Hydraulische Systembetrachtung von wassergeführten Heizungs- und Klimaanlagen. Engineering GREAT Solutions

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1 Engineering GREAT Solutions Hydraulische Systembetrachtung von wassergeführten Heizungs- und Klimaanlagen

2 0 % des Endenergieverbrauchs in Deutschland entsteht in Gebäuden, mehr als dreiviertel davon allein in Heizungssystemen.* (*) Quellen: dena / BMWi-Energiedaten 0

3 Sehr geehrte Damen und Herren, Die weltweite Verknappung der Energieressourcen und der damit verbundene Anstieg der Energiepreise sowie die Belastung unserer Umwelt, machen Energie-Effizienz in Gebäuden zu einer immer dringenderen Notwendigkeit. Effizienzverbesserungen lassen sich auf verschiedene Weise bewerkstelligen. Der Energieverbrauch einer bestehenden Anlage kann durch Verbesserungen in der Gebäudeinfrastruktur mittels neuer Wärmedämmung, Austausch von Fenstern usw. reduziert werden. Damit werden erhebliche Ein sparungen erzielt, die dabei anfallenden Investitionskosten sind hingegen sehr hoch und damit mit langen Amortisationszeiten verbunden. Zusätzlich wird häufig vergessen, dass das gesamte HLK-System nach Abschluss dieser Arbeiten neu ein gestellt werden muss, sonst werden diese Einsparmöglichkeiten nicht realisiert. Aber nicht nur in der Sanierung, sondern auch im Neubau ist in den hydronischen Systemen viel Einsparpotenzial beinhaltet. Durch das Optimieren der hydronischen Verteilung im HLK-System wird der Energieverbrauch reduziert, sowie die Regelung und der Komfort verbessert. Diese Lösung ist am kosteneffektivsten. Es zeigen sich sofortige und beträchtliche Auswirkungen. In bestehenden Systemen kann dadurch der Energieverbrauch im Durchschnitt um bis zu 0 % reduziert werden. In fast jeder HLK-Anlage lassen sich Einsparungen erzielen. IMI Hydronic Engineering bietet verschiedene Lösungen für hydronische Systeme, um die Effizienz von HLK-Systemen zu verbessern und die Betriebskosten in Gebäuden jeglicher Größe zu reduzieren. Die Betrachtung der Wärme/Kälte abgebenden Verbraucher, das hydronische Verteilungssystem sowie die Kompatibilität zu den Wärme/Kälte erzeugenden Einheiten ist Teil dieser Broschüre. Neben diesen Funktionalbetrachtungen ist auch die Wichtigkeit der Druckhaltung und Entgasung der Systeme zu betonen und Teil der Ausführungen. Energieverbrauchsreduktion ist aktiver Klimaschutz Optimale Einregulierung der Anlage senkt die Rücklauftemperaturen und macht den Einsatz von Wärmepumpen, Brennwerttechnik und alternativer Energiequellen erst wirtschaftlich Erst eine einregulierte Anlage ermöglicht den modernen Pumpensystemen, ihre niedrigsten Verbrauchswerte zu realisieren Wir wünschen beim Durcharbeiten dieser Broschüre viel Spaß und bei der praktischen Anwendung der enthaltenen Informationen viel Erfolg! Sollten Sie Fragen oder Anregungen haben stehen Ihnen unsere Mitarbeiter gerne zur Verfügung. Mit freundlichen Grüßen IMI Hydronic Engineering

4 Einregulierungsventile Inhaltsverzeichnis Seite Einregulierungsventile Dimensionierung und Einbau Einregulierungsventile Einregulierungsmethoden Schnellmessung Einregulierungsmethoden Vorbereitung IMI TA-Kompensationsmethode 7 IMI TA-Wireless-Methode 8 IMI TA-Diagnose-Methode (Balancing-Methode) 8 Einregulierung Systeme mit variablen Durchflussmengen 0 Systeme mit konstanten Durchflussmengen Einrohrheizung 9 Fußbodenheizung 0 Leistungsgeregelte Pumpen Auswirkung auf die Anlagenfunktion Mengenkonstantes System Mengenvariables System mit ungeregelter Pumpe Mengenvariables System mit leistungsgeregelter Pumpe 7 Hydraulische Grundschaltungen Drosselregelung 9 Einspritzschaltung mit Durchgangsventil Einspritzschaltung mit Dreiwegeventil Umlenkschaltung Beimischschaltung Kesselhydraulik Ein unerklärliches Phänomen Anlagenaufbau Druckloser Verteiler 9 Anlagenaufbau Differenzdruckbehafteter Verteiler 0 Thermostatventile Thermostatventile Funktion und Auswahl Auslegungsbeispiel mit V-exact II Ermittlung der Einstellposition für Thermostatventile in bestehenden Anlagen 8 Dynamic Watermanagement Einfluss geschlossener Druckhalte-, Entgasungssysteme auf die Hydraulik von Heizungs- und Kühlsystemen Druckhaltesysteme Entgasung und Abschlammung 7 Formelzeichen und Abkürzungen

