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- Für die Berechnung von Heizungsrohrnetzen bieten 3D-CAD- und insbesondere CAE-Lösungen gegenüber der tabellarischen Eingabe oder der 2D-Planung Vorteile: Geometrie-, Raum- und Bauteildaten werden übernommen und man behält auch bei ausgedehnten Netzen den Überblick.
- Eine Heizungsrohrnetz-Berechnungssoftware unterstützt die Neuplanung von Heizungsnetzen ebenso wie die Überprüfung vorhandener Teilnetze oder Stränge. Der Hydraulische Abgleich wird von den meisten Lösungen unterstützt. Bei komplexeren Systemen oder Mehrkesselanlagen müssen allerdings die meisten Programme passen.
Einfache Heizungsrohrnetze werden bis heute auch mit der „Dicken-Daumen-Regel“ überschlägig dimensioniert. „Notfalls kann man ja die Heizkurve anheben oder eine leistungsfähigere Heizungspumpe einbauen.“ Beides hat allerdings einen unnötig hohen Energieverbrauch zur Folge. Wird der Rohrquerschnitt dagegen zu groß gewählt, so verursacht das im Gegensatz zu Trinkwassernetzen (Hygienegerecht ausgelegte Trinkwasserinstallationen, TGA 08-2013, Webcode 547276) zwar keine technischen Probleme, jedoch unnötig höhere Kosten für Rohre, Dämmung, Zubehör etc.
Eine Heizungsrohrnetz-Berechnung ist also nicht nur bei Großanlagen sinnvoll. Dabei gilt es, Druckverluste – und somit den Energiebedarf von Heizungspumpen – im Rahmen zu halten sowie Strömungsgeschwindigkeiten zu begrenzen, damit im Betrieb keine störenden Strömungsgeräusche entstehen. Eine präzise Berechnung ist die Grundlage, dass eine Anlage nach der Einregulierung optimal funktioniert.
Gebäudemodell als Basis
Alle Programme (siehe Info-Kasten) unterstützen sowohl die Neuplanung von Heizungsrohrnetzen als auch die Überprüfung vorhandener Netze, Teilnetze oder Stränge im Bestand, wozu man bestimmte Bauteile als gegeben definieren kann. Arbeitsgrundlage für die Planung der Heizungstechnik sind in der Regel digitale 2D-Architektenpläne mit den entsprechenden Raumbezeichnungen, die per DXF-/DGW-Schnittstelle eingelesen werden können.
Für Planungen im Gebäudebestand können die meisten Programme auch Bestandspläne in Papierform nutzen. Dazu wird die Planvorlage gescannt, im Pixel-Datenformat importiert und kalibriert (maßstäblich geeicht). Danach kann ein Gebäudemodell auf Grundlage des darunter liegenden Grundrisses quasi „halbautomatisch“ eingegeben werden, indem Wand- oder Fenster-ecken mit der Maus angeklickt und das Gebäude so Bauteil für Bauteil als 3D-Gebäudemodell generiert wird. Dieser Arbeitsschritt ist übrigens auch bei DXF-/DWG-Plänen erforderlich, allerdings kann man sich da Wand- oder Fenster-ecken mit dem Cursor einfangen, was die Eingabe vereinfacht und präziser macht.
Liegen Pläne weder digital noch in Papierform vor, muss das Gebäude komplett manuell eingegeben werden. Dazu enthalten die meisten Berechnungsprogramme entweder einen Grundriss-Editor oder einen 3D-Gebäudemodellierer. Das ist zwar zunächst mit einem Zusatzaufwand verbunden, bietet aber in den weiteren Prozessketten Vorteile: Im Idealfall entsteht ein BIM-Gebäudemodell, auf dessen Grundlage Heiz- und Kühllast, Heizflächen, Rohrnetze für Heizung und Trinkwasser berechnet und Heizkessel, Wärmepumpen, BHKW-, Solarthermie- und Photovoltaik-Anlagen simuliert und ausgelegt werden können.
