Druckverlust in Rohrleitungen – Grundlagen

Kurzbeschreibung

Bei der Förderung von Flüssigkeiten oder Gasen durch Rohrleitungen sinkt entlang der Strecke der verfügbare Druck. Ursache sind Reibungsverluste an der Rohrwand sowie zusätzliche Verluste an Formstücken, Armaturen und Querschnittsänderungen. Für die praktische Auslegung ist deshalb nicht nur der Rohrdurchmesser, sondern das gesamte hydraulische System zu betrachten.

Warum das Thema in der Praxis relevant ist

Druckverlust beeinflusst Förderhöhe, Energiebedarf, erreichbare Volumenströme und die Betriebssicherheit von Netzen. Zu klein gewählte Querschnitte oder zu optimistische Annahmen zu Einzelverlusten können zu unzureichender Versorgung oder unnötig hohen Betriebskosten führen.

Technische Grundprinzipien

Für die längenbezogene Rohrreibung wird häufig die Darcy-Weisbach-Gleichung herangezogen. In konsistenter SI-Schreibweise lautet die Grundform:

$$\Delta p_R = \lambda \cdot \frac{L}{d_i} \cdot \frac{\rho \cdot v^2}{2}$$

Dabei beschreibt:

• $\Delta p_R$ den Reibungsdruckverlust,
• $\lambda$ die Rohrreibungszahl,
• $L$ die Leitungslänge,
• $d_i$ den hydraulisch wirksamen Innendurchmesser,
• $\rho$ die Dichte des Mediums,
• $v$ die mittlere Strömungsgeschwindigkeit.

Zusätzliche Verluste an Einbauten werden häufig als Einzelverluste betrachtet:

$$\Delta p_Z = \zeta \cdot \frac{\rho \cdot v^2}{2}$$

Der Gesamtdruckverlust ergibt sich dann aus der Summe von Strecken- und Einzelverlusten.

Die Rohrreibungszahl hängt von Reynolds-Zahl und relativer Rauheit ab. Bei ihrer Berechnung müssen Rauheit und Innendurchmesser in derselben Längeneinheit eingesetzt werden; erst ihr Verhältnis ist dimensionslos.

Typische Einflussgrößen und Randbedingungen

Der Druckverlust wird insbesondere beeinflusst durch:

• Leitungslänge,
• freien Innendurchmesser,
• Volumenstrom beziehungsweise Strömungsgeschwindigkeit,
• Eigenschaften des Mediums,
• Rauheit und Zustand der Innenoberfläche,
• Anzahl und Art von Bögen, Abzweigen, Armaturen und Übergängen.

Schon kleine Änderungen bei Durchmesser oder Geschwindigkeit können die hydraulische Bewertung deutlich verändern. Deshalb sind überschlägige Aussagen immer mit Vorsicht zu lesen.

Einordnung für PE-Rohrsysteme

Rohrsysteme aus Polyethylen werden hydraulisch oft günstig eingeordnet, weil die Innenoberfläche im Neuzustand vergleichsweise glatt ist. Daraus folgt jedoch nicht, dass der Werkstoff allein den Druckverlust bestimmt. Für die Praxis sind auch Systemaufbau, Betriebsweise, Medium und lokale Widerstände maßgeblich.

Norm- und Regelwerkhinweise

Für Wasser-Druckleitungen außerhalb von Gebäuden bilden DIN EN 805 und die planungsbezogenen Teile der DVGW-W-400-Reihe den anwendungsbezogenen Rahmen. Die DIN-EN-12201-Reihe sowie DIN 8074 liefern produkt- und geometriebezogene Grundlagen für die tatsächlich verfügbare Rohrabmessung.

Darcy-Weisbach, Reynolds-Zahl und Verfahren zur Ermittlung der Rohrreibungszahl sind Rechenmethoden und keine pauschalen PE-Produktwerte. Rauheit, Innendurchmesser, Einzelwiderstände und Betriebsfälle müssen zum konkreten Netzmodell passen.

Hinweis zur projektspezifischen Prüfung

Für überschlägige Berechnungen kann der Rohrnetz-Rechner genutzt werden. Für reale Netze sind Medium, Betriebszustand, Formstücke, Armaturen und der konkrete Netzaufbau vollständig zu berücksichtigen.