Dämmstärke-Rechner für Rohrleitungen

• Berechnungsmodi. „Wärmeverlust (gegebene Dicke)“ wertet den eingegebenen Aufbau aus; „Erforderliche Dicke (Ziel-Oberflächentemperatur)“ iteriert die Dicke der äußersten Dämmschicht, bis die Oberfläche die Zieltemperatur erreicht; andere Schichten (und eine Blechummantelung) bleiben wie eingegeben.
• Rohr-Außendurchmesser und Wand. Aus der Schedule-Auswahl (ASME B36.10M/B36.19M, EN- und Kupferreihen) oder eingetippt. Die Wärmeleitfähigkeit der Wand folgt dem Rohrwerkstoff (Stahl 50, Edelstahl 16, Kupfer 385 W/m·K) und fällt neben der Dämmung kaum ins Gewicht.
• Schichten. Beliebig viele radiale Schichten von der Rohrwand nach außen, jede mit eigener Wärmeleitfähigkeit und Dicke — Dämmung, eine zweite Dämmung für hohe Temperaturen oder eine Blechummantelung. Eine Ummantelung trägt keinen nennenswerten Widerstand bei; sie wirkt über den Emissionsgrad der Oberfläche.
• Wärmeleitfähigkeit k. Die Voreinstellungen sind typische Werte nahe 50 °C; k steigt mit der Temperatur — bei heißem Betrieb den Herstellerwert bei der mittleren Schichttemperatur verwenden, dem Mittel der beiden Grenzflächentemperaturen der Schicht aus der Grenzflächentabelle. „Benutzerdefiniert“ für eigene Werte.
• Emissionsgrad ε. Nur der äußersten Oberfläche: ~0,9 für die meisten Ummantelungen, Gewebe und gestrichene Flächen; ~0,1 für blankes Aluminium; ~0,3 für matten Edelstahl. In ruhender Luft macht die Strahlung oft die Hälfte des äußeren Wärmeübergangs aus.
• Windgeschwindigkeit. 0 = ruhende Luft (freie Konvektion nach Churchill–Chu). Bei Wind wird der Beiwert der erzwungenen Konvektion (Hilpert, Queranströmung eines Zylinders) verwendet, wo er den freien übersteigt; die Strahlung kommt hinzu.
• Innerer Wärmeübergangskoeffizient h_i. Konvektion vom Fluid zur Wand im Rohr. Für gedämmte Rohre selten begrenzend — 500–10.000 W/m²·K für Flüssigkeiten, 20–200 für Gase, 5.000–50.000 für kondensierenden Dampf.
• Abkühlung entlang der Leitung. Mit Länge und Massenstrom klingt die Übertemperatur des Fluids mit exp(−L/(ṁ·cp·R_gesamt)) ab; daraus folgen Austrittstemperatur und Gesamtverlust. Ohne Massenstrom ist der Gesamtwert einfach W/m × Länge bei Eintrittstemperatur.
• Ergebnisse. Wärmeverlust je Meter und je m² Oberfläche; die Temperatur an jeder Grenzfläche; Wirkungsgrad = Minderung gegenüber dem blanken Rohr; und die Widerstandsaufteilung, deren größter Term zeigt, was den Verlust bestimmt.

• Stationäre eindimensionale radiale Wärmeleitung durch konzentrische Schichten in idealem Kontakt (kein Kontaktwiderstand, keine Spalte, keine feuchte Dämmung) mit einer einheitlichen Umgebung.
• Konstante Wärmeleitfähigkeit je Schicht. Real steigt k mit der Temperatur — bei heißem Betrieb den Herstellerwert bei der mittleren Schichttemperatur (Mittel der beiden Grenzflächentemperaturen) nehmen, nicht den Raumtemperaturwert.
• Oberfläche: waagerechter Zylinder in Luft. Freie Konvektion nach Churchill–Chu, erzwungene nach Hilpert (Queranströmung; der größere Wert wird verwendet, keine Kombination), plus linearisierte Strahlung an eine Umgebung mit der Umgebungslufttemperatur. Keine Sonneneinstrahlung, kein Regen.
• Die Abkühlung entlang der Leitung setzt ein einphasiges Fluid mit konstantem cp und konstanter Umgebung voraus; kondensierender Dampf hält seine Temperatur und kühlt nicht auf diese Weise ab.
• Personenschutz: Die Ziel-Oberflächentemperatur ist eine Auslegungsentscheidung. Die Grenzwerte nach ISO 13732-1 hängen von Oberflächenmaterial und Kontaktdauer ab — grob 60 °C für blankes Metall und 70 °C für ummantelte Dämmung bei 1 s Kontakt — gegen die Norm prüfen.
• Kaltbetrieb: Dasselbe Netzwerk liefert Wärmeeintrag und Oberflächentemperatur, Kondensation wird hier aber nicht geprüft — dafür den Rohrkondensationsrechner verwenden.
• Nicht abgebildet: erdverlegte Rohre, Begleitheizung, Flansche und Halterungen (die bei gut gedämmten Leitungen typisch 10–25 % hinzufügen) sowie instationäres Aufheizen oder Abkühlen.

Der SimuPipe-Solver führt den Wärmeverlust entlang eines Rohres als Gesamtkoeffizient U; der Gesamtwiderstand hier liefert dieses U (U = 1/(R_gesamt·π·D_a), D_a = Außendurchmesser der Oberfläche). Die Genauigkeit des Solvers ist Fall für Fall dokumentiert auf der Validierungsseite (53 veröffentlichte Fälle, darunter eine diabate Gasleitung mit konvektivem Wärmeverlust).

Keine dieser Methoden stammt von uns — prüfen Sie sie an der Quelle.

• ISO 12241:2022. Thermal insulation for building equipment and industrial installations — Calculation rules — das industrielle Berechnungsverfahren für Wärmeverlust und Oberflächentemperatur gedämmter Rohre.
• ASTM C680. Standard Practice for Estimate of the Heat Gain or Loss and the Surface Temperatures of Insulated Flat, Cylindrical, and Spherical Systems — das entsprechende ASTM-Verfahren; beide nutzen dasselbe Reihenwiderstandsmodell.
• ISO 13732-1:2006. Ergonomics of the thermal environment — Methods for the assessment of human responses to contact with surfaces — Part 1: Hot surfaces — Grenzwerte der Berührungstemperatur.
• Churchill, S. W. and Chu, H. H. S. (1975). "Correlating equations for laminar and turbulent free convection from a horizontal cylinder." Int. J. Heat Mass Transfer, 18(9), 1049–1053. doi:10.1016/0017-9310(75)90222-7 — die Korrelation der freien Konvektion für ruhende Luft.
• Hilpert, R. (1933). "Wärmeabgabe von geheizten Drähten und Rohren im Luftstrom." Forschung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens, 4, 215–224 — die Korrelation der erzwungenen Konvektion bei Queranströmung (Wind).
• Incropera, F. P., DeWitt, D. P., Bergman, T. L. and Lavine, A. S. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley — das Widerstandsnetzwerk des zusammengesetzten Zylinders, Luftstoffwerte und die Lösung der axialen Abkühlung.