Die für die Heizkörperauslegung erforderlichen Heizlast- bzw. Heizleistungsdaten werden entweder eingegeben oder vom entsprechenden Heizlast-Modul übernommen (Kalkulierte Wärme nach DIN EN 12 831, TGA 2-2013, Webcode 392711). Danach werden entsprechend der nach [1, 2] berechneten Raumheizlast die Heizkörper nach den technischen und geometrischen Randbedingungen gebäude-, geschoss- oder raumweise ausgelegt, wahlweise mit oder ohne Berücksichtigung der VDI 6030 für die thermische Behaglichkeit [3].
Das passende Modell wird aus einer Bauteildatenbank mit Herstellerdatensätzen nach VDI 3805 [5] ausgewählt und gemäß den Voreinstellungen in den Räumen automatisch positioniert. Dafür kann beispielsweise definiert werden, dass die Heizkörperabmessungen durch die Größe der Fenster und die Brüstungshöhe vorgewählt werden oder dass nur Heizkörper eines bestimmten Herstellers oder Typs verwendet werden.
Analog ermöglichen die Programme die Auslegung von Fußbodenheizungen nach DIN EN 1264-3 [4] und unterstützen bei der Ermittlung der günstigsten Vorlauftemperatur und sinnvollen Verlegeabständen, bei der Dimensionierung von Heizkreisen und Verteilern, wahlweise für das gesamte Projekt, Gebäude, Geschoss oder für den einzelnen Raum und der Planung von Aufenthalts-, Rand- und Kombizonen etc.
Rohrnetzberechnung
Grundlage für die Rohrnetzberechnung können ein Strangschema oder eine 2D- oder 3D-Grundrisszeichnung sein. Meistens wird die Trassenführung im Grundriss oder in der Isometrie im „Einstrich-Verfahren“ mit allen Verzweigungen definiert. Dabei werden die Heizungsleitungen durch einen 2D-Strich repräsentiert und später durch 3D-Rohrleitungen mit dem entsprechenden Durchmesser ersetzt.
Für die Trassenführung stellen einige Programme einen „Verlege-Assistent“ zur Verfügung, der Leitungen automatisch innerhalb der Wand oder entsprechend eines definierten Wandabstands im Estrich bis zum zuvor eingegebenen Steigstrang führt. Funktionen, wie das Kopieren, Drehen, Spiegeln oder Strecken bereits erstellter Teilstrecken, verkürzen ebenfalls die Bearbeitungszeit. Die Heizkörper werden automatisch an das Rohrnetz angebunden, wobei man zwischen mehreren Anschlussvarianten wählen kann. Werden Heizkörper hinzugefügt oder entfernt, öffnet / schließt die Software die Leitungsstränge selbstständig.
Nachdem die Leitungsführung durch einen dreidimensionalen Strichplan im Gebäude vorgegeben und die Heizkörper automatisch angebunden wurden, legt die Software das Rohrnetz entsprechend der erforderlichen Massenströme aus. Randbedingungen sind dabei die maximale Strömungsgeschwindigkeit und der materialabhängige Rohrreibungswiderstand. Berücksichtigt werden die Leitungsführungs-Systeme Zweirohr und Einrohr, teilweise auch Tichelmann.
Prinzipiell können Heizungsrohrnetze nach unterschiedlichen Vorgaben dimensioniert werden: mit einer vorgegebenen Gesamtdruckdifferenz, mit einem konstanten (maximalen) Druckgefälle oder mit einer bestimmten (maximalen) Strömungsgeschwindigkeit. Die Vorgaben gelten dann für den ungünstigsten (längsten) Fließweg, die anderen Heizkörper / Verteiler können auch mit einem größeren Druckgefälle angeschlossen werden, die Minimierung der Rohrnennweite wird dann von der Strömungsgeschwindigkeit begrenzt, manchmal wird auch aus konstruktiven Überlegungen ein minimaler Durchmesser, beispielsweise DN 10, vorgegeben.
