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Wärmeübertrager: Rohrbündel

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Kostenfunktion für Rohrbündelwärmeübertrager

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Standardleistungsverzeichnis des Gerätetyps

  • Enthaltene Komponenten
    • Stahlrippenrohrregister aus ST 35.9 oder Edelstahl mit Rohrbögen, Sammlern, Anschlussstutzen
    • Stahlblechgehäuse mit eingebautem Register, Anschlüssen für Rauchgasein- bzw. -austritt
    • Austrittshaube
    • Armaturen (Entlüftungsventil, Entleerungsventil, Zeigerthermometer für Wassertemperatur und Rauchgastemperatur, Manometer, Sicherheitsventil)
    • Anstrich mit hochhitzebeständigem Korrosionsschutz
    • Mineralwollmatten auf verzinktem Drahtgeflecht, Abstandshalter und Schutzmantel
    • Schutzmantel aus Aluminiumblech oder verzinktem Blech oder Edelstahl
    • Auslegung
    • Zusammenbau des Geräts und Abnahme

Weitere Informationen finden Sie unter "Hinweise zur Nutzung"!

Abschätzung wichtiger zusätzlicher Kosten

Montage- und Inbetriebnahmekosten vor Ort hängen grundsätzlich von der gewünschten Ausführung des Wärmeübertragers und den lokalen Gegebenheiten ab. Eine Abschätzung dieser Kosten mittels eines prozentualen Ansatzes ist daher nicht möglich.

Beschreibung des Gerätetyps

Rohrbündelwärmeübertrager stellen die älteste Bauart für Wärmeübertrager dar. Sie bieten universelle Anwendungsmöglichkeiten und können für alle Leistungsgrößen und Abmessungen gefertigt werden. Kern des Rohrbündelwärmeübertragers ist ein Rohrbündel, das innen und außen von den beiden Medien durch- bzw. umströmt wird. In der Hauptsache werden bei den Rohrbündelwärmeübertragern zwei Bauformen unterschieden. Einerseits die Apparate mit geraden Rohren und andererseits die Apparate mit Haarnadelrohren (U-Rohren).

Rohrbündelwärmeübertrager mit geraden Rohren und U-Rohren

Bei den Rohrbündelapparaten mit geraden Rohren sind die Rohre in zwei Rohrböden eingelassen. Das die Rohre durchströmende Medium durchströmt die erste Hälfte der Rohre von links nach rechts und nach Umlenkung in der Haube die zweite Hälfte der Rohre von rechts nach links. Das die Rohre umströmende Medium tritt durch die Mantelstutzen ein bzw. aus. Durch im Mantelraum befindliche Umlenksegmente kann dabei die Strömungsführung im Wärmeübertrager variiert werden. Ohne Umlenksegmente besteht die Möglichkeit einer reinen Längsströmung, mit Umlenksegmenten kann eine Querströmung eingestellt werden. Die Querströmung zeichnet sich gegenüber der Längsströmung durch einen besseren Wärmeübergang aber auch durch höhere Druckverluste aus. Variationen des Rohrbündelwärmeübertragers mit geraden Rohren sind Rohrbündelwärmeübertrager mit Dehnungsausgleichselement im Mantelrohr (Kompensation hoher Spannungen infolge hoher Temperaturunterschiede zwischen Rohr- und Mantelraum), Rohrbündelwärmeübertrager mit Mantelstopfbüchse (Dehnungsausgleich bei hohen Drücken) und Rohrbündelwärmeübertrager mit schwimmendem Kopf.

U-Rohrbündelwärmeübertrager weisen nur einen Rohrboden auf. In diesen sind U-förmige Rohre eingelassen. Durch diese Bauweise werden Spannungen durch Dehnungsunterschiede von Rohren und Mantel vermieden. Es besteht bei dieser Bauform die Möglichkeit, das Rohrbündel mit dem Rohrboden aus dem Mantel auszuziehen und so eine Rohraußen- oder Mantelraumreinigung vorzunehmen.

