ENE10 - Dimensionnement conduite_top

Voorziening | De leidingen dimensioneren om drukverliezen te beperken

De leidingen dimensioneren om drukverliezen te beperken

(Bron: Marcel Derweduwen / Shutterstock.com)

Le bon dimensionnement des conduites du réseau hydraulique et des pertes de charge associées, permet d'éviter les surconsommations électriques et limite les coûts d'installation. Ce dispositif, fournit les principes de dimensionnement, ainsi qu'une méthode pratique et théorique, pour l'évaluation des diamètres de tuyauterie, basée sur les pertes de charge linéaires uniquement.
ENE10 - Dimensionnement conduiteDoor voor een goede dimensionering van de leidingen van het hydraulische netwerk, en de hiermee gepaard gaande drukverliezen te zorgen, kan een oververbruik aan elektriciteit vermeden worden en kunnen de installatiekosten gedrukt worden. Voorliggend document reikt niet alleen de dimensioneringsprincipes aan, maar behandelt ook een praktische en theoretische methode voor de evaluatie van de leidingdiameters louter op basis van de lineaire drukverliezen.

Welke context?

Het ontwerp van het hydraulische netwerk beïnvloedt het stroomverbruik van de circulatiepompen omwille van de drukverliezen die voornamelijk te wijten zijn aan de circulatiesnelheid van het water, de diameter en de materialen van de leidingen evenals het tracé van het netwerk (lengte, bochten, ...).

Bij een eengezinswoning heeft de precieze dimensionering van de diameter van de buizen weinig invloed op het stroomverbruik, gelet op de geringe verwarmingsbehoeften en het beperkt aantal circulatiepompen. Bij collectieve huisvesting en tertiaire gebouwen zijn de verwarmings- en koelbehoeften daarentegen groter en uiteenlopender in functie van de respectieve projecten. Het is dan ook van primordiaal belang om de leidingen correct te dimensioneren teneinde een te groot energieverbruik te vermijden, een goede uitbalancering van de hydraulische installatie te garanderen en de installatiekosten te beperken (door de leidingen niet te overdimensioneren).

Er bestaan twee soorten drukverliezen:

  • de lineaire drukverliezen die aan de leidingen te wijten zijn;
  • de specifieke drukverliezen die aan debochten, verbredingen, voorzieningen (kranen, T-stukken, radiatoren, ...), enz. toegeschreven kunnen worden.

Voor wat de dimensionering van de leidingen betreft, zullen hier enkel de lineaire drukverliezen aan bod komen. 

Welke hydraulische distributieschema's?

Net zoals bij de ventilatieleidingen, kan het hydraulische schema vertakt of stervormig zijn met aansluitingen op collectoren.

image2

image3_1

Collector

image4

image3_2

Radiator

image3_3

Warmteproducent

Hydraulisch ontwerpschema: links vertakt en rechts stervormig (Bron: 3E)

Bij nieuwe installaties in woningen of kleine tertiaire gebouwen (< 1000 m²) wordt de voorkeur gegeven aan een stervormig netwerk. Hier zijn de leidingen (buiten de collectoren) aan het zicht onttrokken en in de dekvloer gegoten of in de muren ingewerkt. Vertakte netwerken treffen we meer aan in de tertiaire sector evenals in bestaande woningen waar de leidingen wel zichtbaar zijn.

Hoe de hydraulische distributieleidingen dimensioneren?

Er zijn vier parameters die de dimensionering van de leidingen beïnvloeden:

  • de snelheid,
  • de diameter,
  • het debiet
  • en de drukverliezen.

Voor de dimensionering kan een theoretische methode of een praktische methode gebruikt worden, waarbij deze laatste gebaseerd is op het gebruik van tabellen of nomogrammen.

Theoretische methode

  1. Het hydraulisch debiet bepalen

    Op basis van het via het circuit over te brengen thermisch vermogen P en het temperatuurverschil ∆T, het hydraulisch debiet Q bepalen aan de hand van de volgende formule.

    debithydraulique

    met P in [W] en Q in [l/u]

    De waarden die voor de temperatuurverschillen ∆T in aanmerking genomen moeten worden, hangen af van de lichamen:

    • radiator, convector, ventilerende convector: ∆T = 20 °C;
    • vloerverwarming: ∆T = 5 à 10 °C;
    • koellichamen: ∆T = 5 °C (behalve voor een actieve vloerplaat: ∆T = 4 °C)
  2. De binnendiameter bepalen

    Op basis van het hydraulisch debiet Q en een referentiesnelheid v, de binnendiameter van de leiding d bepalen aan de hand van de volgende formule:

    • v = 0,4 m/sec. voor diameters ≤ DN20;
    • v = 1,0 m/sec. voor diameters < DN100;
    • v = 1,5 m/sec. voor diameters < DN150;
    • v = 2,0 m/sec. voor diameters < DN150;

    diamint

    met d in [m], Q in [l/u] en v in [m/sec.]

