Raumklimatechnik: Band 3: Raumheiztechnik

781 Pages·2005·20.267 MB·German

by  Heinz Bach (auth.), Professor a.D. Dr.-Ing. Klaus Fitzner (eds.)

RIETSCHEL
Raumklimatechnik
Band 3: Raumheiztechnik
RIETSCHEL
Raumklimatechnik
Band 3: Raumheiztechnik
Herausgegeben von Klaus Fitzner
16., völlig überarbeitete
und wesentlich erweiterte Aufl age
mit 450 Abbildungen und 63 Tabellen
1 23
Professor a.D. Dr.-Ing. Klaus Fitzner
Hermann-Rietschel-Institut
FG Heizungs- und Raumlufttechnik
Technische Universität Berlin
Marchstr. 4
10587 Berlin
klaus.fi [email protected]
Ursprünglich erschienen in 2 Bänden unter dem Titel:
Rietschel/Raiß, Heiz- und Klimatechnik,
erster Band: Grundlagen, Systeme, Ausführung
zweiter Band: Verfahren und Unterlagen zur Berechnung
isbn 3-540-57180-9 Springer Berlin Heidelberg New York
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Satz: medionet AG, Berlin
Einbandgestaltung: Struve & Partner, Heidelberg
Gedruckt auf säurefreiem Papier 68/3020/m – 5 4 3 2 1 0
Vorwort zu Band 3: „Raumheiztechnik“
Der Rietschel, erstmals 1893 von Hermann Rietschel als Leitfaden zum Berech-
nen und Entwerfen von Lüftungs- und Heizungsanlagen herausgegeben, erschien
zuletzt als eine komplette Ausgabe 1968/70 in zwei Bänden als 15. Auflage in der
Bearbeitung von Wilhelm Raiß.
Mein Vorgänger am Hermann-Rietschel-Institut für Heizungs- und Klima-
technik, Horst Esdorn, hat begonnen, unter dem übergreifenden Thema Raum-
klimatechnik die Themen Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik zu vereinen
und das Gesamtwerk völlig neu zu konzipieren. Das Gesamtwerk in der 16. Auf-
lage sollte nun aus vier Einzelbänden bestehen:
Band 1: Grundlagen
Band 2: Raumluft- und Raumkühltechnik
Band 3: Raumheiztechnik
Band 4: Physik des Gebäudes
Band 1 ist 1994 erschienen. Die anderen Bände sollten in kurzer Folge danach
erscheinen. Esdorn schreibt allerdings in seinem Vorwort zum Gesamtwerk
„Tragender Gedanke bei dieser neuen Struktur war auch, dass der Ingenieur der
Raumlufttechnik für seine Arbeit kein weiteres Buch benötigen soll, wie einge-
hend er sich auch mit den Problemen unseres Faches beschäftigen möge.“
Esdorn hat diesen Wunsch in der Gliederung der ersten drei Bände, in der
Auswahl der Autoren und in der Betreuung der Manuskripte weit vorange-
bracht, aber es sind inzwischen schon wieder zehn Jahre vergangen, bis nun
Band 3 erscheint. Ein Grund für diese Verzögerung dürfte der oben genannte
„tragende Gedanke“ gewesen sein, der das Buch sehr umfangreich werden ließ.
Der „tragende Gedanke“ hätte sich in früheren Zeiten vielleicht im gewünsch-
ten Zeitrahmen umsetzen lassen. Die früheren Auflagen wurden von Ordinarien
herausgegeben. Ordinarien hatten früher Mitarbeiter in ihrer Umgebung, die sie
zur Unterstützung beim Schreiben von Büchern bewegen konnten. Jetzt müssen
Fachleute aus der Branche gewonnen werden, denen nur bedingt Vorgaben für
ihre Arbeit gemacht werden können, in Form der Vorgabe einer Gliederung und
Umschreibung des Gebietes. Termine können kaum gesetzt werden.
