung in nPro

Im nPro-Tool können die Rohrdurchmesser von Wärmenetzen bereits in der frühen Planungsphase abgeschätzt und dimensioniert werden. Das Vorgehen dazu ist wie folgt: In der nPro-Rohrdimensionierung (im Modul "Lastprofile und Wärmenetz") wird auf der linken Seite zunächst der Wärmenetz-Strang ausgewählt, der dimensioniert werden soll. Im nPro-Tool wird dazu angenommen, dass das Wärmenetz eine Strahlentopologie aufweist (eine Strahlentopologie weist keine Maschen auf). Es werden nun alle Gebäude ausgewählt, die über den zu dimensionierenden Strang versorgt werden. Dies soll anhand von Abbildung 1 veranschaulicht werden: In dem dargestellten Quartier werden 3 Gebäudegruppen über ein Wärmenetz mit einer Energiezentrale versorgt. Um den Strang I des Wärmenetzes zu dimensionieren, werden sämtliche Gebäude im Quartier ausgewählt, da über den Strang I alle Gebäude des Quartiers versorgt werden. Dieser Netzstrang hat folglich den größten Rohrdurchmesser im Wärmenetz. Zur Auslegung des Wärmenetzstrangs II wird nur das Gebäude A ausgewählt, da Strang II nur dieses eine Gebäude versorgt. Zur Dimensionierung von Strang III würden demenstprechend Gebäude B und C ausgewählt werden.

Abbildung 1: Beispielhaftes Quartier mit Wärmenetz in Strahlentopologie.

Wie wird der optimale Durchmesser berechnet?

In nPro sind Auslegungsempfehlungen von Rohrherstellern hinterlegt. Diese werden herangezogen, um für einen bestimmten Massenstrom den kostenoptimalen Durchmesser zu ermitteln. Eine eindeutige physikalisch begründbare Auslegungsentscheidung gibt es hierbei grundsätzlich nicht. Der diesen Auslegungsempfehlungen zu Grunde liegende Berechnungsansatz basiert im Allgemeinen auf Kostenannahmen für die Verlegung des Wärmenetzes, dem Materialpreis für die Rohre und weiteren techno-ökonomischen Kosteneinflüssen. nPro schlägt bei der Vordimensionierung einen Nenndurchmesser vor, der auf Basis der Herstellerempfehlungen ermittelt wird. Nichtsdestotrotz sollten weitere Nenndurchmesser in Betracht gezogen werden. Zu diesem Zweck kann in nPro eine detaillierte Analyse von mehreren Rohrdurchmessern erstellt werden. Hierbei werden Kennzahlen zur Pumparbeit und zu maximalen Druckgradienten berechnet und graphisch dargestellt.

Figure 2: Analyse des Druckgradienten in einem Wärmenetz-Strang mit nPro.

Wie wurde die Druckverlust- und Durchmesserberechnung validiert?

Die Berechnungsmethoden in nPro wurden mit unterschiedlichen hydraulischen Berechnungstools verglichen und validiert. Beispielhaft ist in den Tabellen 1 bis 3 ein quantitativer Vergleich der Druckverlustberechnung in nPro und Angaben vom Rohrhersteller ENERPIPE dargestellt. Die ENERPIPE-Angaben beruhen auf einem Unternehmensprospekt mit Angaben zu einem CaldoPEX-Rohr bei 80 °C Vorlauf- und 60 °C Rücklauftemperatur (Prospekt: "ENERPIPE - Nahwärmetechnik die ankommt.", 01/2021, S. 34-35).

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