Wie berechnet man den Durchmesser von Installationsrohren? Ratgeber zu DN15, DN20, DN25, DN32 und DN50

Die Rohrdimensionierung ist das Gerüst der Installationsplanung; wird der Durchmesser falsch gewählt, wird die Anlage entweder laut und nimmt Schaden oder kann den erforderlichen Volumenstrom nicht fördern. Die Norm für Trinkwasserinstallationen TS EN 806-3 und DIN 1988-300 schreiben vor, die Durchmesserberechnung ausgehend vom Volumenstrom und von der zulässigen Geschwindigkeitsgrenze vorzunehmen. Gemeinsam ist beiden Normen: Die Berechnung erfolgt nicht über Heizlast oder Personenzahl, sondern über den tatsächlichen Volumenstrom.

Die Strömungsgeschwindigkeit ist allein der kritischste Parameter. Eine zu hohe Geschwindigkeit verursacht akustische Probleme; im Kupferrohr beginnt der Verschleiß an der Rohrinnenseite, d. h. Erosionskorrosion, und der Druck des Wasserschlags steigt. Eine zu niedrige Geschwindigkeit bereitet dagegen in Kunststoffrohren ohne Sauerstoffbarriere den Boden für Biofilmbildung, kann in Heizkreisen Luftblasen nicht mitführen und erzeugt in den Rohren stehende Stellen. Ziel der Berechnung ist es, die Geschwindigkeit je nach Volumenstrom zwischen diesen beiden Extremen zu halten.

Auch die Pumpenauswahl hängt unmittelbar von der Durchmesserberechnung ab. Wird der Rohrdurchmesser zu klein gewählt, steigt der Druckverlust und es wird eine größere Pumpe benötigt; wird er größer gewählt, sinkt der Druckverlust, aber Investitions- und Montagekosten steigen. Der richtige Durchmesser ist die Größe, die zusammen mit dem optimalen Druckverlustwert (100–300 Pa/m) gewählt wird. Dieses Gleichgewicht anhand von Messungen zu finden ist stets günstiger, als es vor Ort per Schätzung zu ermitteln.

Die Grenze der Strömungsgeschwindigkeit variiert je nach Art des Kreises, Werkstoff und Druckverhältnissen; daher werden Trinkwasser- und Heizkreise getrennt bewertet. Die folgenden Punkte fassen die geltenden Grenzen für die wichtigsten Kreisarten und ihre Gründe zusammen.

• Trinkwasser-Kaltwasserleitung – Zielbereich: 1,0–2,0 m/s; kritische Obergrenze: 2,0 m/s. Wird diese Grenze überschritten, beginnt in Kupferrohren die Erosionskorrosion, und an den Verbindungsstellen können Risse entstehen.
• Trinkwasser-Warmwasserleitung – Zielbereich: 1,0–1,5 m/s; da steigende Temperatur die Festigkeit des Werkstoffs senkt, liegt die Obergrenze etwas niedriger.
• Vor- und Rücklaufleitung der Heizung – Zielbereich: 0,5–1,2 m/s; kritische Obergrenze: 1,5 m/s. Wird diese Grenze überschritten, sind Strömungsgeräusche zu hören, und die Lebensdauer des Rückschlagventils verkürzt sich.
• Verteilleitung der Fußbodenheizung – Zielbereich: 0,3–0,5 m/s; der geringe Querschnitt und die kurze Rohrlänge optimieren diesen Kreis auf einen langsamen Transport.
• Sprinkler- und Feuerlöschleitung – mindestens 1,2 m/s bei hohem Bedarf; im ständigen Bereitschaftsbetrieb liegt der Nenndruck an, und die Geschwindigkeit ist nahezu null.
• Schmutzwasserleitung – Nicht die Geschwindigkeitsberechnung, sondern Gefälle und Füllungsgrad sind maßgeblich; bei einem Füllungsgrad von 50–70 Prozent wird eine selbstreinigende Strömung angestrebt.

Die grundlegende Logik der Geschwindigkeitsgrenzen lautet: Hohe Geschwindigkeit erzeugt mechanischen Verschleiß und Geräusche, niedrige Geschwindigkeit führt zu Ablagerungen und biologischem Risiko. Das Band zwischen beiden ist der Korridor für einen sowohl leisen als auch sicheren Betrieb über die gesamte Lebensdauer der Installation. Die Einhaltung der Geschwindigkeitsgrenze erfüllt bei der Berechnung des Druckverlusts in Pa/m zugleich ganz natürlich das Zielband von 100–300 Pa/m; Geschwindigkeits- und Druckverlustkriterien ergänzen sich also.

Die Rohrdimensionierung leitet sich aus einer einzigen Gleichung ab: Q = A × v. Dabei werden Q als Volumenstrom in m³/s, A als Innenquerschnittsfläche des Rohrs in m² und v als Strömungsgeschwindigkeit in m/s angegeben. In der Praxis ist der Volumenstrom meist in l/s oder m³/h bekannt; die Umrechnung lautet: Q [m³/s] = Q [l/s] ÷ 1000 und Q [m³/s] = Q [m³/h] ÷ 3600.