5 Dimensionierung und Einbau Einregulierungsventile IMI TA-Einregulierungsventile können dazu verwendet werden, eine Anlage exakt einzuregulieren. Neben der Möglichkeit der Wassermengeneinstellung besitzen IMI TA- Einregulierungsventile der Serien und STAF Messnippel zur exakten Messung der Durchflussmenge mit Hilfe des Einregulierungscomputers IMI TA-Scope. Wenn das Einregulierungsventil hinter einem Anlagenteil, der starke Turbulenzen hervorrufen kann, installiert ist, wie z. B. einer Pumpe oder einem Regelventil, empfehlen wir eine gerade Rohrstrecke von mindestens 0 d vor dem Ventil. Bauen Sie keine Teile in diese Rohrstrecke ein, die irgendwelche Turbulenzen verursachen können, wie z. B. Temperaturfühler. Eine Einbaulage gegen Flussrichtung ist prinzipiell auch möglich, die Meßgenauigkeit ist dann aber geringer (zus. ± %).. Dimensionierung der Einregulierungsventile Der beste Regelbereich für Einregulierungsventile ist zwischen 0 und 00 % der Gesamtöffnung. Wählen Sie deshalb die Einregulierungsventile so aus, dass der gewünschte Druckverlust für den Nenndurchfluss innerhalb dieses Regelbereiches liegt. (Siehe Diagramm im Typenblatt /STAF, bzw. Datenschieber/-scheibe). Ein Einregulierungsventil, das größer ist als notwendig, kostet nicht nur mehr, sondern es muss im Zweifelsfalle auch nahe der Schließposition eingestellt werden, woraus sich eine relativ schlechte Durchflussgenauigkeit ergibt. Ist der Druckverlust bei der Planung nicht bekannt, muss das Ventil ausschließlich nach dem späteren Durchfluss gewählt werden. Bei Druckverlusten unterhalb kpa wird die Messgenauigkeit durch Einflüsse vor dem Einregulierungsventil, die z. B. durch die Pumpe, Regelventile, Bögen usw. hervorgerufen werden, verschlechtert. Die Tabelle kann zur einfachen Dimensionierung der Einregulierungsventile helfen.. Einbau der Einregulierungsventile Um eine hohe Messgenauigkeit an den Einregulierungsventilen zu erreichen, ist eine gerade Rohrstrecke von d vor dem Ventil und d hinter dem Ventil normalerweise ausreichend (Abb. ). min d min 0d min d min d Abb. : Rohrstrecken vor/hinter einem Meßventil.. Im Vorlauf oder Rücklauf? Hydraulisch ist es egal, ob Einregulierungsventile im Vor- oder Rücklauf installiert werden. Die Durchflussrichtung im Ventil sollte für Vor- und Rücklauf immer die gleiche sein. Erfahrungsgemäß ist es aber sinnvoller, die Einregulierungsventile im Rücklauf einzubauen, insbesondere wenn die Ventile mit einer Füll- und Entleerungseinrichtung ausgestattet sind. In diesem Fall können der dazugehörige Verbraucher oder die zugehörige Rohrleitung einfach entleert werden. Eine Einbaulage mit Flussrichtung gegen den Ventilkegel ist vorzuziehen (Abb. ). Die Messgenauigkeit ist hierbei besser. In der Praxis wird das Einregulierungsventil am bestzugänglichen Platz montiert, und zwar so, dass Turbulenzen vor dem Ventil vermieden werden. Abb. : Flussrichtung durch ein Regulierventil. DN Kvs Abb. : Druckverlauf in einem SIMI TAD Ventil. Kavitation erfolgt wenn der Druck unterhalb von Pv fällt. Durchflussmenge bei vollgeöffnetem Ventil p = kpa m/h p = kpa m/h 0/09,7 0,0 0, 0,0 0, /, 0, 0, 0, 0, 0,7 0,,00 0,,0 8,7,00,0,0,,,0,,,8 0 9,,,,8,70 0,0,,7,70 8, 8,0,7,7 8, 0,8 80 0,0,7 0,8 0,8 9, 00 90,0 0,8,9 9,, 00,0,9,0, 7, 0 0,0,0 7,8 7, 0,0 00 7,0 7,8,0 0,0 87,0 0 8,0,0 0,0 87,0 90, ,0 0,0 9,0 90,0,0