Vor vier Jahren hat Esdorn die Aufgabe des Herausgebers an mich weiterge-
geben. Ich respektiere das hohe Ziel des umfangreichen Gesamtwerkes, zumal
VI Vorwort zu Band 3 „Raumheiztechnik“
ich selbst als Autor einiger Kapitel in Band 2 versucht habe, die Idee umzuset-
zen. Ich glaube allerdings nicht, dass man heute noch das Ziel, ein so umfassen-
des Werk zu schreiben, so verwirklichen kann, dass auf unserem Gebiet Tätige
in diesem Fachgebiet kein weiteres Buch für ihre Arbeit benötigten. Trotzdem
soll an dieser Utopie so gut wie möglich festgehalten werden. Auch die Gliede-
rung und die Auswahl der Autoren von Esdorn habe ich beibehalten. Die Ein-
führung neuer Ideen hätte weiteren Zeitverzug bedeutet. Gestandene Fachleu-
te, selbst Professoren, sind heute in ihrem Beruf so stark eingebunden, dass die
umfassende Darstellung ihrer Kenntnisse, als eine ehrenhafte Nebenbeschäfti-
gung, in angemessener Zeit kaum möglich ist.
Der Leser wird für die weit später als geplante Herausgabe dieses 3. Bandes
und der noch später folgenden Bände 2 und 4 um Entschuldigung gebeten.
Dieser dritte Band greift vor allem im Beitrag von Bach eine Idee auf, die
für viele Ingenieure neu ist. Ingenieure pflegen häufig, den Blick aufs technisch
Notwendige zu beschränken. Sie erwarten entsprechend klare Vorgaben für ihre
Arbeit und ärgern sich, dass sie die nicht bekommen, statt sie zum Teil ihrer
Aufgabe zu machen. Die Vorgaben sind selbst das Ergebnis eines langen Besin-
nungsprozesses zwischen dem Bauherren, dem Nutzer, dem Architekten und
dem Ingenieur. Häufig wird dieser Prozess nicht klar und deutlich durchgemacht,
weil er entweder als selbstverständlich oder als überflüssig betrachtet wird. Es
gibt dann große Überraschungen, während des Anlagenbaus oder manchmal,
was viel schlimmer ist, erst nach der Inbetriebnahme. Es ist unglaublich, aber
große Bauvorhaben werden häufig immer noch begonnen, ohne klare Vorgaben
für das eigentliche Ziel. Bauherr und Ausführende haben vollkommen verschie-
dene Vorstellungen und bemühen zur Klärung später die Gerichte.
Bach versucht diesen Besinnungsprozess quantifizierbar zu machen, indem
er Beurteilungskriterien für die Beteiligten definiert, die dann im Rahmen
einer Wertanalyse abgearbeitet werden können. Das mag für viele Ingenieure
zunächst fremd wirken, ist es aber wert, bedacht zu werden.
Deshalb nimmt das Kapitel A Aufgaben, Anforderungen, Anlagenfunktionen
einen großen Anteil von Bachs Beitrag ein. Aber es tauchen auch für den Hei-
zungsingenieur verhältnismäßig neue Begriffe in den folgenden Abschnitten
auf, wie Nutzen oder Nutzenübergabe, die eine neue Durchdringung des The-
mas ermöglichen. Es bleibt aber auch genug zu lesen für alle, die diesen Teil
überspringen wollen.
Obwohl das Thema Trinkwassererwärmung den Rahmen der Raumklima-
technik sprengt, wurde es doch mit aufgenommen, weil die Heizkessel die-
se Aufgabe mit erledigen und mit abnehmendem Heizwärmebedarf sogar zur
bestimmenden Größe für die Kesselleistung werden.
Die Themen Regelung, Wasseraufbereitung und Technische Akustik wur-
den in ihren Grundlagen schon in Band 1 behandelt. Sie werden hier so weit
es speziell für den Bereich der Heizungstechnik erforderlich ist, weiter vertieft.
Baumgarth und Schernus haben in Abschnitt I Regelung, Steuerung und Über-
wachung bearbeitet.