Die Gleichung wird nach dem Durchmesser umgestellt. Da die Innenquerschnittsfläche A = π × d² ÷ 4 beträgt, lautet die Formel für den Rohrinnendurchmesser: d = √(4Q ÷ π ÷ v). Die Berechnungsschritte sind wie folgt. Schritt 1: Umrechnung des Volumenstroms in m³/s. Schritt 2: Wahl der zulässigen Geschwindigkeitsgrenze. Schritt 3: Berechnung des Mindestinnendurchmessers. Schritt 4: Wahl der kleinsten Norm-DN-Größe, die diesen Innendurchmesser übersteigt. Nicht normgerechte Durchmesser werden nicht verwendet; es wird auf die nächste DN-Größe der Tabelle aufgerundet.

Schritt-für-Schritt-Beispiel: In einem Heizkreis sollen 2,5 m³/h Volumenstrom gefördert werden, und die Geschwindigkeit wird auf 1,0 m/s begrenzt. Schritt 1: Q = 2,5 ÷ 3600 = 0,000694 m³/s. Schritt 2: v = 1,0 m/s gewählt. Schritt 3: d = √(4 × 0,000694 ÷ π) = √(0,000884) = 0,02975 m, also ca. 29,8 mm Mindestinnendurchmesser. Schritt 4: Das kleinste Normrohr mit einem Innendurchmesser über 29,8 mm ist DN 32; da der Innendurchmesser eines Stahlrohrs ca. 35,9 mm beträgt, wird diese Größe gewählt. Ergebnis: DN 32.

Für Standardgrößen von Stahl- und Kupferrohren ergeben sich je nach Geschwindigkeitsgrenze die folgenden typischen Volumenstrombereiche. Als obere Grenze der Strömungsgeschwindigkeit wurden 1,2 m/s im Heizkreis für die Heizung und 2,0 m/s für Trinkwasser angesetzt. In diesem Abschnitt werden auch typische Volumenstromwerte für DN32, DN40 und DN50 angegeben. Die Innendurchmesser sind Nennwerte nach TS EN 10255 für Stahlrohre und EN 1057 für Kupferrohre; das tatsächliche Maß kann je nach Werkstoff um 1–3 mm abweichen.

• DN15 – Innendurchmesser ca. 16 mm; bei Heizung Volumenstrom 0,12–0,36 m³/h, bei Trinkwasser Volumenstrom 0,12–0,60 m³/h
• DN20 – Innendurchmesser ca. 21 mm; bei Heizung Volumenstrom 0,21–0,62 m³/h, bei Trinkwasser Volumenstrom 0,21–1,04 m³/h
• DN25 – Innendurchmesser ca. 27 mm; bei Heizung Volumenstrom 0,35–1,04 m³/h, bei Trinkwasser Volumenstrom 0,35–1,73 m³/h
• DN32 – Innendurchmesser ca. 36 mm; bei Heizung Volumenstrom 0,61–1,84 m³/h, bei Trinkwasser Volumenstrom 0,61–3,05 m³/h
• DN40 – Innendurchmesser ca. 41 mm; bei Heizung Volumenstrom 0,80–2,39 m³/h, bei Trinkwasser Volumenstrom 0,80–3,98 m³/h
• DN50 – Innendurchmesser ca. 53 mm; bei Heizung Volumenstrom 1,33–3,99 m³/h, bei Trinkwasser Volumenstrom 1,33–6,64 m³/h

Die Untergrenze dieser Bereiche wird durch die Mindestgeschwindigkeit von 0,5 m/s (Heizung) bzw. 1,0 m/s (Trinkwasser) bestimmt, die Obergrenze durch die kritische Geschwindigkeit von 1,2 m/s (Heizung) bzw. 2,0 m/s (Trinkwasser). Umrechnungswerte zwischen DN, Zoll und mm sowie Angaben zum Rohraußendurchmesser finden Sie in unserem Schwester-Ratgeber. (Details: DN, Zoll und Millimeter – Umrechnungstabelle: 1/2 Zoll, 3/4 Zoll, 1 Zoll, 2 Zoll – wie viele mm?)

Das Belastungseinheiten-Verfahren (LU) ist ein wahrscheinlichkeitsbasierter Ansatz für die Berechnung von Trinkwasserinstallationen, wie er in TS EN 806-3 und DIN 1988-300 definiert ist; es normiert die mögliche gleichzeitige Nutzung jeder Armatur mit einem statistischen Beiwert. Ziel des Verfahrens ist es, der Tatsache Rechnung zu tragen, dass nicht alle Armaturen gleichzeitig geöffnet werden, und für die Rohre einen realistischen Auslegungsvolumenstrom zu ermitteln. LU ist nicht Liter pro Sekunde, sondern ein dimensionsloser Gewichtungsfaktor; er wird nicht unmittelbar mit dem Volumenstrom gleichgesetzt.