6 Einregulierungsmethoden Schnellmessung Rohrnetzberechnung Mit Computerprogrammen kann aus gehend vom Wärmebedarf die komplette Heizungsoder Kälteanlage dimensioniert werden. Die Programme geben für alle Einregulierungsund Thermostatventile mit Voreinstellung die Voreinstellposition an. Theorie und Praxis sind aber zwei unterschiedliche Dinge. Selbst bei genauester Rohrnetzberechnung lassen sich nicht alle Rohrleitungsteile berücksichtigen, die später in der Anlage verwendet werden. So werden z. B. durch zusätzliche Bögen oder Ventile mit von der Planung ab weichenden Widerstandswerten die berechneten Druckverlustwerte inkorrekt. Ebenso ist es fraglich, ob ein geschweißtes T-Stück in der Praxis wirklich den Zeta-Wert der Rohrnetzberechnung aufweist. Probleme sind oft unumgänglich. Die Lösung dieser Probleme ist aber ebenfalls einfach, wenn man IMI TA-Einregulierungsventile und den Einregulierungscomputer IMI TA-Scope verwendet. Zuerst werden alle Ventile auf die berechneten Voreinstellwerte eingestellt. Da aufgrund der Rohrnetzberechnung das hydraulische Gleichgewicht annähernd erreicht wird, liegt die Abweichung der tatsächlichen Wassermenge von der gewünschten Durchflussmenge bei den meisten Ventilen unter %. Es werden aber einzelne Ventile und Stränge mit größeren Abweichungen zu finden sein. Die Schnellmessung beruht nun darauf, dass jedes Regulierventil nun mit dem IMI TA- Scope-Messgerät nachkontrolliert wird. Falls es erforderlich ist, wird eine Korrektur der Ventilposition und damit der Durchflussmenge durchgeführt. Da aber die Abweichungen in der Regel nicht allzu groß sind, kann ohne spezielle Methode vorgegangen werden. Es ist aber notwendig, dass zuerst die Ventile der untersten Ebene eingestellt werden und danach der nächsten Ebene usw. (zuerst die Abzweige, dann die Stränge etc.). Wurden alle Ventile kontrolliert, ist die Einregulierung beendet. Das Voreinstellen der Einregulierungsventile ohne Nachkontrolle liefert Anlagen mit falscher Durchflussmengenverteilung. Zu hoher Durchfluss in einem Teil bewirkt zu geringen Durchfluss in anderen Teilen. Abhilfe kann hier nur die Nachjustierung der Einregulierungsventile schaffen. Abb. : Messcomputer IMI TA-Scope. Abb. : Messcomputer IMI TA-Scope im Einsatz. Abb. : Messcomputer IMI TA-Scope mit Zubehör im praktischen Koffer.

7 Einregulierungsmethoden Vorbereitung Vorbereitung für die Einregulierung. Bevor Sie mit der Einregulierung be ginnen können, müssen verschiedene Vorkehrungen getroffen werden. Diese Vorkehrungen sind gleich, egal ob Sie mit der effizienten IMI TA-Diagnose- Methode oder lieber mit der traditionellen IMI TA-Kompensations- bzw. der neuen IMI TA Wireless-Methode arbeiten. Voraussetzungen Für das gesamte Projekt müssen gültige Zeichnungen des Rohrleitungssystems vorliegen, in denen alle Einregulierungsventile mit Angabe der Type und Dimension eingetragen sind. In diese Zeichnung müssen auch für alle Einregulierungsventile die erforderlichen Durchflussmengen eingetragen sein. Es muss sichergestellt sein, dass das System gemäß den IMI TA-Einregulierungsmethoden aufgebaut ist. Das bedeutet, dass an allen parallelen Strängen ein Regulierungsventil und im gemeinsamen Rück lauf das sogenannte Partnerventil vorhanden sein müssen. Nur dadurch kann sichergestellt werden, dass die effizienten IMI TA-Einregulierungsmethoden auch vor Ort angewandt werden können (Abb. 7).. Das gesamte System muss gefüllt und entlüftet sein. Dabei ist es besonders wichtig, dass in den oberen Stockwerken auch alle Heizkörper entlüftet sind.. Alle Pumpen müssen betriebsbereit sein. Manuell verstellbare Pumpen müssen auf die höchste Drehzahlstufe geschaltet werden. Drehzahlgeregelte Pumpen müssen so eingestellt sein, dass sie mit maximaler Leistung arbeiten. Es ist zu kontrollieren, ob die Laufrichtung von Drehstrompumpen korrekt ist.. Alle Thermostat- und Zonenventile müssen vor der Einregulierung voreingestellt werden. Bei Thermostatventilen ist es wichtig, dass diese voll geöffnet sind bzw. ist es am besten, wenn der Thermostat- Kopf noch nicht montiert ist. Eventuell vorhandene Überströmventile müssen geschlossen werden. Regelventile müssen ebenfalls auf volle