Vorwort zu Band 3: „Raumheiztechnik“ VII
Höhenberger, der schon in Band 1 die Wasserchemie behandelt hat, bringt
in Abschnitt K Wasserbehandlung in Systemen mit erwärmtem Brauch- oder
Trinkwasser, sowie Dampferzeugungs- und Wasserheizanlagen die notwendigen
Ergänzungen für Heizungsanlagen.
Schaffert fasst die Aspekte, die der Praktiker im Hinblick auf Schall- und
Schwingungsdämpfung in Heizanlagen zu beachten hat, in Kapitel L zusam-
men.
Es bleibt auch bei diesem Band die ursprüngliche Absicht bestehen, dass sich
dieses Buch sowohl an Studenten, als auch an die in diesem Fach tätigen Inge-
nieure oder Techniker wendet, die zur Lösung anspruchsvoller Aufgaben in der
Lage sein wollen.
Berlin im Juni 2004 Klaus Fitzner
Autorenverzeichnis
Bach, Heinz, Ord. Prof. Dr.-Ing. (i. R.)
IKE, Lehrstuhl für Heiz- und Raumlufttechnik, Universität Stuttgart,
Pfaffenwaldring 35, 70550 Stuttgart
Baumgarth, Siegfried, Prof. Dr.-Ing.
Vereidigter Sachverständiger
Homburgstraße 31, 38116 Braunschweig
Höhenberger, Ludwig, Dipl.-Ing.
TÜV Süddeutschland, Bau und Betrieb
Westendstraße 199, 80686 München
Schaffert, Edelbert, Dr.-Ing.
BeSB GmbH, Schalltechnisches Büro,
Undinestraße 43, 12203 Berlin
Schernus, Georg-Peter, Prof. Dr.-Ing.
Labor für Elektrotechnik, Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel,
Institut für Verbrennungstechnik und Prozessautomation,
Salzdahlumer Straße 46–48, 38302 Wolfenbüttel
Inhaltsverzeichnis
A Aufgaben, Anforderungen, Anlagenfunktionen . . . . . . . . . . . . 1
Heinz Bach
A1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
A2 Wertanalyse in der Heiztechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
A3 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
B Systemaufbau und Systemeübersicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Heinz Bach
B1 Systemaufbau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
B2 Systemeübersicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
B3 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
C Konzeption und Vergleich von Heizsystemen. . . . . . . . . . . . . . 33
Heinz Bach
C1 Konzeption von Heizanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
C2 Entwicklung von Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
C3 Voraussetzungen für eine Vergleichbarkeit. . . . . . . . . . . . . 71
C4 Literatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
D Systembereiche für Übergabe, Verteilung und Erzeugung der Wärme 81
Heinz Bach
D1 Nutzenübergabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
D1.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
D1.2 Heizlast, Luftströmung und Strahlungsvorgänge im Raum . . . . 83
D1.2.1 Heizlast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
D1.2.2 Luftströmungen und Strahlungsvorgänge im Raum . . . . . . . . 90
D1.3 Dezentrale Kleinraum-Heizgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
D1.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
D1.3.2 Einzelraumheizgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
D1.3.2.1 Kamine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
XII Inhaltsverzeichnis
D1.3.2.2 Öfen für Festbrennstoffe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
D1.3.2.3 Ölheizöfen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
D1.3.2.4 Gasheizöfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
D1.3.2.5 Elektrische Direktheizgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
D1.3.3 Einzelraumspeicherheizung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
D1.3.3.1 Speicheröfen (Kachelöfen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
D1.3.3.2 Elektrische Speicherheizflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
D1.3.3.3 Elektrische Speicherheizgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
D1.3.4 Mehrraumheizgeräte (Ofen-Luftheizung). . . . . . . . . . . . . . 127
D1.3.4.1 Allgemeines (Berechnung von Luftheizungen) . . . . . . . . . . . 127
D1.3.4.2 Mehrraum-Direktheizgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
D1.3.4.3 Mehrraum-Speicherheizgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
D1.4 Dezentrale Großraum-Heizgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
D1.4.1 Allgemeines zu Großräumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
D1.4.2 Großraumdirektheizgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
D1.4.2.1 Großraum-Luftheizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
D1.4.2.2 Heizstrahler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
D1.4.3 Großraum-Speicherheizgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
D1.5 Luftheizung (indirekte Lufterwärmung). . . . . . . . . . . . . . . 143
D1.5.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
