CO2-Rohrleitungsdimensionierung
Systemdaten
Erweitert – Zuschläge & Rohrmaterial
Verdampfer
| Name | Kreislauf | kW |
|---|
Projekt
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Optionen · Einheiten
Fließschema
Materialliste
Isolierung
Anschlüsse je Verdampfer
Hauptstränge
Berechnung anzeigen
Berechnung pro Rohr
| Rohr | Massenstrom [kg/s] | Dichte [kg/m³] | Innendurchmesser [mm] | Geschwindigkeit [m/s] | Re | f | Länge (+ Äquivalentlänge) [m] | Δp [kPa] | Δp pro Meter [Pa/m] | Rohrart, PS |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| #1 1/2" · Flüssigkeit: Kältemaschine → Kühlraum 1 | 0,1043 | 972,4 | 11,2 | 1,09 | 103.000 | 0,0185 | 6 (+1,8) | 7,44 | 954 | K65 · PS 60 bar |
| #2 1/2" · Flüssigkeit: Kühlraum 1 → Tiefkühler 1 | 0,07272 | 972,4 | 11,2 | 0,759 | 71.900 | 0,0198 | 6 (+1,8) | 3,87 | 496 | K65 · PS 60 bar |
| #3 3/8" · Flüssigkeit: Tiefkühler 1 → Kühlraum 2 | 0,05316 | 972,4 | 8,4 | 0,986 | 70.100 | 0,0201 | 6 (+1,8) | 8,84 | 1.130 | K65 · PS 60 bar |
| #4 3/8" · Flüssigkeit: Kühlraum 2 → Tiefkühler 2 | 0,02948 | 972,4 | 8,4 | 0,547 | 38.900 | 0,0226 | 6 (+1,8) | 3,06 | 392 | K65 · PS 60 bar |
| #5 3/8" · Flüssigkeit: Tiefkühler 2 → Kühlmöbel MT | 0,01579 | 972,4 | 8,4 | 0,293 | 20.800 | 0,026 | 6 (+1,8) | 1,01 | 129 | K65 · PS 60 bar |
| #6 1/2" · MT-Saugleitung: Kältemaschine → Kühlraum 1 | 0,07103 | 70,26 | 11,2 | 10,3 | 584.000 | 0,0146 | 6 (+1,8) | 37,7 | 4.830 | K65 · PS 52 bar |
| #7 3/8" · MT-Saugleitung: Kühlraum 1 → Kühlraum 2 | 0,03946 | 70,26 | 8,4 | 10,1 | 433.000 | 0,0155 | 6 (+1,8) | 52 | 6.670 | K65 · PS 52 bar |
| #8 3/8" · MT-Saugleitung: Kühlraum 2 → Kühlmöbel MT | 0,01579 | 70,26 | 8,4 | 4,05 | 173.000 | 0,0173 | 6 (+1,8) | 9,29 | 1.190 | K65 · PS 52 bar |
| #9 1/2" · LT-Saugleitung: Kältemaschine → Tiefkühler 1 | 0,03326 | 32,8 | 11,2 | 10,3 | 310.000 | 0,0157 | 6 (+1,8) | 19 | 2.430 | K65 · PS 30 bar |
| #10 3/8" · LT-Saugleitung: Tiefkühler 1 → Tiefkühler 2 | 0,01369 | 32,8 | 8,4 | 7,53 | 170.000 | 0,0174 | 6 (+1,8) | 15 | 1.920 | K65 · PS 30 bar |
| #11 3/8" · Leitung zu Kühlraum 1 · Flüssigkeit | 0,03157 | 972,4 | 8,4 | 0,586 | 41.600 | 0,0223 | 5 (+1,5) | 2,88 | 443 | K65 · PS 60 bar |
| #12 3/8" · Leitung zu Kühlraum 1 · MT-Saugleitung | 0,03157 | 70,26 | 8,4 | 8,11 | 346.000 | 0,0159 | 5 (+1,5) | 28,4 | 4.370 | K65 · PS 52 bar |