    De aanbevolen waarden voor de referentiesnelheden v zullen gekozen worden in functie van de nominale diameter van de leiding:

  3. De diameter aanpassen in functie van de drukverliezen

    De diameter van de leiding aanpassen, opdat de drukverliezen [∆P] van de leidingen zich tussen 50 en 100 Pa/m zouden situeren.

    Zie de volgende referenties:

    Tot slot wordt het drukverlies ook nog beïnvloed door het type van materiaal via zijn ruwheidsfactor . Daarbij geldt: hoe ruwer het materiaal, hoe groter het drukverlies. Zo werden de volgende materialen gerangschikt in oplopende mate van ruwheid:

    • nieuw koper,
    • PER (verknoopt polyetheen met hoge dichtheid),
    • pvc,
    • nieuw staal,
    • met kalkaanslag bedekt koper,
    • verroest staal.

Praktische methode

In de praktijk maken de studiebureaus gebruik van de nomogrammen, de tabellen of de berekeningsregels van de leveranciers om de diameter van de buis in functie van het debiet (en soms zelfs direct in functie van het vermogen) en het temperatuurverschil te bepalen.

De waarden die voor de temperatuurverschillen   ∆T in aanmerking genomen moeten worden, hangen af van de afgifte-elementen:

  • radiator, convector, ventilerende convector: ∆T = 20 °C;
  • vloerverwarming: ∆T = 5 à 10 °C;
  • koellichamen: ∆T = 5 °C (behalve voor een actieve vloerplaat: ∆T = 4 °C)

Hieronder worden - ter informatie - enkele waardetabellen voor buizen in staal en kunststof voorgesteld.

Nominale diameter V max [m/sec.] Maximaal vermogen (kW)
∆T=10K∆T=15K∆T=20K
DN100.40234
DN150.40357
DN200.426913
DN250.49121823
DN320.60253750
DN400.66375674
DN500.7976113151
DN650.80127191255
DN800.80175263351
DN1000.80296443591
DN1250.80447670894
DN1500.806549811308

Indicatieve tabel voor de keuze van diameter bij buizen in staal (Bron: Rapport nr. 14 van het WTCB )

Nominale diameter V max (m/sec.) Maximaal vermogen (kW)
∆T=10K∆T=15K∆T=20K
DN120.511.01.62.1
DN140.511.62.53.3
DN160.663.14.66.1
DN170.703.85.77.6
DN180.724.56.89.1
DN200.766.39.412.5
DN260.8611.116.622.2
DN320.9220.030.040.0

Indicatieve tabel voor de keuze van diameter bij buizen in kunststof (Bron: Rapport nr. 14 van het WTCB )

Voorbeelden

Eengezinswoning

Laten we even het voorbeeld nemen van een bestaande eengezinswoning van 150 m² met 3 verdiepingen en een stookruimte in de kelder die via een vertakt netwerk voor de nodige verwarming en het benodigde sanitair warm water (SWW) zorgt. 

Aangezien er geen SWW-circulatielus is, wordt de SWW-leiding gewoonlijk gedimensioneerd in verhouding tot het koudwatercircuit van het leidingwater. Over het algemeen zal een loodgieter hier een leiding van DN15 voorschrijven.

De hoofdverwarmingsleiding in staal voorziet de 3 verdiepingen van de nodige warmte en biedt een vermogen van 18 kW (120 W/m² x 150 m² = 18 kW). Op basis van de tabel die de diameter van de leidingen vermeldt (praktische methode), is er voor dit vermogen en rekening houdend met een ∆T = 20°C (de afgifte-elementen zijn radiatoren) een leiding van 1" of DN25 nodig.

Het vereiste vermogen voor het verwarmen van een verdieping bedraagt 6 kW (18 kW/3 verdiepingen = 6kW). Dit vermogen wordt afgegeven door 3 radiatoren van 2000 W die via een vertakt circuit door een hoofdtoevoerleiding in staal van DN15 van de nodige warmte voorzien worden. Hierbij dient opgemerkt dat als het netwerk stervormig geweest zou zijn, deze leiding niet nodig zou zijn geweest.

De diameter van de secundaire leidingen, in kunststof (voor 2.000 W), bedraagt DN12. Deze diameter varieert natuurlijk in functie van de aansluiting van de weerhouden radiatoren. Daarbij geldt dat, als de diameter van de aansluiting groter is, het drukverlies kleiner zal zijn.

Collectieve woning

Via een koker wordt een nieuw collectief woongebouw met 8 appartementen van de nodige warmte voorzien. Elk van deze appartementen vertegenwoordigt een unitaire behoefte van 20 kW voor radiatoren en sanitair warm water (type combilus) ofwel 160 kW in totaal. Op basis van de tabel die de diameter van de leidingen vermeldt (praktische methode), is er voor dit vermogen en rekening houdend met een ∆T = 20°C (de afgifte-elementen zijn radiatoren) een leiding in staal van DN65 nodig.

➩ Meer weten

bijgewerkt op 13/12/2016