Leistung gestellt werden. Es muss sichergestellt sein, dass während der Einregulierungsarbeiten kein Verstellen der Regelventile möglich ist. Dies ist oft bei Anlagen mit DDC-Regelung schwierig.. Ein freier Zugang zu allen Ventilen muss sichergestellt werden. Dies ist speziell dann problematisch, wenn in Mietobjekten die Einregulierung in den einzelnen Wohnungen erfolgen muss. Sehr oft sind dann einzelne Mieter nicht anwesend und die Einregulierung kann nicht stattfinden. Hier empfiehlt es sich, rechtzeitig einen Aushang anzubringen, bei dem auf die Zeit der Einregulierung hingewie sen wird und gleichzeitig die Bewohner aufgefordert werden, ihre Heizkörperventile zu öffnen. Bei größeren Objekten ist es ebenfalls notwendig, dass die zur Einregulierung erforderlichen Behelfe, wie Leitern, Ge rüste usw., vor der Einregulierung bereitgestellt werden, damit dann kein Zeitverzug eintritt. Bei unbekannten Objekten ist die Anwesenheit eines ortskundigen Monteurs ratsam, der alle Ventilmontagepunkte kennt. Man erspart sich damit Sucharbeit, wenn man die Anlage selbst nicht kennt. Sind diese Voraussetzungen erfüllt, kann mit folgenden Erfahrungswerten gerechnet werden.. IMI TA-Kompensationsmethode Mann mit zwei Funkgeräten und zwei IMI TA-Scope-Messcomputern ca. 0 Minuten pro Einregulierungsventil.. IMI TA-Wireless Methode Mann mit einem IMI TA-Scope Messcomputer und Differenzdruckgebern. Ca. 0 min pro Einregulierungsventil. IMI TA-Diagnose-Methode Mann mit einem IMI TA-Scope-Messgerät ca. 0 Minuten pro Einregulierungsventil Abb. 7: Typischer Aufbau eines Rohrnetzes mit richtiger Anordnung der Regulierventile um einen hydraulischen Abgleich durchzuführen.

8 Einregulierungsmethoden Einregulierungsmethoden Vorbereitung bei verzweigten Netzen Einregulierung verzweigter Netze Bei der Einregulierung größerer Anlagen spielt es vom Prinzip her keine Rolle, für welche Methode Sie sich entscheiden. In der Praxis jedoch hat sich gezeigt, dass die Kompensationsmethode dann ihre Vorzüge hat, wenn einzelne Ventile sehr schwer zu erreichen sind. Bei dieser Methode müssen Sie den Einbauort des Ventiles nur einmal aufsuchen, um die Messung und Voreinstellung durchzuführen. Bei der IMI TA-Diagnose-Methode müssen nach der Berechnung die Voreinstellwerte an den einzelnen Ventilen eingestellt und die Voreinstellung blockiert werden. In den meisten Anlagen wird aber sicher die IMI TA-Diagnose-Methode die einfachere und schnellere Wahl sein. Vorgehensweise Die Anlage wird in sogenannte Einheiten unterteilt. Eine Einheit besteht immer aus mehreren parallelen Strängen und einem sogenannten Partnerventil im gemeinsamen Rücklauf. Mehrere Untereinheiten bilden dann wiederum die darüberliegende Haupteinheit. Sind alle Untereinheiten in sich abgeglichen, kann man sich eine Untereinheit als Haupteinheit denken. Die Einregulierung erfolgt dann wieder nach dem gleichen Grundprinzip. Aufbau der Systeme Es ist wichtig, dass auf allen Abgängen ein IMI TA-Einregulierungsventil TBV, oder STAF eingebaut ist. Diese Ventile dienen zum Abgleich der Stränge untereinander. Im gemeinsamen Rücklauf ist das sogenannte Partnerventil vorzusehen. Bitte beachten Sie bei der Planung der Anlage unbedingt, dass kein Ventil vergessen wird. Die Anzahl der Ventile in einer Anlage bleibt unverändert, egal ob Sie Einregulierungsventile einbauen oder nicht. Der Einbauort des Einregulierungsventils ist identisch mit dem Platz, wo Sie normalerweise sowieso ein Absperrorgan (Kugelhahn, Absperrschieber, etc.) einsetzen. Da die IMI TA-Einregulierungsventile alle mit einer Absperrfunktion ausgestattet sind, kann das Absperrorgan entfallen. Zusätzlich haben Sie mit Einregulierungsventilen die Möglichkeit, die Anlage optimal auf die Betriebsbedingungen einzustellen und jederzeit eine Kontrolle der Durchflussmenge bei Servicearbeiten oder Störungen in der Anlage durchzuführen. Abb. 8: Übersicht der Einregulierungsmethoden.