| #13 3/8" · Leitung zu Kühlraum 2 · Flüssigkeit | 0,02368 | 972,4 | 8,4 | 0,439 | 31.200 | 0,0237 | 5 (+1,5) | 1,72 | 265 | K65 · PS 60 bar |
| #14 3/8" · Leitung zu Kühlraum 2 · MT-Saugleitung | 0,02368 | 70,26 | 8,4 | 6,08 | 260.000 | 0,0164 | 5 (+1,5) | 16,5 | 2.540 | K65 · PS 52 bar |
| #15 3/8" · Leitung zu Kühlmöbel MT · Flüssigkeit | 0,01579 | 972,4 | 8,4 | 0,293 | 20.800 | 0,026 | 5 (+1,5) | 0,84 | 129 | K65 · PS 60 bar |
| #16 3/8" · Leitung zu Kühlmöbel MT · MT-Saugleitung | 0,01579 | 70,26 | 8,4 | 4,05 | 173.000 | 0,0173 | 5 (+1,5) | 7,74 | 1.190 | K65 · PS 52 bar |
| #17 3/8" · Leitung zu Tiefkühler 1 · Flüssigkeit | 0,01956 | 972,4 | 8,4 | 0,363 | 25.800 | 0,0247 | 5 (+1,5) | 1,23 | 189 | K65 · PS 60 bar |
| #18 3/8" · Leitung zu Tiefkühler 1 · LT-Saugleitung | 0,01956 | 32,8 | 8,4 | 10,8 | 243.000 | 0,0165 | 5 (+1,5) | 24,3 | 3.740 | K65 · PS 30 bar |
| #19 3/8" · Leitung zu Tiefkühler 2 · Flüssigkeit | 0,01369 | 972,4 | 8,4 | 0,254 | 18.100 | 0,0269 | 5 (+1,5) | 0,654 | 101 | K65 · PS 60 bar |
| #20 3/8" · Leitung zu Tiefkühler 2 · LT-Saugleitung | 0,01369 | 32,8 | 8,4 | 7,53 | 170.000 | 0,0174 | 5 (+1,5) | 12,5 | 1.920 | K65 · PS 30 bar |
Berechnungsgrundlage
- Verfahren
- Jedes Rohr wird auf die kleinste Nennweite ausgelegt, die die Geschwindigkeit auf oder unter dem Zielwert hält und für den jeweiligen PS ausgelegt ist; der Druckverlust wird nach Darcy–Weisbach berechnet.
- Gleichungen
ṁ = Q / (h″(t₀) − h′(t_liq))v = ṁ / (ρ · π·d²/4)Re = ρ·v·d / μf = 0.25 / [log₁₀(ε/(3.7·d) + 5.74/Re^0.9)]² (Re ≥ 2300); f = 64/Re (Re < 2300)Δp = f · (L/d) · ρ·v²/2, L = length × (1 + allowance %)
- Reibungsbeiwert
- Swamee–Jain (explicit form of Colebrook–White)
- Stoffdaten
- CoolProp, Span–Wagner EOS (R744) 8.0.0
- Normen
- EN 378-2 (PS) · ASTM B280 / EN 12735-1 (outside diameters, walls) · ASME B31.5 (P = 2·S·t/D, S = 41 MPa annealed) · EN 14276 (K65, manufacturer 120 bar)
- Hinweise
- Massenstrom aus Kälteleistung und Enthalpiedifferenz zwischen Sättigungsdampf bei Verdampfungstemperatur und Flüssigkeit bei Flüssigkeitstemperatur; Saugleitungen mit der vorgegebenen Überhitzung.
- Statische Geodätische Höhenunterschiede sowie der Druckverlust von Armaturen und Formstücken über den Zuschlag hinaus sind nicht enthalten.