Eine Reinigung der Rohrinnenseite kann bei allen Rohrbündelapparaten mechanisch (Kunststoffbürsten, Schwammkugeln) oder chemisch erfolgen.

U-Rohrbündelwärmeübertrager

U-Rohrbündelwärmeübertrager werden nicht in Serie gefertigt. Sie werden auf den speziellen Anwendungsfall hin konzipiert und kalkuliert. Daher liegen für Rohrbündelapparate selten Preislisten sondern rechnerunterstützte Kalkulations­schemata vor. Diese erfordern allerdings Sachkenntnisse bezüglich der Konstruktion und Gestaltung von Rohrbündelwärmeübertragern, wie das nachstehend kurz erläuterte Kalkulationsschema zeigt.

Grundlage der Kalkulation ist die Aufstellung einer Stückliste. Diese umfasst z.B. für einen U-Rohrbündelapparat ca. 45 Positionen. Jeder Position der Stückliste werden Kosten zugeordnet, z.B. die Materialkosten aus Materialpreis und Materialmenge oder die Kosten einer Armatur gemäß einer vorliegenden Preisliste. Die Summe ergibt die gesamten Materialkosten. Dazu werden die Fertigungskosten addiert. Diese setzen sich zusammen aus der Eigenfertigung (hier greifen firmenspezifische Ansätze und Berechnungsmethoden), der Fremdfertigung und Kosten für spezielle Fertigungsschritte wie z.B. Wärmebehandlung. Weiterhin sind Kosten für die Konstruktion, die Montage, die ggf. erforderliche TÜV-Abnahme, Teuerungszuschläge, Risikozuschläge sowie Reisekosten zu berücksichtigen. Letzte Position sind die Gemeinkosten. Sie beinhalten die Materialgemeinkosten, Kosten für Entwurf, Verwaltung und Vertrieb sowie Finanzierung und Garantie. Die Gesamtsumme ergibt dann den Preis des Apparates.

Für die Ableitung von Kostenfunktionen muss daher auf eine spezielle Apparateklasse zurück gegriffen werden, die aufgrund eines festvorgegebenen Anwendungsfalls als Standardapparategruppe bezeichnet werden kann. Bei Kesselsystemen können Rohrbündelapparate zur Speisewasser-Vorwärmung mittels der Kesselabgase, so genannte Economiser, als solche betrachtet werden. Economiser werden oft als Option zu einem Kessel zur Verbesserung des Wirkungsgrads angeboten. Sie stellen einen Spezialfall eines Wärmeübertragers Rauchgas/Wasser dar und unterliegen hiermit den dabei üblichen Berechnungsschritten zur Dimensionierung:

  1. Feststellung der Rauchgastemperatur () und des Rauchgasmassenstroms ()
  2. Festlegung der Rauchgastemperatur vor Kamin ()
  3. Berechnung der Enthalpien des Rauchgases:  bzw. 
  4. Berechnung der Leistung des Rauchgases:
  5. Berechnung der Daten des Wasserstroms aus:
  6. Bestimmung der logarithmischen Temperaturdifferenz im Economiser:
    mit:
  7. Festlegung des Wärmedurchgangskoeffizienten k: beim Rippenrohr z.B. 31 W/m2K)
  8. Berechnung der Fläche des Economisers:

Der Economiser ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter des Rauchgases und des Wassers vom zugehörigen Kessel vorgegeben sind. Sind z.B. die Parameter des Wassers frei wählbar, ergibt sich bei gleichem Rauchgasstrom und gleicher Leistung eine andere Fläche, da die Temperaturdifferenz sich ändert.

Die Kenntnis der flächenbezogenen Kosten der Economiser kann damit generell für die Preisabschätzung von Rohrbündelapparaten gleichen Aufbaus genutzt werden.