9 IMI TA-Kompensationsmethode Bei dieser Methode kann eine Anlage einreguliert werden, indem jedes Ventil nur ein einziges Mal gemessen wird. Wird diese Methode nicht verwendet, ist es notwendig, jedes Ventil dreimal zu messen und abzugleichen. Erst nach dem dritten Mal kann eine annähernd genaue Verteilung der Wassermenge garantiert werden. Vorgehensweise Bei der Kompensationsmethode ist es wie eingangs beschrieben notwendig, dass jeder der einzelnen Verbraucherkreise ein Einregulierungsventil besitzt. Im gemeinsamen Rücklauf wird ein sogenanntes Partnerventil installiert. Der Abgleich beginnt bei Ventil Nr.. Dieses wird auf einen Kv-Wert eingestellt, so dass bei der gewünschten Nennwassermenge (l/h) ein Druckverlust von kpa entsteht. Wassermenge l/h Kv = 70 Die Ermittlung der Ventilposition kann auch mit dem Ventildatenschieber erfolgen. Bitte beachten Sie, dass der Kv-Wert nicht mit der Handradposition identisch ist, sondern erst aus dem Kv-Wert mit der entsprechenden Ventildimension die Handradposition gefunden werden muss. An dieses sogenannte Referenzventil wird nun ein IMI TA-Scope-Messgerät angeschlossen. Damit wird der Druckverlust des Ventils permanent gemessen und angezeigt. Dieser Differenzdruck wird nun nicht die gewünschten kpa haben. Er wird höher oder in aller Regel geringer sein, da das Wasser den Weg des geringsten Widerstandes geht und über Ventil und ein zu hoher Durchfluss herrscht. Man wird nun Ventil oder drosseln. Steigt nun der Druck im Ventil auf z. B. kpa, so ist es erforderlich, mit dem Partnerventil die Durchflussmenge so lange zu drosseln, bis auf der Anzeige von Ventil der gewünschte Druckverlust von kpa zur Verfügung steht. Danach wird Ventil einreguliert. Wird nun mit dem zweiten Messgerät der Strang einreguliert, wird sich natürlich auch die Wassermenge und damit der Differenzdruck am Ventil ändern. Da aber der Differenzdruck permanent überwacht wird, kann mit Hilfe des Partnerventils sofort reagiert und dieses so lange reguliert werden, bis wieder die gewünschten kpa am Ventil zur Verfügung stehen. Ist nun Strang einreguliert und wird nun Strang eingestellt, so beginnt dieser Arbeitsvorgang von vorne. Am Ventil wird der Differenzdruck kontrolliert und am Partnerventil kompensiert. Sind zwei Stränge zueinander richtig einreguliert, so behalten sie ihr Wassermengenverhältnis auch bei verändertem Druck. Das heißt, wenn am Ventil der gewünschte Differenzdruck von kpa herrscht, wird auch automatisch in Strang die gewünschte Wassermenge zur Verfügung stehen. Dies ist nur dadurch möglich, weil in den einzelnen Teilstrecken schon mit den erforderlichen Wassermengen gearbeitet wird und sich die Rohrreibung auch nicht ändert. Dies wäre nur der Fall, wenn die Reihenfolge der Ventile nicht eingehalten wird. Dann würde natürlich durch die geänderte Rohrreibung das Verhältnis der Ventile untereinander nicht mehr stimmen. Ist nun die Einheit (Modul) einreguliert, wird die nächste Einheit eingestellt. Danach wird gemäß dem hierarchischen Prinzip vorgegangen. Personal- und Lohnkosten sind heute meist der größte Posten in einer Kalkulation und geschultes Personal ist oft Mangelware. Deshalb hat IMI Hydronic Engineering die IMI TA-Wireless-Methode und die IMI TA- Diagnose-Methode entwickelt, bei der ein Mann allein selbst größte Anlagen perfekt einregulieren kann. Anzahl und Anordnung der Ventile sind mit der Kompensationsmethode identisch, so dass keinerlei Mehrkosten auf der Materialseite anfallen. Die Software für diese Methoden ist im Messgerät IMI TA-Scope beinhaltet. Diese Software berechnet nach gezielt durchgeführten Messungen in der Anlage die Handradpositionen für die Einregulierungsventile. Der Hauptvorteil dieser Methoden liegt darin, dass nur ein einziger Mann mit nur einem Messgerät die gesamte Anlage einregulieren kann. Wie für alle anderen Einregulierungsmethoden auch, muss das Rohrleitungssystem in Einheiten unterteilt werden. Eine Einheit wird aus verschiedenen Kreisen, die vom gleichen Vor- und Rücklauf versorgt werden, gebildet. Jeder Kreis hat sein eigenes Einregulierungsventil. Die Einheit hat ein gemeinsames Einregulierungsventil, das Partnerventil genannt wird. Bei Heizkörpersystemen ist der erste Arbeitsgang die Voreinstellung der thermostatischen Heizkörperventile auf ihre Nenndurchflussmenge. Die Ermittlung der Voreinstellwerte ist im Kapitel Thermostatventile beschrieben. pr Referenzventil Partnerventil Abb. 9: Vorgehensweise bei der IMI TA Kompensationsmethode. 7

