Die Hazen-Williams-Gleichung ist die Formel, nach der Bau- und Sanitäringenieure zunächst greifen, wenn sie eine Wasserleitung dimensionieren oder prüfen, wie viel Druck eine Leitung durch Reibung verliert. Dieser Rechner berechnet den Druckverlust für eine bestimmte Durchflussrate, einen C-Faktor, einen bestimmten Durchmesser und eine bestimmte Länge – oder arbeitet rückwärts, um die Durchflussrate zu ermitteln, die ein Zieldruckverlust zulässt.

So funktioniert der Hazen-Williams-Rechner

Der Rechner verwendet die SI-Form der Hazen-Williams-Gleichung, hf = 10,67 · L · Q1,852 / (C1,852 · D4,87), wobei hf der Druckverlust in Metern, L die Rohrlänge in Metern, Q die Durchflussrate in Kubikmetern pro Sekunde, C der Rauheitskoeffizient und D ist Innendurchmesser in Metern. Die Registerkarte Druckverlust fügt Ihre Eingaben direkt in diese Formel ein. Die Registerkarte „Durchflussrate“ kehrt sie algebraisch um – löst nach Q bei gegebener Ziel-HF auf –, sodass Sie ausgehend von einem Druckbudget rückwärts arbeiten können, statt vorwärts ausgehend von einer Durchflussrate.

Die Gleichung ist empirisch: Hazen und Williams haben sie anhand realer Rohrströmungsmessungen kalibriert, anstatt sie aus ersten Prinzipien abzuleiten, weshalb sie nur für Wasser bei typischen Temperaturen (ungefähr 5–25 °C) und turbulenter Strömung gilt. Für Nichtwasserflüssigkeiten oder für Strömungen, die außerhalb des normalen Viskositätsbereichs von Wasser liegen, ist die allgemeinere Darcy-Weisbach-Gleichung das richtige Werkzeug.

Eingaben und was sie bedeuten

Durchflussrate (Q) wird in Litern pro Sekunde eingegeben – eine praktische Skala für typische Versorgungsleitungen im privaten und gewerblichen Bereich (ungefähr 0,5–30 l/s). C-Faktor ist der Hazen-Williams-Rauheitskoeffizient; Verwenden Sie die Registerkarte „C-Faktor-Referenz“, um einen realistischen Wert für das Material und Alter Ihrer Pfeife auszuwählen, anstatt zu raten. Durchmesser (D) ist der Innendurchmesser des Rohrs in Millimetern – nicht die auf dem Rohr aufgedruckte Nenngröße, die je nach Wandstärke und Zeitplan vom tatsächlichen Innendurchmesser abweichen kann. Länge (L) ist die gesamte Lauflänge in Metern, gemessen entlang des Rohrs (keine geradlinige Entfernung).

Von diesen hat der Durchmesser bei weitem den größten Einfluss auf das Ergebnis, da er auf die Potenz 4,87 erhöht wird – eine Halbierung des Durchmessers erhöht den Druckverlust um etwa den Faktor 29, wenn alles andere gleich bleibt. Sowohl die Durchflussrate als auch der C-Faktor skalieren den Verlust auf die Leistung von 1,852, sodass eine Erhöhung der Durchflussrate um 10 % den Verlust um etwa 19 % erhöht.

Grenzen und Randfälle

Die Hazen-Williams-Gleichung gilt nur für Wasser in turbulenter Strömung durch volle, geschlossene Rohre – sie sollte nicht für andere Flüssigkeiten, für Gase, für Strömungen in offenen Kanälen oder für laminare Strömungen bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten verwendet werden. Außerdem verliert es außerhalb seines kalibrierten Geschwindigkeitsbereichs an Genauigkeit (ungefähr 0,3–3 m/s / 1–10 ft/s sind typisch für die Wasserverteilungskonstruktion); Verwenden Sie für Geschwindigkeiten, die weit außerhalb dieses Bandes liegen, oder für Flüssigkeiten, die kein Wasser sind, stattdessen die Darcy-Weisbach-Gleichung, die allgemeiner ist, aber einen Reibungsfaktor aus dem Moody-Diagramm oder der Colebrook-Gleichung erfordert.

Der von diesem Rechner angegebene Wert für den Druckabfall geht von der Standardwasserdichte (1000 kg/m³) und der Standardschwerkraft aus – er berücksichtigt keine Höhenänderungen entlang der Strecke, Armaturen- und Ventilverluste (geringfügige Verluste) oder extreme Wassertemperaturen. Fügen Sie für ein vollständiges Systemdesign kleinere Verluste separat hinzu und wenden Sie sich bei sicherheitskritischen Fragen an einen lizenzierten Ingenieur.