Jeder Armaturenart wird ein fester LU-Wert zugewiesen. Die üblichen Werte lauten:

• Waschtischarmatur – 1 LU
• Küchenarmatur – 2 LU
• Dusche – 2 LU
• Badewanne – 3 LU
• WC mit Spülkasten – 2 LU
• WC mit Druckspüler – 5 LU
• Geschirrspüleranschluss – 2 LU
• Waschmaschinenanschluss – 2 LU

Nach der Berechnung des LU-Gesamtwerts wird der Auslegungsvolumenstrom Q aus einem Umrechnungsdiagramm oder der Gleichung nach DIN 1988-300 gewonnen. Für Wohngebäude lautet ein praktischer Ansatz: Q [l/s] ≈ √(Gesamt-LU) × 0,4. Nach der Umrechnung in m³/h geht dieser Wert mit der oben beschriebenen Formel in die Durchmesserberechnung ein. Beispiel: In einem Mehrfamilienhaus mit 10 Wohnungen und je 12 LU pro Wohnung ergeben sich insgesamt 120 LU; Q ≈ √120 × 0,4 ≈ 4,4 l/s ≈ 15,8 m³/h. Dieser Volumenstrom erfordert in der Hausanschlussleitung bei einer Geschwindigkeitsgrenze von 2 m/s DN 50. Nach der Durchmesserdimensionierung folgt die Pumpe. (Details: Wie erfolgt die Pumpenauswahl? Ratgeber zur Berechnung von Volumenstrom und Förderhöhe)

Der Volumenstrom eines Heizkreises ergibt sich unmittelbar aus der zu übertragenden thermischen Leistung und der Spreizung (Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur). Formel: Q [m³/h] = P [kW] ÷ (1,163 × ΔT [°C]). Dabei ist P die thermische Leistung des Heizkessels bzw. der Zone, ΔT die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklaufwasser und 1,163 der Umrechnungsfaktor der volumetrischen Wärmekapazität von Wasser.

Schritt-für-Schritt-Beispiel: ein Heizkessel mit 30 kW bei einer Vor-/Rücklauftemperatur von 80/60 °C. Schritt 1: ΔT = 80 − 60 = 20 °C. Schritt 2: Q = 30 ÷ (1,163 × 20) = 30 ÷ 23,26 = 1,29 m³/h. Schritt 3: Wird die Geschwindigkeitsgrenze von 1,0 m/s gewählt, beträgt der erforderliche Innendurchmesser d = √(4 × (1,29 ÷ 3600) ÷ π) = √(0,000458) = 0,0214 m → 21,4 mm. Schritt 4: Der kleinste DN-Wert, der diesen Innendurchmesser von 21,4 mm übersteigt, ist DN 25 (Innendurchmesser ca. 27 mm). Wahl: DN 25.

Wird dieselbe Heizlast von 30 kW mit einer Temperaturdifferenz von 10 °C übertragen, z. B. bei einer Fußbodenheizung mit 45/35 °C, ergibt sich Q = 30 ÷ (1,163 × 10) = 2,58 m³/h; dieser Volumenstrom erfordert bei gleicher Geschwindigkeitsgrenze DN 32. Eine geringere Temperaturdifferenz vergrößert den Durchmesser und erhöht die Kosten. Das Verständnis dieses Zusammenhangs ist für die Dimensionierung von Zonen entscheidend. Die Auswahl des Heizungsrohrdurchmessers muss daher nicht nur nach dem Volumenstrom, sondern zugleich unter Berücksichtigung des Auslegungstemperaturregimes erfolgen; eine Berechnung für ein anderes Regime kann eine andere DN-Größe ergeben. (Details: Wie funktioniert eine Fußbodenheizung? Auswahl von Verteiler, Pumpe und Thermostat)

Die Berechnung des Druckverlusts in Pa/m ist die unmittelbare Eingangsgröße der Pumpenauswahl; ein zu gering berechneter Druckverlust führt zu einer falschen Pumpenauswahl und dazu, dass entfernte Kreise nicht warm werden. Der Druckverlust je Längeneinheit wird mit der Darcy-Weisbach-Beziehung berechnet: ΔP/L = λ × (ρ × v²) ÷ (2 × d). Dabei ist λ der Reibungsbeiwert, ρ die Dichte des Wassers in kg/m³, v die Geschwindigkeit in m/s und d der Innendurchmesser in m.

Schritt-für-Schritt-Beispiel: Wasser mit 70 °C hat eine Dichte von ca. 978 kg/m³, das Stahlrohr DN 25 hat einen Innendurchmesser von 27,3 mm, die Geschwindigkeit beträgt 1,0 m/s. Schritt 1: Reynolds-Zahl Re = v × d ÷ ν = 1,0 × 0,0273 ÷ 0,000000413 ≈ 66.100; turbulente Strömung. Schritt 2: Rohrrauheit ε = 0,046 mm (handelsübliches Stahlrohr), relative Rauheit ε/d = 0,046 ÷ 27,3 ≈ 0,00169. Aus dem Moody-Diagramm ergibt sich λ ≈ 0,025. Schritt 3: ΔP/L = 0,025 × (978 × 1,0²) ÷ (2 × 0,0273) = 0,025 × 978 ÷ 0,0546 ≈ 448 Pa/m.