Mit den Dimensionierungsvorgaben, dem aus der Trassenführung und der Heizflächenauslegung jeder Teilstrecke zugeordneten Massenstrom, kann die Software nun unter Berücksichtigung von Ventildaten (kv-Werte) und formstückabhängigen Widerstandsbeiwerten (Zeta-Werte) die passenden Nennweiten und die Förderhöhe der Umwälzpumpe(n) berechnen sowie die Voreinstellwerte für Heizkörperventile und Strangarmaturen für den Hydraulischen Abgleich ermitteln.
Bei komplexeren Systemen und Schaltungen, wie Mehrkesselanlagen mit hydraulischen Weichen, Pufferspeichern, offenen Verteilern müssen zusätzlich die Mischtemperaturen berechnet werden, was nur wenige Programme können. In ausgedehnten Rohrnetzen sind ferner die Wärmeverluste in den Rohrleitungen, respektive der Temperaturabfall im Vorlauf bis zum Verbraucher, zu berücksichtigen. Auch Einspritz-, Verteil- und Beimischschaltungen beherrschen nur wenige Programme.
Kollisionskontrolle und Visualisierung
Eine auf einem 3D-Modell basierende Heizungsrohrnetz-Planung bietet mehr Planungssicherheit, denn sie ermöglicht Kollisionskontrollen und Visualisierungen. Kollisionskontrollen prüfen, ob sich Rohrleitungen mit einem anderen Objekt der Heizungsanlage oder der Tragstruktur des Gebäudes überschneiden. Mehrere haustechnische Gewerke umfassende CAD- oder CAE-Systeme prüfen darüber hinaus, ob gewerkeübergreifende Kollisionen bestehen.
Visualisierungen können in der Angebotsphase, in der Projektdokumentation oder als Installations- und Montagehilfe eingesetzt werden. Alle aus dem Produktkatalog ausgewählten Bauelemente der Heizungsanlage werden dafür mit ihren Einbaumaßen, Einbauhöhen und -positionen so dargestellt, wie sie später vor Ort montiert werden. Diese digitale Vorwegnahme der auszuführenden Heizungsanlage ist insbesondere bei beengten räumlichen Verhältnissen – etwa einer engen Technikzentrale – sehr nützlich. Die zentimetergenaue 3D-Planung und -Visualisierung von Heizkesseln, Pufferspeichern, hydraulischen Bauteilen und ihrer Dämmung klärt die realen Platzverhältnisse und verfügbaren Arbeitsräume frühzeitig und beugt späteren Montage- und Wartungsproblemen vor.
Einige Programme unterstützen auch die Planung von Durchbrüchen: Für alle Rohrleitungen, die Wände oder Decken durchdringen, werden Angaben für die Durchbrüche automatisch generiert. Das hilft beim Anfertigen der Schlitz- und Durchbruchspläne (HOAI-Leistungsphase 5), eine Überprüfung der Durchbrüche ist jedoch häufig noch erforderlich, um in Kombination mit anderen Öffnungen eine zulassungskonforme Abschottung der Brandabschnitte zu gewährleisten.
Auch die Auswertung und Ausgabe der Berechnungsergebnisse wird unterstützt: So lassen sich beispielsweise Stücklisten, Massenzusammenstellungen und Bestelllisten mit Artikelnummern des gewählten Herstellers nach beliebigen Merkmalen sortiert, wahlweise separat für Rohre, Formstücke, Ventile, Regler, Wärmedämmung und Zubehör, ausgeben. Das vereinfacht die Materialbestellung und die spätere Installation. Verschiedene Druckoptionen ermöglichen die Ausgabe als Strang-Grafik oder als Tabelle, sortiert nach unterschiedlichen Kriterien, beispielsweise Bauteilen, Herstellern oder technischen Werten.