Druckstufe je Rohrgröße
| Dimension | Standardkupfer (Cu-DHP) | Verstärktes Kupfer (Cu-DHP) | K65-Kupfer (CuFe2P) gewählter Rohrtyp |
|---|---|---|---|
| 1/4" 6,4 mm | 98 bar 0,76 mm | 123 bar 0,95 mm | – |
| 3/8" 9,5 mm | 70 bar 0,81 mm | 88 bar 1,02 mm | 120 bar 0,56 mm |
| 1/2" 12,7 mm | 53 bar MT, LT 0,81 mm | 66 bar 1,02 mm | 120 bar 0,75 mm |
| 5/8" 15,9 mm | 46 bar LT 0,89 mm | 57 bar MT, LT 1,11 mm | 120 bar 0,93 mm |
| 3/4" 19,0 mm | 38 bar LT 0,89 mm | 48 bar LT 1,11 mm | 120 bar 1,19 mm |
| 7/8" 22,2 mm | 42 bar LT 1,14 mm | 53 bar MT, LT 1,43 mm | 120 bar 1,38 mm |
| 1-1/8" 28,6 mm | 36 bar LT 1,27 mm | 46 bar LT 1,59 mm | 120 bar 1,78 mm |
| 1-3/8" 34,9 mm | 33 bar LT 1,40 mm | 41 bar LT 1,75 mm | 120 bar 2,17 mm |
| 1-5/8" 41,3 mm | 30 bar LT 1,52 mm | 38 bar LT 1,91 mm | 120 bar 2,56 mm |
| 2-1/8" 54,0 mm | 27 bar ⛔ 1,78 mm | 34 bar LT 2,22 mm | 120 bar 3,35 mm |
| 2-5/8" 66,7 mm | 25 bar ⛔ 2,03 mm | 31 bar LT 2,54 mm | – |
| 3-1/8" 79,4 mm | 24 bar ⛔ 2,29 mm | 30 bar ⛔ 2,86 mm | – |
| 3-5/8" 92,1 mm | 23 bar ⛔ 2,54 mm | 28 bar ⛔ 3,18 mm | – |
| 4-1/8" 104,8 mm | 22 bar ⛔ 2,79 mm | 27 bar ⛔ 3,49 mm | – |
| 5-1/8" 130,2 mm | 20 bar ⛔ 3,18 mm | 25 bar ⛔ 3,97 mm | – |
| 6-1/8" 155,6 mm | 19 bar ⛔ 3,56 mm | 23 bar ⛔ 4,45 mm | – |
Standardkupfer (Cu-DHP): Übliches Kältemittelrohr (ACR). Nur die kleinsten Abmessungen halten dem CO2-Druck stand — siehe die ⛔-Markierung gegenüber Ihrem Auslegungsdruck.
Verstärktes Kupfer (Cu-DHP): Gleiches Material, aber ca. 25 % stärkere Wand, für einen höheren zulässigen Druck als Standardkupfer.
K65-Kupfer (CuFe2P): Hochfeste Kupferlegierung für CO2, 120 bar. Standardwahl für subkritische und transkritische Systeme. Nur von 3/8″ bis 2-1/8″ erhältlich — größere Abmessungen benötigen ein anderes Rohrmaterial.
Quelle und Methode: Standard- und verstärktes Kupfer nach der Kesselformel P = 2·S·t/D mit S = 41 MPa (6.000 psi), der zulässigen Spannung für weichgeglühtes Kupferrohr bis 38 °C. Hartlöten glüht das Rohr an jeder Verbindung aus, daher wird eine hartgelötete Anlage mit dem Wert für geglühtes Rohr gerechnet (Copper Tube Handbook, ASME B31.5); der Wert für hartgezogenes Rohr, etwa 69 MPa, gilt nur für Bördel- oder Klemmverbindungen. K65: vom Hersteller (Wieland) angegebene 120 bar für die Legierung CuFe2P nach EN 14276, 3/8″–2-1/8″. Vor der Montage immer mit den Herstellerdaten abgleichen.
Andere Länder
Die obigen Druckstufen folgen der europäischen Praxis (EN 378, EN 14276, EN 13480-3; Kupferwände nach ASTM B280/B88). In anderen Märkten werden Kältemittelleitungen stattdessen nach diesen Normen ausgelegt und zugelassen. Dieser Rechner wurde nicht gegen diese Normen geprüft – verwenden Sie die Norm, die dort gilt, wo die Anlage installiert wird.