Hierfür gilt die folgende Faustregel: In der Planungsphase wird für jede Rohrleitung ein Wert von 100–300 Pa/m angestrebt. Über 300 Pa/m besteht das Risiko, dass entfernte Kreise nicht mit ausreichendem Druck versorgt werden. Die Norm für Heizungsanlagen TS EN 12828 beschreibt diesen Wert als zulässige Grenze. Der für die Pumpenauswahl zu verwendende Gesamtdruckverlust ergibt sich aus der Summe aller Elemente des kritischen Kreises. (Details: Wie berechnet man den Pumpenvolumenstrom? m³/h, l/min und Druckberechnung)

Die Methode der äquivalenten Rohrlänge rechnet die lokalen Druckverluste, die durch Rohrverbindungselemente, also Bögen, T-Stücke, Armaturen und Filterelemente, entstehen, in die Rohrlänge um, die denselben Druckverlust erzeugen würde. Die Methode macht es möglich, den für das gerade Rohr berechneten Wert in Pa/m auf die gesamte Leitung anzuwenden, und erspart eine gesonderte Berechnung von Beiwerten.

Die Werte der äquivalenten Rohrlänge variieren je nach Durchmesser und Elementtyp. Typische Werte der äquivalenten Rohrlänge für DN 25 sind:

• 90°-Bogen mit Standardradius – ca. 0,9 m äquivalente Rohrlänge
• 90°-Bogen mit kurzem Radius – ca. 1,5 m äquivalente Rohrlänge
• T-Stück, Durchgang – ca. 0,4 m äquivalente Rohrlänge
• T-Stück, Abzweig – ca. 1,8 m äquivalente Rohrlänge
• Y-Schmutzfänger im sauberen Zustand – ca. 2,0–4,0 m äquivalente Rohrlänge
• Absperrschieber, vollständig geöffnet – ca. 0,3 m äquivalente Rohrlänge
• Kugelhahn, vollständig geöffnet – ca. 0,2 m äquivalente Rohrlänge
• Federbelastetes Scheiben-Rückschlagventil – ca. 3,0–5,0 m äquivalente Rohrlänge

Die Gesamtlänge in äquivalenter Rohrlänge wird wie folgt berechnet: Die tatsächliche Rohrlänge wird gemessen, die Werte der äquivalenten Rohrlänge aller Elemente werden addiert, und beides zusammen ergibt die äquivalente Gesamtlänge. Beispiel: 20 m tatsächliches Rohr plus 2 Bögen, 2-mal 0,9 m, plus 1 T-Stück im Abzweig 1,8 m plus 1 Schmutzfänger 3,0 m plus 1 Rückschlagventil 4,0 m = 20 + 1,8 + 1,8 + 3,0 + 4,0 = 30,6 m äquivalente Gesamtlänge. Mit dem spezifischen Verlust von 448 Pa/m ergibt sich insgesamt: 30,6 × 448 ≈ 13.700 Pa = 13,7 kPa ≈ 1,4 mWS. Dieser Wert wird bei der Pumpenauswahl als Druckverlust des kritischen Strangs verwendet.

Der Unterschied beim Innendurchmesser von PP-R-Rohren bezeichnet die Tatsache, dass sich der Innendurchmesser verschiedener Werkstoffe bei gleicher DN-Größe unterscheidet; dies wirkt sich unmittelbar auf die Geschwindigkeitsberechnung aus. Die Wanddicke eines PP-R-Rohrs ist größer als die eines Stahlrohrs; daher ist sein Innendurchmesser bei gleicher DN-Größe kleiner. Während der Innendurchmesser eines PP-R-Rohrs DN 25 ca. 21 mm beträgt, sind es beim Stahlrohr 27 mm und beim Kupferrohr ca. 26 mm. Bei gleichem Volumenstrom erzeugt das PP-R-Rohr eine um ca. 65 Prozent höhere Geschwindigkeit.

• Stahlrohr TS EN 10255, schwere Reihe – Außendurchmesser 33,7 mm, Innendurchmesser ca. 27,3 mm; Standardwerkstoff für Heizungs-, Gas- und Industrieinstallationen
• Kupferrohr EN 1057 Typ B – Außendurchmesser 28 mm, Innendurchmesser ca. 26 mm; verbreitet für Trinkwasser und Sanitärinstallation
• PP-R-Rohr PN 20, Warmwasserreihe – Außendurchmesser 32 mm, Innendurchmesser ca. 21,2 mm; bei gleichem DN-Wert kleinerer Innendurchmesser als bei Kupfer und Stahl
• PEX-a-Rohr 20 mm Außendurchmesser – Innendurchmesser ca. 13,6 mm; verbreitet bei Fußbodenheizung und in der Wohnungsinstallation
• Verzinktes Stahlrohr – Durch Ablagerungen von Kalk und Biofilm verengt sich der Innendurchmesser mit der Zeit; ein langfristiger Anstieg des Druckverlusts ist einzuplanen

Praxisurteil: Wird ein PP-R-Rohr gewählt, ist es in den meisten Fällen der richtige Ansatz, für denselben Volumenstrom eine DN-Größe größer als bei Stahl oder Kupfer zu wählen. Diese Vorgehensweise hält die Geschwindigkeit im Zielbereich und senkt langfristig die Energiekosten. Da auch die Dämmanforderungen von der Rohrgröße abhängen, führt die Dimensionierung auch in dieser Hinsicht zu einem Ergebnis.

