Druckberechnung im Netz

Überblick

VICUS Districts rechnet Netzdrücke durchgängig als Überdruck — als Druck über dem Atmosphärendruck, so wie ein Manometer ihn anzeigt und wie eine Technische Anschlussbedingung ihn angibt. Damit sind die berechneten Knotendrücke unmittelbar mit der Nenndruckstufe der Rohre, mit dem MOP und mit den Vorgaben eines Netzbetreibers vergleichbar; es ist keine Umrechnung nötig.

Der Absolutdruck spielt an genau einer Stelle eine Rolle: beim Nachweis, dass das Fluid nicht verdampft. Der Sättigungsdruck von Wasser ist ein Absolutdruck, deshalb muss der Atmosphärendruck dort eingerechnet werden. Überall sonst kommt er im Rechenmodell nicht vor.

Diese Seite beschreibt, welcher Druck berechnet wird und welche Parameter ihn bestimmen. Wie die Ergebnisse dargestellt und geprüft werden, beschreiben Ergebnisse der stationären Berechnung und Netzbericht. Die fachliche Herleitung der Grenzwerte behandelt Betriebsdrücke in Wärmenetzen einhalten.

Das Druckniveau: Druck der Druckhaltung

Das Druckniveau des gesamten Netzes ist durch einen einzigen Wert festgelegt: den Druck der Druckhaltung, der an einem frei wählbaren Referenzknoten angesetzt wird. Jeder andere Knotendruck ergibt sich daraus über die Druckverluste auf dem Weg dorthin und über seine geodätische Höhe.

Feld	Bedeutung
Druck der Druckhaltung	Überdruck in [bar], den die Druckhaltung am Referenzknoten hält
Position der Druckhaltung	Energiezentrale, an der der Wert angesetzt wird; über Am Knoteneinlass / Am Knotenauslass wählen Sie die Anschlussseite

Beide Angaben stehen im Projektassistenten, im Dialog der stationären Berechnung und in den Simulationseinstellungen — überall mit derselben Bedeutung und demselben Feldnamen.

Fachlich ist dieser Wert der Ruhedruck: das Druckniveau, das sich bei stehender Umwälzung einstellt. Läuft die Pumpe, überlagern sich die Druckverluste, das Niveau selbst bleibt aber an den Referenzknoten geknüpft. Wie eine Druckhaltung ausgelegt wird und warum der Ruhedruck nicht beliebig niedrig sein darf, beschreibt Druckhaltung und Expansion.

Der geodätische Anteil

Höhenunterschiede im Netz verschieben den Druck an jedem Knoten um den geodätischen Anteil:

$$\Delta p_{geo} = \rho \, g \, \Delta z$$

Für Wasser sind das rund 1 bar je 10 m Höhendifferenz, also etwa 0,1 bar je Meter. Maßgebend ist dabei die Höhendifferenz gegenüber dem Referenzknoten der Druckhaltung — nicht gegenüber dem tiefsten Netzpunkt und nicht gegenüber Normalnull.

Der Anteil geht nicht in die Lösung des hydraulischen Gleichungssystems ein. Massenströme, Druckverluste und der Arbeitspunkt der Pumpen entstehen ohne ihn; er wird erst auf die Druckgrößen der Ergebnisdarstellung addiert. Über die Option Geodätische Höhe berücksichtigen lässt sich das im Streckenprofil und in der stationären Analyse zu- und abschalten — eine reine Anzeigeoption, beide Varianten sind in den Ergebnissen gespeichert.

Für den geschlossenen Kreislauf ist das korrekt: Vor- und Rücklauf durchlaufen dieselben Höhen, die statische Säule hebt sich über den Kreis auf und belastet die Pumpe nicht. Eine große Höhendifferenz verändert deshalb die Pumpenauslegung nicht — wohl aber das Druckniveau und damit die Einhaltung der Betriebsdrücke. Woher die Knotenhöhen stammen, beschreibt Höhenabfrage.

Die geprüften Grenzen

Geprüft wird der Betriebsdruck, also der Überdruck einschließlich des geodätischen Anteils — der Druck, der tatsächlich in den Rohren ansteht.

Grenze	Kriterium
Höchster Betriebsdruck	≤ niedrigste Nenndruckstufe PN der Rohre auf dem geprüften Weg
Niedrigster Betriebsdruck	≥ min. Betriebsdruck aus Dampfdruck, Sicherheitszuschlag und Atmosphärendruck

Die obere Grenze vergleicht Überdruck mit Überdruck: PN ist eine Überdruckstufe, die berechneten Knotendrücke sind Überdrücke. Die Prüfung ist damit exakt und liegt weder auf der sicheren noch auf der unsicheren Seite. Führt der Weg über Rohre verschiedener Stufen, ist die niedrigste maßgebend — ein Verlauf aus gemischten Produkten ist nur so stark wie sein schwächstes. Ein Rohr, dem in der Datenbank keine Nenndruckstufe zugewiesen ist, bekommt keine Obergrenze; es fehlt dann eine Prüfung, statt dass eine misslingt.