D1.5.2 Zentrale Luftheizung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
D1.5.3 Dezentrale Luftheizung (Raum-Luftheizgeräte) . . . . . . . . . . 147
D1.6 Raumheizflächen bei Zentralheizung . . . . . . . . . . . . . . . . 150
D1.6.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
D1.6.2 Integrierte Heizflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
D1.6.2.1 Warmwasserfußbodenheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
D1.6.2.2 Wandheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
D1.6.2.3 Deckenheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
D1.6.3 Deckenstrahlplatten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
D1.6.4 Raumheizkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
D2 Wärmeverteilung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
D2.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
D2.2 Verteilsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
D2.2.1 Dampfsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
D2.2.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
D2.2.1.2 Hochdruckdampfsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
D2.2.1.3 Niederdruckdampfsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
D2.2.1.4 Unterdruckdampfsysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
D2.2.2 Wassersysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
D2.2.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
D2.2.2.2 Umwälzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
D2.2.2.3 Verteilsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Inhaltsverzeichnis XIII
D2.2.2.4 Wärmeübergabe- und Wärmeerzeugerkreise. . . . . . . . . . . . 253
D2.2.2.5 Ausdehnung, Entlüftung, Entleerung . . . . . . . . . . . . . . . . 255
D2.2.3 Heißölsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
D2.3 Bauelemente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
D2.3.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
D2.3.2 Rohrleitungen und Zubehör . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
D2.3.2.1 Rohre, Schläuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
D2.3.2.2 Rohrverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
D2.3.2.3 Halterungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
D2.3.2.4 Dämmung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
D2.3.3 Armaturen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
D2.3.3.1 Übersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
D2.3.3.2 Auswahlkriterien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
D2.3.4 Pumpen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
D2.3.4.1 Bauarten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
D2.3.4.2 Kenngrößen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
D2.3.4.3 Kennlinien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
D2.3.4.4 Pumpen in Heizanlagen, Steuerung und Regelung. . . . . . . . . 308
D2.4 Bewertung von Verteilsystemen (Wassersystemen) . . . . . . . . 313
D2.5 Konzeption von Verteilsystemen (Wassersystemen) . . . . . . . . 321
D2.6 Berechnung der Verteilsysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
D2.6.1 Vorgehensweise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
D2.6.2 Druckabfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
D2.6.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
D2.6.2.2 Rohrreibung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
D2.6.2.3 Einzelwiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
D2.6.3 Gesamtdruckdifferenz, Auftriebsdruck . . . . . . . . . . . . . . . 337
D2.6.4 Rechenbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
D2.6.4.1 Schwerkraftheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 339
D2.6.4.2 Pumpenwarmwasserheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348
D2.6.5 Analogieverfahren für rechnergestützte Betriebssimulation . . . 355
Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
D3 Wärmeerzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365
D3.1 Ziele, Möglichkeiten und Bewertung. . . . . . . . . . . . . . . . . 365
D3.2 Wärmeerzeugung durch Wärmeübertragung. . . . . . . . . . . . 381
D3.2.1 Wärmeübertragung von der Sonne . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
D3.2.1.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
D3.2.1.2 Bauarten der Solarkollektoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
D3.2.1.3 Bewertung, Leistungsmessung, Auslegung . . . . . . . . . . . . . 385
D3.2.2 Wärmeübertragung aus Fernwärme
(Wasser/Wasser-Wärmeaustauscher) . . . . . . . . . . . . . . . . 391
D3.2.2.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
D3.2.2.2 Bauarten der Wasser/Wasser-Wärmeaustauscher . . . . . . . . . 393