Der Druckverlust von Schmutzfängern variiert je nach Verschmutzungszustand der Armatur in einem weiten Bereich und ist ein Parameter, der bei der Planung der Rohrleitung nicht vernachlässigt werden darf. Die Kategorie Schmutzfänger von Pomeka umfasst Y-Schmutzfänger und Siebfilter von DN 15 bis DN 50; die Siebweite liegt zwischen 0,5 und 1,5 mm. Während die äquivalente Länge eines Y-Schmutzfängers im sauberen Zustand für DN 25 ca. 2–4 m beträgt, kann dieser Wert bei teilweiser Verstopfung auf 10–15 m ansteigen. (Details: Schmutzfänger)

Bei der Auswahl eines Schmutzfängers sind folgende Punkte zu beachten:

• Die Nennweite des Filters muss dem Rohrdurchmesser entsprechen; ein zu klein gewählter Filter erzeugt hohen Druckverlust und Geräusche
• Der Y-Schmutzfänger wird in der waagerechten Rohrleitung geneigt oder nach unten gerichtet eingebaut; das erleichtert den Zugang zur Entleerungsschraube des Siebs
• Ein verstopfter Filter kann seine äquivalente Länge von 4 m auf über 15 m erhöhen; regelmäßige Reinigung ist zwingend
• Ein vor der Pumpe angeordneter Filter verhindert Schäden an Rotor und Laufrad; der Einbau nahe der Pumpensaugseite wird bevorzugt
• Bei der Wahl der Druckstufe PN werden Betriebsdruck und Temperatur gemeinsam bewertet; für Trinkwasser wird mindestens PN16, für den Heizkesselkreis PN25 empfohlen

Die Kategorie Ventile von Pomeka umfasst Kugelhähne, Absperrschieber, Rückschlagventile und Strangregulierventile. Die Kvs-Berechnung für Danfoss-Strangregulierventile und für Watts-Strangregulierventile erfolgt mit derselben Beziehung: Kvs = Q ÷ √ΔP. Dabei ist Q der Volumenstrom in m³/h und ΔP die Druckdifferenz in bar; das Ergebnis liefert den erforderlichen Kvs-Wert in m³/h. Anhand des Katalogs wird das Modell gewählt, das diesen Wert am besten erfüllt. Die Dimensionierungsschritte für Danfoss-Strangregulierventile und ausführliche Erläuterungen finden Sie in unserem zugehörigen Ratgeber. (Details: https://www.pomeka.com/vana) (Details: Was ist ein Danfoss-Strangregulierventil und warum wird es in Heiz- und Kühlsystemen eingesetzt?)

Die Auswahl von Rohren der Druckstufen PN16 und PN25 scheint von der Durchmesserberechnung unabhängig zu sein, doch beide hängen miteinander zusammen. TS EN 1092-1 und die einschlägigen Rohrnormen legen die Wanddicke sowohl nach Durchmesser als auch nach Druckstufe fest. Mit zunehmender Wanddicke nimmt der Innendurchmesser ab, und das wirkt sich auf die Geschwindigkeitsberechnung aus. Daher sollte die Druckstufe PN vor der Durchmesserberechnung festgelegt und der Innendurchmesser aus der zu dieser Druckstufe passenden Tabelle abgelesen werden.

• PN10 – geeignet für Wohnungsheizungssysteme und Trinkwasserleitungen unter 10 bar
• PN16 – Gebäudeanschlussleitung, Druckleitungen von Pumpen, Heizkesselanschlüsse; in den meisten Gebäudeinstallationen die Standardwahl
• PN25 – erforderlich für Hochdruckheizung, industrielles Prozesswasser und Heißwasserleitungen
• PN40 – Dampf und industrielle Hochdruckanwendungen

Für die Wahl der Druckstufe PN gilt die allgemeine Regel: Die Wahl erfolgt mit einem Sicherheitszuschlag von mindestens dem 1,5-Fachen des maximalen Betriebsdrucks der Anlage. Für 6 bar Betriebsdruck reicht PN10 nicht aus, PN16 ist geeignet. Da Temperaturen über 90 °C in Heizkesselkreisen die Festigkeit des Werkstoffs senken, kann der Sicherheitszuschlag auf das 2-Fache erhöht werden. Weitere Informationen zu Nenndruckwerten und Anschlussarten finden Sie in unserem zugehörigen Ratgeber. (Details: Was sind PN10, PN16, PN25 und PN40? Wie wählt man die PN-Klasse bei Ventilen, Flanschen und Rohren aus?)

