Druckverlauf im Netz und Druckschaubild

Das Druckschaubild zeigt den Druckverlauf im Wärmenetz als Funktion der Entfernung vom Einspeisepunkt bis zum Schlechtpunkt und überlagert statischen Druck, Ruhedruck und dynamischen Druckverlust. Mit ihm lässt sich pruefen, ob der maximal zulaessige Betriebsdruck (MOP) eingehalten wird und ob am Schlechtpunkt — der Stelle mit dem geringsten Differenzdruck — noch mindestens 0,4 bis 1,0 bar fuer die Uebergabestationen zur Verfuegung stehen. Es ist damit das zentrale Planungswerkzeug fuer sichere Druckverhaeltnisse in thermischen Netzen.

Druckbegriffe im Überblick

Maximal zulässiger Betriebsdruck (MOP)

An keiner Stelle im Netz darf der Druck den maximal zulässigen Betriebsdruck der Leitung und der installierten Anlagenteile überschreiten. Der MOP richtet sich nach der Nenndruckstufe (bestimmt durch das gewählte Rohrsystem), der Betriebstemperatur und den geodätischen Verhältnissen.

Typische MOP-Werte:

• Thermische Netze mit KMR und MMR: PN 16 (MOP ≤ 16 bar)
• Netze mit PMR (Standard): PN 6 (MOP ≤ 6 bar)

Prüfdruck

Der Prüfdruck wird bei der Abdruckprüfung auf Dichtheit angewendet. Er entspricht in der Regel dem 1,5-fachen des maximal zulässigen Betriebsdrucks und wird über eine Dauer von 24 Stunden aufrechterhalten.

Grenzdruck im Störfall (MIP)

Der maximale Druck, der in einem System kurzfristig auftreten kann (Maximum Incidental Pressure), z. B. bei Fehlfunktionen der Netzregelung.

Minimaler Betriebsdruck

An der höchsten Stelle des Netzes muss der Druck des Fernwärmewassers mindestens 0,5 bar über dem Dampfdruck bei der Netztemperatur liegen. Zusätzlich wird eine Sicherheit von 0,5 bis 1,0 bar für Regeltoleranz und instationäre Übergangs- und Einschwingvorgänge empfohlen.

Aufbau des Druckschaubilds

Das Druckschaubild stellt den Druckverlauf als Funktion der Netzlänge vom Einspeisepunkt bis zum Schlechtpunkt dar. Es setzt sich aus mehreren Anteilen zusammen:

Statischer Druck

Der statische Druck ergibt sich aus der Differenz zwischen dem höchsten und dem tiefsten Punkt im Netz (Druck der Wassersäule). Er ist unabhängig vom Betriebszustand und wird durch die Geodäsie bestimmt.

Ruhedruck (Druckhaltung)

Der Ruhedruck ist der Druck im Netz bei ausgeschalteter Pumpe. Er wird durch die Druckhalteanlage bestimmt und muss an jeder Stelle des Netzes den minimalen Betriebsdruck sicherstellen.

Druckverlust des Netzes

Der dynamische Druckanteil entsteht durch die Reibungs- und Einzelwiderstände bei Durchströmung des Netzes (siehe Druckverlustberechnung). Er wird durch die Pumpe aufgebracht und ändert sich mit dem Volumenstrom:

• Druckverlauf Vorlauf: Druck sinkt vom Einspeisepunkt zum Schlechtpunkt
• Druckverlauf Rücklauf: Druck steigt vom Schlechtpunkt zurück zum Einspeisepunkt
• Differenzdruck Hausstation: Differenz zwischen Vor- und Rücklaufdruck am Kundenanschluss

Gesamtdruck

Der maximale Netzdruck (Überlagerung von statischem und dynamischem Anteil) ergibt sich bei maximaler Last im Auslegepunkt und bei maximaler Netztemperatur. Dieser Wert darf den MOP an keiner Stelle überschreiten.