10 Einregulierungsmethoden IMI TA-Wireless-Methode Diese neue, schnelle und einfache Einregulierungsmethode basiert auf simultanen Durchflussmessungen mit zwei Dp-Sensoren. - Eine einzelne Person kann mit einem IMI TA-Scope-Messgerät und zwei Dp- Sensoren und zwei oder mehr Übertragungsrelais für große Entfernungen komplexe Systeme einregulieren. Bei dieser Methode müssen Sie lediglich die auf dem Display angezeigten Durchflusswerte für jedes Ventil anpassen. Jedes Ventil wird nur mal angesprochen, was den Einregulierungsprozess deutlich beschleunigt. Abb. 0: IMI TA-Wireless-Methode IMI TA-Diagnose-Methode (Balancing-Methode) Vorbereitung. Wählen Sie einen Strang. Im Beispiel, das in Abbildung dargestellt ist, ist jeder Strang eine eigene Einheit. Geben Sie jeder Einheit eine Referenznummer und öffnen Sie das Partnerventil im gewählten Strang voll.. Schließen Sie alle anderen Stränge. Dieser Vorgang wird empfohlen, um während des Messvorganges genügend Differenzdruck über den Ventilen zur Verfügung zu haben. Um jedoch eine stabile Betriebsweise der Pumpe, die einen Mindestdurchfluss von z. B. 0 % erfordert, zu erreichen, kann es notwendig sein, einige andere Kreise dennoch in Betrieb zu halten.. Im gewählten Steigstrang wird eine Einheit eines Zweiges willkürlich gewählt.. Das Partnerventil der gewählten Einheit sollte voll geöffnet sein.. Die Ventile in der Einheit müssen nummeriert werden. Das bedeutet, das erste Ventil nach dem Partnerventil ist Nummer. Die nachfolgenden Ventile werden entsprechend nummeriert.. Um sicherzustellen, dass der Druckverlust zur Durchführung einer richtigen Messung ausreichend ist, stellen Sie die Einregulierungsventile in der Einheit auf ungefähr 0 % Öffnung. Dies bedeutet Handradumdrehungen bei oder stellen Sie die Ventile auf eine eventuell vorhandene berechnete Position ein. Der Vorgang (mit Hilfe von IMI TA- Scope) Jeder Schritt des Einregulierungsvorgangs wird in der Anzeige des IMI TA-Scope-Messgerätes vorgegeben.. Für jedes Ventil der Einheit wird folgender Vorgang durchgeführt (jeder Schritt wird in der Anzeige des IMI TA-Scope-Messgerätes dargestellt): Geben Sie die Referenznummer des Ventils ein (,,,,...). Geben Sie die Ventiltype, Dimension und Handradposition (, DN 0, Umdrehungen) ein. Danach wird automatisch eine Messung durchgeführt. Schließen Sie das Einregulierungsventil. Danach wird automatisch eine Messung durchgeführt. Öffnen Sie das Einregulierungsventil auf die vorige Handradposition. Einheit Partnerventil Geben Sie die gewünschte Durchflussmenge ein.. Wenn dieser Vorgang bei allen Einregulierungsventilen der Einheit durchgeführt und der zur Verfügung stehende Druck am Partnerventil gemessen wurde, berechnet das IMI TA- Scope die richtige Handradposition für alle Ventile in der Einheit. Stellen Sie die Ventile ein und blockieren Sie diese auf den entsprechenden Handradpositionen. Das IMI TA-Scope hat automatisch den Indexkreis (mit dem höchsten Widerstand) ermittelt und für das entsprechende Einregulierungsventil den niedrigsten Druck verlust ( kpa) gewählt. Dieser ist nur erforderlich, um die Durchflussmenge messen zu können. Die Voreinstellung der anderen Einregulierungsventile wird entsprechend berechnet, um die anderen Elemente in der Einheit ab- Abb. : Was ist eine Einheit? 8