Was bietet der Markt?
Knapp 30 Programme für die Heizungsrohrnetz-Berechnung und -Planung werden von Software- und SHK-Produktanbietern offeriert (siehe Info-Kasten), wobei sich die Lösungen in der Konzeption, im Funktionsumfang und den Möglichkeiten zum Teil deutlich unterscheiden. Die Bandbreite reicht vom einfachen Rechenprogramm mit tabellarischer Eingabe, inklusive Grundriss- bzw. Strangschema-Editor (beispielsweise Elrond Heizung, Viptool Master etc.) über 2D- und 3D-CAD-Programme mit integrierter oder externer Berechnung (beispielsweise HT 2000 CAD Rohrnetz Heizung, pit-CAD Heizung-Sanitär etc.) bis hin zu umfassenden TGA-CAD/CAE-Lösungen, mit denen auch komplexere gekoppelte Systeme und Mehrkessel-Anlagen geplant und als Gesamtsystem berechnet werden können (beispielsweise liNear Analyse Heating).
Auch Rechenprogramme mit tabellarischer Eingabe haben durchaus ihre Berechtigung. Vor allem dann, wenn es um kleine Anlagen oder um die Überprüfung von Teilsträngen geht, kommt man damit oft schneller zum Ziel. Vor allem Installateure mit kleinen bis mittleren Projekten, für die eine dreidimensionale CAD-Eingabe zu aufwendig wäre, sind hierfür die Zielgruppe. Auch 2D-CAD kann manchmal sinnvoller sein als die Planung am 3D-Modell – etwa bei einfachen Standardanlagen für Ein- und kleine Mehrfamilienhäuser.
Bei komplexeren Rohrnetzen verliert man ohne 3D-Planung allerdings schnell die Übersicht. Ist das Heizungsrohrnetz weit verzweigt und geht es über mehrere Geschosse, überwiegt der Nutzen (Visualisierung, Plausibilitätsprüfung, Kollisionskontrolle, Optimierung, Variantenbildung, Installation etc.) den Mehraufwand einer 3D-Eingabe – insbesondere wenn es schon für die Heizlastberechnung und noch für andere Gewerke genutzt werden kann.
Allerdings sind nicht alle modellorientierten Programme gleich leistungsfähig. Die Unterschiede liegen im Detail: wie komfortabel der Anwender bei der Bauteilkatalog-Auswahl, der automatischen Heizkörper-Auslegung oder der Leitungstrassen-Planung unterstützt wird und vor allem wie einfach oder umständlich Änderungen im Grundriss oder im Leitungssystem in allen Ebenen umgesetzt werden, ist von Programm zu Programm sehr unterschiedlich. Wird es komplexer und sollen etwa gekoppelte Anlagen oder Mehrkesselanlagen, inklusive Pufferspeichern, hydraulischen Weichen, Wärmeübertragern, Volumenstrom- und Differenzdruckreglern etc. berechnet werden, müssen die meisten Berechnungsprogramme passen.Marian Behaneck
Literatur
[1] DIN EN 12 831 Heizungsanlagen in Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast. Berlin: Beuth Verlag, August 2003
[2] DIN EN 12831 Beiblatt 1 Heizungsanlagen in Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast, Nationaler Anhang NA. Berlin: Beuth Verlag, April 2004, Berichtigungen im Juli 2008 und November 2010
[3] VDI 6030 Blatt 1 Auslegung von freien Raumheizflächen – Grundlagen – Auslegung von Raumheizkörpern. Berlin: Beuth Verlag, Juli 2002
[4] DIN EN 1264-3 Raumflächenintegrierte Heiz- und Kühlsysteme mit Wasserdurchströmung – Teil 3: Auslegung. Berlin: Beuth Verlag, November 2009