Die untere Grenze verhindert, dass das Fluid an der heißesten Stelle des Weges verdampft:

$$p_{min} = p_{sat}(T_{max}) + p_{Zuschlag} - p_{amb}$$

mit:

• $p_{min}$: geprüfter Mindestbetriebsdruck als Überdruck [bar]
• $p_{sat}(T_{max})$: Sättigungsdruck bei der heißesten Fluidtemperatur des Weges, ein Absolutdruck [bar]
• $p_{Zuschlag}$: Sicherheitszuschlag Mindestdruck [bar]
• $p_{amb}$: Atmosphärendruck an der Projekthöhe [bar]

Der Sättigungsdruck wird über den gesamten Temperaturbereich nach der Industrieformulierung IAPWS-IF97 bestimmt; Vorlauftemperaturen über 100 °C werden damit korrekt bewertet. Die heißeste Fluidtemperatur ist kein Eingabeparameter — sie stammt aus dem berechneten Betriebspunkt. Liefert dieser für den Weg keine Temperaturen, entfällt die untere Grenze.

Der Atmosphärendruck — die einzige Stelle mit Absolutdruck

Weil der Sättigungsdruck ein Absolutdruck ist und der geprüfte Verlauf ein Überdruck, muss eine der beiden Größen umgerechnet werden. VICUS Districts zieht den Atmosphärendruck von der Grenze ab, statt ihn auf jeden Punkt des Verlaufs zu addieren — das Ergebnis ist dasselbe, aber alle dargestellten Drücke bleiben Überdrücke.

Der Atmosphärendruck ist kein Eingabefeld. Er wird nach der Normatmosphäre aus der Höhe des Projektursprungs über Normalnull berechnet, also aus der z-Koordinate, die die Höhenabfrage auf die absolute Geländehöhe setzt:

Projekthöhe	Atmosphärendruck
0 m (Meereshöhe)	1,013 bar
500 m	0,955 bar
1000 m	0,899 bar

Angezeigt wird er schreibgeschützt im Menü Netzwerk > Allgemeine Einstellungen … neben dem Sicherheitszuschlag; im Netzbericht nennt ihn der Hinweistext unter der Grenzwerttabelle zusammen mit der Projekthöhe, aus der er stammt. Ein Projekt, das nie georeferenziert wurde, liegt bei 0 m — dort gilt die Normatmosphäre ohnehin, beide Fälle fallen also harmlos zusammen. Der Unterschied ist nicht vernachlässigbar: auf 1000 m fehlen gegenüber Meereshöhe rund 0,11 bar, das ist ein Fünftel des üblichen Kavitationszuschlags.

Die Parameter im Überblick

Größe	Wo einzugeben	Vorbelegung
Druck der Druckhaltung	Projektassistent, Dialog Stationäre Berechnung, Simulationseinstellungen	2 bar; bei der Vorlage Konventionelles Netz 3 bar
Position der Druckhaltung	dieselben Dialoge	erste Energiezentrale, Knoteneinlass
Sicherheitszuschlag Mindestdruck	Menü Netzwerk > Allgemeine Einstellungen …	1,5 bar (Bereich 0 bis 100 bar)
Atmosphärendruck	nicht eingebbar, dort schreibgeschützt angezeigt	aus der Projekthöhe
Nenndruck (PN)	Rohr-Datenbank	16 bar; ohne Zuweisung keine Obergrenze
Geodätische Höhe berücksichtigen	Streckenprofil und stationäre Analyse	aktiviert; reine Anzeigeoption
Heißeste Fluidtemperatur	kein Parameter — aus dem Betriebspunkt	–

Der Sicherheitszuschlag von 1,5 bar setzt sich aus 0,5 bar Verdampfungs- und Kavitationsschutz — dazu besteht breiter fachlicher Konsens — und rund 1,0 bar für die Regeltoleranz der Druckhaltung und für instationäre Vorgänge zusammen; der zweite Anteil ist eine Planungsempfehlung und keine Norm. Er gilt für das ganze Netz.

Abgrenzung: stationär und dynamisch

Die beiden Grenzen werden nicht überall gleich geprüft:

	Stationäre Berechnung	Dynamische Simulation
Obere Grenze (Nenndruckstufe)	geprüft, mit ausgeschriebenem Verdikt	geprüft, als Ergebnisgröße Drucküberschreitung
Untere Grenze (Verdampfung)	geprüft	nicht geprüft

Der Grund ist ein sachlicher: die untere Grenze hängt vom Atmosphärendruck und vom Sicherheitszuschlag ab, und beide sind Eigenschaften des Projekts, nicht des Solvermodells. Der Verdampfungsnachweis wird deshalb ausschließlich an den stationären Betriebspunkten geführt — in der Statuszeile des Streckenprofils und im Netzbericht. Die dynamische Simulation weist zum Unterdruck und zur Verdampfung nichts aus.

Verwandte Themen

• Netzmodell und Begriffe
• Grundlagen der stationären Berechnung
• Ergebnisse der stationären Berechnung
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• Betriebsdrücke in Wärmenetzen einhalten