In einem Gebäudeinstallationsprojekt, das 2026 in Istanbul Kadıköy durchgeführt wurde, wurde der kritische Strang des Heizkreises, der vom Heizraum im Kellergeschoss zum obersten Geschoss eines 8-geschossigen Gebäudes führt, wie folgt berechnet. Kesselleistung 90 kW, Vor-/Rücklauftemperatur 80/60 °C, ΔT = 20 °C. Volumenstrom: Q = 90 ÷ (1,163 × 20) = 3,87 m³/h. Mit der Geschwindigkeitsgrenze von 1,0 m/s ergab sich ein erforderlicher Innendurchmesser von ca. 37 mm; gewählt wurde das Rohr DN 40 (Innendurchmesser 41 mm).

Berechnung des kritischen Strangs: 55 m tatsächliches Rohr, plus 3 Bögen DN 40 (3 × 1,2 m äquivalent), plus 2 T-Stücke im Abzweig (2 × 2,4 m), plus 1 Y-Schmutzfänger (3,5 m), plus 1 federbelastetes Scheiben-Rückschlagventil (5,0 m). Summe: 55 + 3,6 + 4,8 + 3,5 + 5,0 = 71,9 m äquivalente Gesamtlänge. Mit dem spezifischen Verlust von 220 Pa/m ergibt sich insgesamt: 71,9 × 220 = 15.818 Pa ≈ 1,6 mWS. Nach Zuschlag eines Sicherheitszuschlags von 15 Prozent wurde der Auslegungspunkt der Pumpe mit 3,87 m³/h Volumenstrom und 1,85 mWS festgelegt. (Details: Auswahl der Umwälzpumpe)

Die Grundfos-Pumpenauswahl kann nicht unabhängig von der Rohrdurchmesserberechnung erfolgen; die Pumpenkennlinie aus dem Katalog wird anhand des Punktes bestimmt, an dem sie sich mit dem Gesamtdruckverlust des kritischen Strangs und dem Gesamtvolumenstrom schneidet. Werden diese beiden Werte falsch eingegeben, liegt die Pumpe entweder weit rechts vom Betriebspunkt (wenig Druck, hoher Volumenstrom) oder weit links davon (viel Druck, niedriger Volumenstrom). Beide Fälle führen zu Ineffizienz und Geräuschproblemen.

Auch für die Wilo-Pumpenberechnung des kritischen Strangs gilt dieselbe Methode. Die Regelungsart Δp-v der Pumpen der Baureihen Wilo Stratos und Wilo Yonos senkt in Heizkörperkreisen mit Thermostatventilen im Teillastbetrieb den Differenzdruck automatisch und verringert das durch eine falsche Durchmesserwahl verursachte Ventilgeräusch. Sich ohne richtige Durchmesserwahl auf die Regelungsart zu verlassen, ist dagegen eine kurzfristige Lösung; auf lange Sicht kann ein Austausch der Rohre erforderlich werden.

Parallel zu den Schritten der Wilo-Pumpenberechnung für den kritischen Strang ist die Abstimmung der Grundfos-Pumpenauswahl auf den Rohrdurchmesser wie folgt zu prüfen: Zunächst wird für jede Zone der Volumenstrom einzeln berechnet, anschließend werden für die kritische Zone die äquivalente Gesamtlänge und der spezifische Druckverlust ermittelt, und schließlich wird die Pumpenkennlinie am Schnittpunkt dieser beiden Werte abgelesen. Hinweise zur Bewertung der Effizienz finden Sie in unserem Ratgeber. (Details: Stromverbrauch der Umwälzpumpe: Wie viel Einsparung bringt der Austausch einer alten Pumpe?)

Die Dimensionierung von Kompensatoren und flexiblen Verbindungen betrifft Elemente, die dem Rohrdurchmesser genau entsprechen müssen. Werden die am Ein- und Austritt der Pumpe angeschlossenen flexiblen Verbindungen kleiner als der Rohrdurchmesser gewählt, entsteht durch die Querschnittsverengung zusätzlicher Druckverlust, und durch den Bernoulli-Effekt nehmen die Schwingungen zu. Der Einsatz von Kompensatoren in Leitungen ab DN 50 wird im Rahmen von TS EN 12828 empfohlen. (Details: Was ist ein Kompensator? Wo werden Gummi- und Metallkompensatoren eingesetzt?)

• Der Durchmesser der flexiblen Verbindung wird gleich dem Rohrdurchmesser gewählt; eine um eine DN-Größe kleinere Wahl verdoppelt die Verluste ungefähr
• Betriebsdruck und Temperatur des Kompensators müssen die Auslegungswerte der Rohrleitung erfüllen
• Kompensatoren in Gitterbauart nehmen axiale Bewegungen auf, solche in Winkelbauart laterale Bewegungen; der Typ wird nach der Leitungsgeometrie gewählt
• Die Rohre an beiden Enden des Kompensators müssen unabhängig voneinander befestigt werden; andernfalls wird das Element gezwungen, die axiale Last aufzunehmen