USA
- ASME B31.5 – Refrigeration Piping and Heat Transfer Components: Rohrleitungsauslegung, Auslegungsdruck und Prüfdruck
- ANSI/ASHRAE Standard 15 – Safety Standard for Refrigeration Systems: Sicherheitsanforderungen für Kälteanlagen
- ASTM B280 – Seamless Copper Tube for Air Conditioning and Refrigeration Field Service: Kupferrohr
Kanada
- CSA B52:23 – Mechanical refrigeration code: Kältetechnische Vorschrift; verweist auf ASME B31.5 für Rohrleitungen
Australien und Neuseeland
- AS/NZS 5149 – Refrigerating systems and heat pumps — Safety and environmental requirements: Sicherheitsanforderungen für Kälteanlagen
- AS 4041 – Pressure piping: Rohrleitungsauslegung, Auslegungsdruck und Prüfdruck
- AS/NZS 1571 – Copper — Seamless tubes for air-conditioning and refrigeration: Kupferrohr
Häufige Fragen zur Rohrdimensionierung für CO2
Wie berechnet man eine CO2-Rohrleitung (R744)?
Der Rechner ermittelt den Massenstrom aus der Kälteleistung jedes Verdampfers und den Stoffwerten von CO2 bei Verdampfungs- und Flüssigkeitstemperatur und wählt dann die kleinste Rohrgröße, bei der die Geschwindigkeit unter dem Zielwert bleibt. Der Druckverlust wird nach Darcy–Weisbach berechnet und zusätzlich als Temperaturabfall (K) angezeigt.
Im Rechner oben berechnen ↑CO2 (R744) Rohrdimensionierung – Stahl →
Welche Geschwindigkeit gilt für Saugleitung und Flüssigkeitsleitung bei CO2?
Voreingestellt sind 12 m/s in der MT- und LT-Saugleitung und 1,2 m/s in der Flüssigkeitsleitung. Höhere Geschwindigkeit ergibt kleinere Rohre, aber mehr Druckverlust, und steigende Saugleitungen brauchen genug Geschwindigkeit für die Ölrückführung zu den Verdichtern. Alle Werte lassen sich ändern.
Warum K65 Kupferrohr in der CO2-Kälteanlage?
CO2-Anlagen arbeiten mit deutlich höheren Drücken als HFKW-Anlagen. K65 (Legierung CuFe2P, EN 14276) ist in den Größen 3/8" bis 2-1/8" für 120 bar ausgelegt und hier voreingestellt. Normales ACR-Kupferrohr hat in den größeren Abmessungen eine viel geringere Druckstufe; eine Größe, die den eingegebenen Auslegungsdruck nicht erreicht, wird mit ⛔ markiert und nie automatisch gewählt.
Im Rechner oben berechnen ↑CO2 (R744) Rohrdimensionierung – Stahl →
Welchen maximal zulässigen Druck (PS) soll ich eingeben?
Die Vorgaben – 52 bar MT-Saugleitung, 30 bar LT-Saugleitung und 60 bar Flüssigkeitsleitung – sind übliche Ausgangswerte für eine transkritische CO2-Boosteranlage nach EN 378-2. Verwenden Sie immer den PS Ihrer eigenen Anlage nach EN 378 und Druckgeräterichtlinie.
Im Rechner oben berechnen ↑Sicherheitsventil & Ausblaseleitung (EN 13136 / EN ISO 24664) →
Funktioniert der Rechner für transkritische Boosteranlagen?
Ja. Auf der Niederdruckseite werden MT-Saugleitung, LT-Saugleitung und die Flüssigkeitsleitung vom Sammler zu den Verdampfern ausgelegt, wo CO2 unterkritisch ist (−50 bis +10 °C). Mit „Leitung zum Gaskühler“ wird auch die Hochdruckseite ausgelegt: die Heißgasleitung zum Gaskühler und die Rücklaufleitung von dort (75–140 bar, CO2-Stoffwerte aus CoolProp). Die Druckstufen gelten bei Raumtemperatur; prüfen Sie die Druckstufe der Heißgasleitung bei ihrer tatsächlichen Temperatur.
Ist der Rechner kostenlos, und was bekomme ich?
Er ist kostenlos und ohne Anmeldung. Sie erhalten Rohrgröße, Geschwindigkeit und Druckverlust für jeden Rohrabschnitt, eine Materialliste je Abmessung, die Dämmung und ein Fließschema, das auf A4 bis A1 gedruckt und als Projektdatei gespeichert werden kann.