Der Schlechtpunkt

Der Schlechtpunkt (auch Netzschlechtpunkt) ist die Stelle im Netz mit dem geringsten Differenzdruck zwischen Vor- und Rücklauf. An dieser Stelle treten am ehesten Versorgungsengpässe auf.

Merkmale:

• Der Schlechtpunkt wandert in Abhängigkeit des momentanen Wärmebedarfs im Netz
• Er ist in der Regel der am weitesten entfernte Kunde
• Der minimale Differenzdruck an der Übergabestation muss typischerweise 0,4 bis 1,0 bar betragen

Die Netzpumpe muss entsprechend der Pumpenauslegung so dimensioniert werden, dass der erforderliche Differenzdruck am Schlechtpunkt auch im ungünstigsten Betriebsfall gewährleistet ist.

Druckerhöhung und Netztrennung

Druckerhöhungsstation

Bei größeren und ausgedehnten Netzen (PN 25 oder höher) kann es wirtschaftlich sinnvoll sein, in der Peripherie des Netzes eine Druckerhöhungsstation einzusetzen, anstatt den gesamten Druckverlust zentral durch die Hauptpumpe aufzubringen.

Vorteile:

• Reduzierter Betriebsdruck im zentralen Netz
• Geringere Nenndruckstufe möglich
• Kleinere zentrale Netzpumpen

Netztrennung

Eine Netztrennung beschreibt die hydraulische Trennung zweier sonst verbundener Kreise. Mögliche Gründe:

• Absicherung gegenüber zu hohen Drücken (geodätische Höhenunterschiede)
• Trennung bei unterschiedlichen Medien (z. B. Dampf-Wasser)
• Andere Netzparameter (Druck, Temperatur, Wasserqualität)
• Sekundäre Netze mit eigener Druckhaltung

Die Netztrennung erfolgt über Wärmeübertrager, wobei der Exergieverlust durch eine möglichst geringe Grädigkeit im Wärmeübertrager minimiert werden sollte.

Praktische Hinweise

Bei der Erstellung des Druckschaubilds sind folgende Punkte zu beachten:

1. Höhenprofil des Netzes aufnehmen und statischen Druck berechnen
2. Druckverluste der einzelnen Leitungsabschnitte bei Auslegungslast bestimmen
3. Druckhaltung so wählen, dass der minimale Betriebsdruck an der höchsten Stelle eingehalten wird
4. MOP an keiner Stelle im Netz überschritten wird (auch bei Teillast prüfen)
5. Differenzdruck am Schlechtpunkt für die Übergabestationen ausreichend ist

Das Druckschaubild sollte für den Auslegungsfall (maximale Last) und den Teillastfall erstellt werden, da sich die Druckverhältnisse mit dem Volumenstrom ändern. Die Ergebnisse lassen sich mit einer thermo-hydraulischen Simulation validieren.

Fazit

Das Druckschaubild ist ein unverzichtbares Planungswerkzeug, das die Einhaltung aller Druckgrenzen sicherstellt und die korrekte Dimensionierung von Pumpen, Druckhalteanlage und ggf. Druckerhöhungsstationen ermöglicht. Es sollte in jeder Planungsphase aktualisiert werden und bildet die Grundlage für einen sicheren Netzbetrieb.

Weiterführende Artikel: Druckverlustberechnung — die Druckverluste in den einzelnen Leitungsabschnitten sind die Grundlage des Druckschaubilds, Pumpenauslegung — die Pumpe erzeugt das Druckprofil im Netz, Druckhaltung und Expansion — die statische Drucküberlagerung durch die Druckhalteanlage.

Quellen und Normen

• AGFW FW 440 — Hydraulische Berechnung von Heizwasser-Fernwärmenetzen
• DIN 4747-1 — Fernwärmeanlagen — Sicherheitstechnische Anforderungen
• Nussbaumer, T.; Thalmann, S.; Zaugg, D.; Cueni, M. (2025): Planungshandbuch Thermische Netze. Version 2.0, EnergieSchweiz / Bundesamt für Energie BFE.