Auch der Durchmesser der Anschlussleitung des Ausdehnungsgefäßes ist Teil der Berechnungskette. Wird die Anschlussleitung zu klein gewählt, gleicht sich der Druck bei thermischer Ausdehnung nicht aus, und die Anlage entleert sich ständig über das Sicherheitsventil. Die Norm TS EN 12828 legt den Mindestinnendurchmesser der Anschlussleitung des Ausdehnungsgefäßes mit 15 mm fest, und dieser Wert wächst mit der Kapazität der Anlage. (Details: Berechnung des Ausdehnungsgefäßes)

Im Hinblick auf den Wasserschlag ist die Durchmesserwahl entscheidend. Nach der Joukowsky-Beziehung ΔP = ρ × a × Δv ist der Druckstoß der Strömungsgeschwindigkeit direkt proportional. Da die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit im Stahlrohr ca. 1.200 m/s beträgt, erzeugt das plötzliche Unterbrechen einer Geschwindigkeit von 1,5 m/s ca. 18 bar zusätzlichen Druck; bei 0,8 m/s erzeugt derselbe Vorgang ca. 9,6 bar. Wird der Rohrdurchmesser vergrößert, sinkt die Geschwindigkeit bei gleichem Volumenstrom, und der Druckstoß verringert sich. (Details: Was ist ein Wasserschlag (Druckstoß)? Wie verhindert man Schlaggeräusche in Rohren?)

Wird in einer bestehenden Installation die Grenze der Strömungsgeschwindigkeit überschritten, gibt es zwei Möglichkeiten: den Rohrdurchmesser vergrößern oder die Pumpendrehzahl senken. Beide verringern die Geschwindigkeit, gelten aber unter unterschiedlichen Bedingungen. Der folgende Vergleich ordnet beide Wege nach messbaren Kriterien.

• Ursache der Geschwindigkeit beachten – Wurde die Pumpe größer als erforderlich gewählt, senken Sie die Drehzahl; ist der Volumenstrom zwingend und das Rohr zu eng gewählt, vergrößern Sie den Durchmesser
• Umsetzungsdauer – Drehzahlsenkung 5 Minuten; Vergrößerung des Durchmessers je nach Abschnitt zwischen einem halben Tag und mehreren Tagen
• Energetische Wirkung – Drehzahlsenkung: Der Volumenstrom sinkt im Verhältnis der Drehzahl, die Leistung mit der dritten Potenz der Drehzahl; eine Senkung der Drehzahl um 20 Prozent verringert die Leistung um ca. 49 Prozent
• Einfluss auf die thermische Leistung – Drehzahlsenkung: Der Volumenstrom sinkt, in entfernten Kreisen kann die Erwärmung schwächer ausfallen; Vergrößerung des Durchmessers: Der Volumenstrom bleibt erhalten, die Leistung wird nicht beeinträchtigt
• Risiko von Wasserschlag – Drehzahlsenkung: Da die Geschwindigkeit sinkt, verringert sich der Druckstoß; Vergrößerung des Durchmessers: Wirkung in dieselbe Richtung
• Kostenpositionen – Drehzahlsenkung: nur die Arbeitsminuten; Vergrößerung des Durchmessers: Rohr, Formstücke, Dämmung, Arbeitsleistung und gegebenenfalls Estrich- bzw. Wandöffnung
• Für wen geeignet – Drehzahlsenkung: Wohnungsinstallationen mit zu groß gewählter, stark erhitzter Pumpe; Vergrößerung des Durchmessers: Einzelleitungen mit zwingendem Volumenstrom und einer Geschwindigkeit über 1,5 m/s

Praxisurteil: Senken Sie zuerst die Drehzahl und wiederholen Sie die Messung; liegt die Geschwindigkeit weiterhin über der Grenze, gehen Sie zur Vergrößerung des Durchmessers über. Diese Reihenfolge probiert zuerst die kürzeste Lösung aus und hilft Ihnen, unnötige Änderungen an der Installation zu vermeiden.

Jeder an den Hauptstrang angeschlossene Abzweig führt weniger Volumenstrom als der Hauptstrang; deshalb kann und soll der Abzweigdurchmesser kleiner sein als der des Hauptstrangs. Dem Hauptstrang denselben Durchmesser zu geben, bedeutet unnötige Kosten und eine unzureichende Geschwindigkeit. Jeder Abzweig wird entsprechend seinem Volumenstrom gesondert berechnet; das Ergebnis wird auf die nächste Norm-DN-Größe aufgerundet.

Die Reihenfolge der Durchmesserreduzierung bei Zonenleitungen ist wie folgt. Die aus dem Heizraum abgehende Hauptleitung hat den größten Durchmesser; am ersten Verzweigungspunkt teilt sich die Leitung in zwei, und jeder Zweig verkleinert sich entsprechend seinem Volumenstrom. Dieser Vorgang setzt sich bis zum letzten Heizkörper fort. Der Volumenstrom in jedem Querschnitt entspricht der Summe der Volumenströme aller Armaturen, die von diesem Abschnitt versorgt werden. Am Anfangspunkt werden die Volumenströme aller Zonen addiert und dem Hauptstrang zugeführt.

