Druck in Anlagensystemen (allgemein)

Ausgabe 5/2004 Seite 12 f.

Ausbildung

Fachbericht (Beschreibung/Skizze) Nr.: 5 Woche: 20

Thema: Druck in Anlagensystemen (allgemein)

Für uns unmerklich wirkt der Luftdruck auf die Erdoberfläche. Dieser Druck beträgt ca. 1012 hP (Hektopascal) oder ca. 1 bar. Doch was sind 1 bar Druck eigentlich?

Würde auf einen Spielwürfel von 1 x 1 x 1 cm Kantenlänge ein Gewicht von 1 kg gestellt, so würde dessen Grundfläche von 1 cm² einem Druck von 1 kg bzw. "1 bar" ausgesetzt. Würde sich eine Person auf den Würfel stellen, so würde deren gesamtes Gewicht auf diesen einen Quadratzentimeter wirken. Auf die Oberfläche einer Hand (ca. 10 x 20 cm) lastet ein Luftdruck von 1 kg/cm², also auf die gesamte Handfläche ca. 200 kg. Dass die Hand nicht erdrückt wird liegt daran, dass der Druck sich in jede Richtung gleichmäßig ausbreitet und so auch unter der Hand wirksam wird. So müssen die Muskeln tatsächlich nur das eigene Gewicht des Armes und der Hand bewegen.

In technischen Anlagen wird der Überdruck bzw. Unterdruck gemessen. Dieser Druck ist jedoch der Druck, der über oder unter dem Luftdruck liegt und wird Relativdruck genannt. Bei Berechnungen muss meist mit dem tatsächlichen Druck inklusive des atmosphärischen Drucks gerechnet werden, dieser wird als Absolutdruck bezeichnet.

Der Absolutdruck und Relativdruck sind jedoch nicht die einzigen Begriffe, die ein im Bereich der Sanitär- und Heizungstechnik oder Kälte- und Klimatechnik Tätiger kennen muss: Statischer und Dynamischer Druck, Ruhe- und Fließdruck, Betriebsdruck, Füll- und Anlagendruck, Druckverlust und weitere Arten muss der Fachmann unterscheiden.

Messgeräte zur Ermittlung von Drücken

Die Auswahl der Messeinrichtung hängt von dem Medium (Gas, Flüssigkeiten), der Druckart (statischer und dynamischer Druck), dem zu erwartenden Druck (Über-, Unterdruck) sowie dessen Stärke ab. Der Luftdruck wird z.B. mittels Quecksilber- oder Druckmessdosen-Barometern ermittelt, die sehr genau auf die geringsten Veränderungen reagieren. Die Werte werden in Pascal gemessen. Drücke in Leitungen werden in bar oder Millibar gemessen, Druckverluste in Pascal oder Millibar. Für die Ermittlung der verschiedenen Druckarten werden eingesetzt: Analoge und digitale Messgeräte als U-Rohrmanometer, Druckmessdosen, Staurohre und andere Geräte.

Statischer Druck (Ruhedruck)

Wird ein Wasserschlauch von 10 m Länge gefüllt und an einem Ende mit einem Manometer verschlossen, so zeigt dieser bei dem am Boden liegenden Schlauch einen Druck von 0 bar an. Hebt man das unverschlossene Ende 1 m an, so würde das Manometer plötzlich 0,1 bar anzeigen. Mit jedem Höhenmeter würde der Druck um 0,1 bar ansteigen. Hat der Schlauch die Höhe von 10 Metern erreicht, würde das Manometer 1 bar anzeigen. Der Ruhedruck ist der statische Überdruck einer ruhenden Flüssigkeit, der sich aus der Dichte des Mediums und der Höhendifferenz ergibt.

Beispiel Trinkwasseranlage

Steht nach dem Druckminderer im Keller ein Druck von 4 bar an, so verringert dieser sich je Höhenmeter um 0,1 bar. Alle Zapfstellen in gleicher Höhenlage haben den gleichen Ruhedruck. Im 4. Stockwerk bei ca. 10 Höhenmetern beträgt der Ruhedruck nur noch 3 bar.