[5] VDI 3805 Blatt 2: Produktdatenaustausch in der Technischen Gebäudeausrüstung – Heizungsarmaturen. Berlin: Beuth Verlag, Februar 2003
[6] DIN EN 1264 Teil 5 Raumflächenintegrierte Heiz- und Kühlsysteme mit Wasserdurchströmung – Heiz- und Kühlflächen in Fußböden, Decken und Wänden – Bestimmung der Wärmeleistung und der Kühlleistung. Berlin: Beuth Verlag, Januar 2009
Programme / Anbieter (Auswahl)
AutoCAD MEP/Revit MEP www.autodesk.de
AX 3000 www.ax3000-group.at
C.A.T.S. Heizung Professional www.cats-software.com
DDS-CAD SHKL www.ddsv.de
Dendrit Studio www.dendrit.de
Elrond Heizung www.consoft.de
Haustech-CAD www.bausoft.ch
Uponor HSE www.uponor.de
HT 2000 CAD Rohrnetz Heizung www.willms.de
Hydrolex Rohrnetzberechnung www.numax.de
liNear Analyse Heating www.linearweb.de
MagiCAD www.magicad.com/de
Plancal Nova Rohrnetzberechnung www.plancal.de
OVplan www.oventrop.de
pit-CAD Heizung-Sanitär www.pit.de
Raucad / Rauwin www.rehau.de
Rohrnetz / Rohrnetz 3D Plus www.hottgenroth.de
Rohrnetzberechnung Heizung/Kälte www.mh-software.de
Rohrnetzberechnung VDI 3805 www.solar-computer.de
Rukon-HSR www.tacos-gmbh.de
SSS Rohrnetzberechnung www.sss2000.de
TriCAD MS www.venturisit.de
Vaillant winSoft www.vaillant.de
Viptool Master, Viptool Engineering www.viega.de
Vitodesk www.viessmann.de
Zvplan Rohrnetz www.zvplan.de
2 Die Grundlage für die Auslegung von Heizkörpern und Heizungsrohrnetzen bildet eine präzise, normgerechte Heizlastberechnung.
3 Basierend auf den Heizlast- bzw. Heizleistungsdaten werden die Heizkörper in der Regel im Grundriss ausgelegt.
4 Programme mit integrierten Strangschema-Generatoren ermöglichen die grafische Abbildung von Heizungsrohrnetzen auch ohne CAD-Kenntnisse.
5 Mehr als im Funktionsumfang unterscheiden sich die einzelnen Lösungen darin, wie komfortabel der Anwender bei der Heizungs- und Rohrleitungsauslegung unterstützt wird.
6 Ergebnis der Heizungsauslegung und Rohrleitungsberechnung sind beschriftete Grundriss- …
7 … und Schemapläne, die idealerweise bei Änderungen sofort aktualisiert werden.
8 Dialogfenster mit diversen Einstellungen ermöglichen eine rationelle Auslegung von Heizkörpern …
9 … und Fußbodenheizungen.
10 Nach der Rohrnetzberechnung wird aus dem Einstrich-Rohrnetz ein dreidimensionales Modell generiert, …
11 … dabei wird die 2D-Symbolik durch dreidimensionale Objekte aus einer Bauteildatenbank mit Herstellerdatensätzen nach VDI 3805 ersetzt.
12 Bei allen Vorteilen der 3D-Planung – für die Installation und Montage sind detaillierte CAD-Ausführungspläne entscheidend.
13 Wird es in der Technikzentrale eng, ist eine zentimetergenaue Planung von Heizkesseln, Pufferspeichern und allen hydraulischen Bauteilen sinnvoll.
14 Bei komplexeren Anlagen mit mehreren Heizkesseln, inklusive Pufferspeichern, hydraulischen Weichen etc. ist eine Berechnung des Gesamtsystems erforderlich. Zu den Berechnungsergebnissen zählt teilweise auch der Verlauf von Druckverlusten in ausgedehnten Rohrnetzen.