11 zugleichen. Diese Ergebnisse hängen nicht von der tatsächlich vorhandenen Pumpenförderhöhe ab. In diesem Stadium der Einregulierung werden die richtigen Durchflussmengen noch nicht erreicht, sondern erst dann, wenn am Partnerventil die richtige Gesamtdurchflussmenge eingestellt wird. Dieser Schritt wird bei dieser Methode erst später durchgeführt. Einregulierung aller Einheiten untereinander auf einem Steigestrang Sind die Einheiten im entsprechenden Steigestrang in allen Abzweigen einreguliert, so müssen diese Einheiten untereinander eingestellt werden. Jede Einheit wird nun wie ein Verbraucher betrachtet, dessen Einregulierungsventil das Partnerventil seiner Einheit ist. Alle Einheiten der Abzweige eines Steigestranges bilden eine neue Einheit (die Steigestrangeinheit). Sie wird wie vorher beschrieben einreguliert. Das Partnerventil dieser Einheit ist das Einregulierungsventil an der Wurzel dieses Stranges. Ist die Einregulierung dieses Stranges beendet, kann das Partnerventil geschlossen und die Einregulierung am zweiten Strang nach derselben Methode durchgeführt werden. Wurden alle Stränge einreguliert, bilden Sie eine neue Einheit. Das Partnerventil für diese Einheit ist das Haupteinregulierungsventil bei der Pumpe. Bei dieser neuen Einheit werden die Stränge untereinander mit der gleichen Methode einreguliert. Am Ende wird die gesamte Durchflussmenge mit dem Haupteinregulierungsventil eingestellt. Wenn dieser Einregulierungsvorgang abgeschlossen ist, sind alle Durchflussmengen auf dem gewünschten Wert. Wurden die Werte gespeichert, kann ein Ausdruck, der ein Einregulierungsprotokoll mit allen Voreinstellpositionen und entsprechenden Daten liefert, über einen PC erfolgen. Beachten Sie Besitzt die Anlage eine drehzahlgeregelte Pumpe, wird die Einregulierung unter Nennbedingungen mit der Maximal leistung der Pumpe durchgeführt. Die Gesamtdurchflussmenge wird am Ende am Haupteinregulierungsventil eingestellt, indem man die Leistung der Pumpe so lange reduziert, bis bei möglichst geringer Förderhöhe der Pumpe die Nenndurchflussmenge erreicht wird. Hinweis. Sind alle Einheiten mit STAP-Differenzdruckreglern ausgerüstet, ist die Einregulierung auf die Einregulierungsventile innerhalb der Einheiten beschränkt. Die Einregulierungsventile in allen Abzweigen und Strängen sind für Diagnose und Servicezwecke erforderlich.. Wenn nur einige Einheiten mit einem STAP-Ventil versehen sind, a) regulieren Sie alle Regelkreise, die mit STAP ausgerüstet sind ein. b) regulieren Sie den Rest der Anlage entsprechend der IMI TA-Kompensationsmethode ein, da die IMI TA- Diagnose-Methode in diesem Fall nicht verwendet werden kann. Sind die STAP-Ventile zusammen mit einem -Ventil in Betrieb, ist obige Methode ebenfalls verwendbar, es kann aber auch die IMI TA-Diagnose-Methode verwendet werden: a) Regulieren Sie das gesamte System mit der IMI TA-Diagnose-Methode und voll geöffnetem STAP ein. b) Nehmen Sie das STAP in Betrieb, öffnen Sie das mit dem STAP in Verbindung stehende und stellen Sie den Sollwert des STAP-Differenzdruck reglers so ein, dass Sie den Nenndurchfluss für diesen Kreis erhalten. Langzeitmessungen Mit IMI TA-Scope-Messcomputern lassen sich auch Langzeitmessungen durchführen. Es können Druck, Durchflussmenge, Leistung und Temperatur verlauf während eines Zeitraumes auf gezeichnet werden, um Klarheit selbst in schwierigsten Fällen zu erhalten. Die Messergebnisse können genauso wie die Messdaten von Einregulierungsventilen bzw. der IMI TA-Diagnose-Methode auf einen PC überspielt werden. Die Software IMI TA Select ist auch in der Lage, ein Diagramm der gespeicherten Messdaten auszudrucken. Einheit Abzweig Einheit Steigstrang = Abb. a: Die Abzweige in einem Steigestrang bilden eine neue Einheit. Abb. b: Alle Stränge bilden eine Gesamteinheit. 9

12 Einregulierung Systeme mit variablen Durchflussmengen Abhängig vom Gebäudetyp, der Anlagengröße, den gewählten Umwälzpumpen, den installierten Wärmeerzeugern mit unterschiedlichen Rücklauftemperaturen usw. unterteilen wir die Systeme in zwei Gruppen.. Anlagen mit niedrigem Pumpendruck In Wohnhäusern mit einer Pumpenförderhöhe bis zu kpa (Nullförderhöhe) oder bei leistungsgeregelten Pumpen mit einem Sollwert bis kpa müssen im Hinblick auf die Geräusche der Thermostatventile keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden. Es sollten an allen Heizkörpern voreinstellbare Thermostatventile V-exact-II