In Fußbodenheizungssystemen bleibt der Durchmesser jeder Schleife konstant (meist 16 mm oder 20 mm PEX), aber die Verteileranschlussleitung und die Vor- und Rücklaufhauptleitung werden gesondert berechnet. Der Durchmesser des Verteilers wird nach der Gesamtzahl der Zonen und der Volumenstromkapazität mit DN 25 oder DN 32 festgelegt. (Details: Welche Umwälzpumpe wird für eine Fußbodenheizung verwendet?)

Der Hauswasserzähler und der Durchmesser seiner Anschlussleitung müssen auf Netzdruck und Auslegungsvolumenstrom abgestimmt sein. Die Wahl der Wasserzählergröße ist eine Fortführung der Rohrberechnung; wird der Zähler zu klein gewählt, übersteigt die durchströmende Menge den Nennvolumenstrom des Zählers, es entstehen Messfehler und übermäßiger Druckverlust. Wird der Zähler dagegen zu groß gewählt, sinkt bei niedrigem Volumenstrom die Messgenauigkeit.

Der aus der Trinkwasser-Rohrdurchmesserberechnung gewonnene Auslegungsvolumenstrom bestimmt den Nennvolumenstrom des Zählers (Q3-Wert). Für Wohngebäude ist ein Zähler DN 20 die übliche Wahl; für Gebäude mit vielen Wohnungen oder Gewerbegebäude kann DN 25 oder DN 32 erforderlich sein. (Details: Wie wählt man einen Wasserzähler? Was bedeuten DN15, DN20, DN25 und DN50?)

Liegt der Netzdruck über dem Auslegungswert, wird der Druckminderer vor der Berechnung des Rohrdurchmessers positioniert; die Rohrberechnung hinter dem Druckminderer erfolgt nach dem Auslegungsbetriebsdruck. In der Rohrleitung hinter dem Druckminderer kann die Druckstufe PN aller Verbindungen und Armaturen nach dem reduzierten statt nach dem Netzdruck gewählt werden; das bringt einen Kostenvorteil. Nach Abschluss der Berechnung des Trinkwasser-Rohrdurchmessers ermittelt eine Druckkarte den Punkt mit dem niedrigsten Druck im System und optimiert bei Bedarf die Position der Pumpe oder des Druckminderers. (Details: Verwendung von Druckminderern)

Bei der Wahl des Kvs-Werts eines Druckminderers werden Rohrvolumenstrom und Nenndruckdifferenz mit derselben Beziehung berechnet. Die Nennweite des Ventils wird gleich dem Rohrdurchmesser oder um eine DN-Größe größer gewählt; eine kleinere Wahl lässt den Druckminderer bei Nenndruck vollständig geschlossen arbeiten und beeinträchtigt die Regelgenauigkeit. Darüber hinaus legt in Gebieten mit jahreszeitlich schwankendem Netzdruck (einschließlich Istanbul, in vielen städtischen Installationsgebieten) ein konstant gehaltener Einstellwert des Druckminderers auch den in der Rohrdurchmesserberechnung verwendeten Referenzdruck fest; diese Konsistenz macht den Betriebspunkt der Pumpe stabil.

Der Verteiler ist ein Verteilelement, das in einem Heizungs- oder Trinkwassersystem mehrere Zonen versorgt; die Nennweite des Verteilers wird über den gesamten Auslegungsvolumenstrom und die zulässige Durchströmungsgeschwindigkeit bestimmt. Im Verteiler darf die Geschwindigkeit nicht unter 0,3 m/s fallen und 1,0 m/s nicht überschreiten. Für Fußbodenheizungsverteiler reicht DN 25 meistens für 4–6 Kreise aus; ab 8 Kreisen kann DN 32 oder DN 40 erforderlich sein.

Bei der Berechnung des Verteilerdurchmessers ist der Gesamtvolumenstrom die Summe der Volumenströme aller Zonen. Beispiel: 6 Zonen, je Zone 0,3 m³/h → insgesamt 1,8 m³/h. Mit einer Geschwindigkeitsgrenze von 0,8 m/s beträgt der erforderliche Innendurchmesser d = √(4 × (1,8 ÷ 3600) ÷ π) = √(0,000796) ≈ 28,2 mm → DN 32 wird gewählt. Jede vom Verteiler abgehende Abzweigleitung wird dagegen entsprechend ihrem eigenen Zonenvolumenstrom einzeln berechnet; für eine einzelne Zone mit 0,3 m³/h reicht DN 15. Hinweise zur Verteilerauswahl und zur Logik des Zonenabgleichs finden Sie in unserem zugehörigen Ratgeber. (Details: Wie wird ein Fußbodenheizungsverteiler eingestellt? Wie erfolgt die Einstellung des Durchflussmessers?)

Auch die Wahl zwischen einem Edelstahlverteiler und einem Messingverteiler beeinflusst die Durchmesserberechnung. Bei Edelstahlverteilern ist die Rauheit der Innenfläche geringer; daher ist der Reibungsverlust bei gleichem Volumenstrom etwas geringer als bei Messing. Die praktische Wirkung des Unterschieds ist gering, kann aber bei engen Berechnungsmargen ausschlaggebend sein. (Details: Edelstahl- oder Messingverteiler? Welcher ist besser?)