Fließdruck

Als Fließdruck bezeichnet man den Überdruck eines fließenden Mediums. Würde in unserem Beispiel im 3. Stockwerk Wasser gezapft, würde sich der anstehende Druck zunächst in Abhängigkeit der Auslaufmenge verringern. Würde soviel Wasser ausströmen, wie durch das Leitungssystem nachströmen kann, wäre der Druck an der Auslaufstelle 0 bar. Der Fließdruck ist an den einzelnen Messstellen von Anlagenpunkt zu Anlagenpunkt unterschiedlich und die Einzelwiderstände addieren sich zu einem Gesamtwiderstand auf. Zur Sicherheit der Funktion von Armaturen und Geräten sind Mindestfließdrücke einzuhalten (Tabelle).

Mindestfließdrücke (Beispiele)	bar
Auslaufventil mit Luftsprudler	1,0
Mischbatterie	1,0
Druckspüler je nach NW	0,4-1,2
Spülkasten	0,5
Brausekopf	1,0
Waschmaschine	1,0

Druckverluste

Der Fließdruck hängt nur bedingt vom anstehenden Ruhedruck ab. Die Druckverluste der Leitungen, Armaturen, Abzweigungen sowie der "Nachschub" ergeben diesen. Der Druckverlust einer Anlage ergibt sich somit aus den Betriebsbedingungen und den einzelnen Widerständen, die sich zu einem Gesamtwiderstand addieren. Selbst die Rohrleitungen bzw. deren Rohrwandungen verursachen einen Druckverlust. Der Druckverlust ist jedoch kein konstanter Faktor, sondern ist von der Fließgeschwindigkeit abhängig.

Im ruhenden Zustand ist kein Druckverlust vorhanden. Mit zunehmender Fließgeschwindigkeit erhöht er sich derart, dass bei Verdoppelung der Fließgeschwindigkeit sich der Druckverlust vervierfacht.

Beispiel

Bei 2 m/s Fließgeschwindigkeit wird ein Druckverlust von 1,2 mbar/m gemessen. Bei Erhöhung der Geschwindigkeit auf 4 m/s würde dann bereits ein Druckverlust von 4,8 mbar/m auftreten.

In Heizungsanlagen werden weitere Druckarten angegeben.

Fülldruck

Wird eine Heizungsanlage befüllt, so muss der Druck so hoch sein, dass auch der höchste Anlagenabschnitt mit Wasser befüllt ist und sich ein ausreichender Überdruck (z.B. 0,5 bar über der statischen Höhe) einstellt, der die einwandfreie Funktion der Anlage gewährleistet.

Anlagendruck

Die Drücke in einer Heizungsanlage sind nie konstant. Zum einen hängen sie von der Anlagentemperatur, zum anderen vom Betriebszustand insgesamt und der Pumpeneinstellung ab.

Betriebsdruck

Wird die Pumpe eingeschaltet und das Heizungswasser erwärmt, dehnt sich das Heizungswasser aus und es kommt zu einem Druckanstieg in der geschlossenen Anlage. Hat die gesamte Anlage die maximale Temperatur erreicht, so wäre der höchst mögliche Betriebsdruck erreicht. In der Praxis wird dies jedoch nur selten der Fall sein, da immer einige Heizkörper oder Heizflächen nicht gebraucht werden.

Beim Einschalten der Pumpe in einer Heizungsanlage stellt sich der momentane Betriebsdruck ein. Im Vergleich dazu stellt sich bei einer Trinkwasseranlage ein momentaner Betriebsdruck ein wenn eine Zapfstelle geöffnet wird.

Vordruck

Unter Vordruck wird der Druck des Luftpolsters in einem Membrandruckausdehnungsgefäß (MAG) bezeichnet. Der Vordruck sollte ca. 0,2 bis 0,3 bar über der statischen Höhe liegen. Wird die Anlage gefüllt, wird bei Überschreiten des Vordruckes eine Wasservorlage in das MAG gedrückt und das Luftpolster zusammengepresst. Im Betriebszustand wird beim Erwärmen weiteres Wasser in das MAG gedrückt und beim Erkalten in die Anlage zurückgepresst.

Unterdruck

Wird zum Beispiel in einem Raum durch einen Ventilator Luft abgesaugt, so entsteht dort ein Unterdruck. Durch Nachströmen von Luft aus anderen Räumen oder Fugen könnte er ausgeglichen werden.

Staudruck

Kann das in einen offenen Behälter, wie einen drucklosen Trinkwassererwärmer, einströmende Wasser nicht frei und ungehindert ausströmen, entsteht ein Staudruck. Der Staudruck darf einen für den Behälter festgelegten Druck nicht überschreiten, da dieser ansonsten platzen würde.

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