Die Beobachtung von Strömungen zeigt, dass bei geringen Geschwindigkeiten eine stabile Schichtung besteht, sogenannte laminare Strömung, welche bei höheren Geschwindigkeiten instabil wird und in eine wirbelbehaftete, sogenannte turbulente, Strömung umschlägt. Zur Beschreibung der Strömungsform ist die Reynoldszahl massgebend, welche bei Rohrströmungen als Re=v*d/nue berechnet wird (v=mittlere Geschwindigkeit, d=Rohrdurchmesser, nue=kinematische Viskosität). Ab der sogenannten kritischen Reynoldszahl von 2320 wird laminare Rohrströmung turbulent. Wasser hat eine kinematische Viskosität von nue=10_-6 m²/s. Der Volumenstrom, bei dem der Umschlag von laminar zu turbulent erfolgt, beträgt

296 l/h bei PVC-Druckrohr DN50

682 l/h bei KG-Rohr DN110

997 l/h bei KG-Rohr DN160

Die Volumenströme in Rohren von Teichanlagen sind im allgemeinen wesentlich höher, d. h. die hier üblichen Rohrströmungen sind turbulent.

Laminare Strömungen sind (energetisch) verlustärmer als turbulente, der Druckverlust (Hagen-Poiseuille) ist proportional zur mittleren Geschwindigkeit. Die aus gegebenen Stauhöhen abgeleiteten Volumenströme sind zu optimistisch (zu groß), wenn man den Umschlag in turbulente Strömung außer Acht läßt.

Turbulente Strömungen sind (energetisch) verlustreicher, der Druckverlust ist proportional zum Quadrat der mittleren Geschwindigkeit, d. h. die doppelte Geschwindigkeit hat den vierfachen Druckverlust zur Folge. Hier im Forum liest man manchmal, dass durch ein DN110-Rohr etwa 12 m³/h durchlaufen. Man kann auch die doppelte Menge durchbringen, aber dafür müssen die Pumpen dann die vierfache Stauhöhe herstellen. Irgendwann redet man dann nicht mehr von Schwerkraftbetrieb und auch der höhere Energieaufwand (Stromkosten) macht sich bemerkbar. In der Praxis bewährte "wirtschaftliche" Geschwindigkeiten in Rohrleitungen (Maximalwerte im gepumpten Betrieb) sind

in PVC-Druckrohr DN50 etwa 2 m/s (das sind etwa 11,5 m³/h)

in KG-Rohr DN110 etwa 2.3 m/s (das sind etwa 70 m³/h)

in KG-Rohr DN160 etwa 2.4 m/s (das sind etwa 157 m³/h)

Kommentar: KG-Rohre werden als Abflussleitungen und nicht als Pumpenleitungen eingesetzt (max. 0.5 bar). Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit könnte man aber ziemlich viel durchpumpen.

Die Gefahr von Ablagerungen in Rohrleitungen ist bei turbulenter Strömung geringer. Das Geschwindigkeitsprofil ist über den Rohrquerschnitt betrachtet gleichmäßiger, in der Nähe der Rohrwand treten noch relativ hohe Geschwindigkeiten auf.

 

 

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