und an allen Strängen und Abzweigen - Einregulierungsventile verwendet werden, um die Durchflussmengen exakt einzustellen. Außerdem sollten Pumpen mit einer flachen Kennlinie eingesetzt werden, damit im Teillastbetrieb der Druckanstieg begrenzt bleibt. Sonstige Vorkehrungen sind nicht erforderlich.. Anlagen mit voreinstellbaren IMI Heimeier V-exact-II- Thermostatventilen Einregulieren der Strangwassermenge mit den Einregulierungsventilen mit einer TA Einregulierungsmethode. Durch die Voreinstellung der Thermostatventile erhält jeder Heizkörper die erforderliche Durchflussmenge und erreicht seine Nennleistung. Im folgenden Beispiel wird eine Anlage mit Heizkörpern, bei denen die Thermostatventile voreingestellt wurden, dar gestellt. Die Strangdurchflussmenge wurde mit einem Einregulierungsventil eingestellt. Jeder Heizkörper erhält dadurch seine Nenndurchflussmenge. Methoden und Berechnungsbeispiele zur Ermittlung der Einstellwerte für die Thermostatventile sind auf Seite zu finden. Abb. : Heizungsanlage mir voreingestellten Thermostatventilen. Verteilung und Steigstränge einreguliert Durchfluss Thermostatventile einreguliert gesamt HK HK HK HK l/h Kv HK-Ventil 0,0 0, 0, 0, Durchfluss in l/h Wärmeabgabe in W Raumtemperatur

13 . Anlagen mit nicht voreinstell baren Thermostat-Ventil unterteilen Begrenzung der Strangwassermengen mit den Einregulierungsventilen. Keine Begrenzung in den Heizkörpern. Es besteht jedoch das Problem, dass die Durchflussmengenverteilung zu den einzelnen Heizkörpern nicht korrekt ist. Das hydraulische Ungleichgewicht wird speziell bei der Morgenaufheizung voll wirksam. Durch die Nachtabsenkung haben alle Thermostatventile über dem Aus legungsbereich geöffnet. Der erste Heizkörper erhält in unserem Beispiel die sechsfache Nenndurchflussmenge. Die Wärmeleistung steigt jedoch nur um %. Der zweite Heizkörper hat praktisch seine Nennbedingungen und erreicht die gewünschte Raumtemperatur. Die beiden letzten Heizkörper haben jedoch eine zu geringe Durchflussmenge und erreichen die gewünschte Raumtemperatur nicht. Erst wenn nach längerer Zeit (nur % Mehrleistung) die Raumtemperatur im ersten Raum steigt und das Ventil zu schließen beginnt, erhalten die letzten Heizkörper den notwendigen Durchfluss und können die gewünschten Raum temperaturen erreichen. Es entsteht jedoch eine größere Zeitverschiebung bis dieses eintritt, so dass gesagt werden kann, dass eine zufriedenstellende An lagenfunktion nicht gewährleistet werden kann. In der Praxis ist es deshalb not wendig, sowohl die Steigstränge als auch die Heizkörper einzuregulieren. Das Problem verschärft sich wenn z. B. der erste Thermostat-Kopf voll geöffnet wurde und damit keine automatische Durchflussregulierung stattfindet, da erst bei ca. 8 C der Thermostat-Kopf beginnt das Ventilunterteil zu drosseln. Methoden und Berechnungsbeispiele zur Ermittlung der Einstellwerte für die Thermostatventile sind auf Seite zu finden. Abb. : Hydraulisches Ungleichgewicht bei der morgentlichen Aufheizung aufgrund nicht voreinstellbarer Thermostatventile. Verteilung und Steigstränge einreguliert Durchfluss Thermostatventile nicht einreguliert gesamt HK HK HK HK l/h Kv HK-Ventil 0,8 0,8 0,8 0,8 Durchfluss in l/h 0 Durchfluss in % 00 0 Wärmeabgabe in W Wärmeabgabe in % Raumtemperatur, 0,,,

14 Einregulierung. Anlagen mit hohem Pumpendruck In Anlagen mit großen Pumpenförder höhen empfiehlt sich der Einsatz von IMI TA-STAP- Strangdifferenzdruckreglern. Eine Differenzdruckregelung ermöglicht einen optimalen Anlagenbetrieb durch drei wichtige Faktoren: a. Gewährleistung einer stabilen Regelung Um eine genaue und stabile Regelung in Systemen mit variabler Durchflussmenge sicher zu stellen, darf der Differenzdruck über die stetigen Regelventile oder Thermostatventile nicht zu stark schwanken. Ein stabiler Differenzdruck kann durch die Verwendung von selbsttätig wirkenden Differenzdruckreglern STAP in Systemen mit variabler Durchflussmenge erzielt werden. b. Vermeidung von Strömungsgeräuschen Bei Pumpenförderhöhen ab kpa steigt das Risiko von Strömungsgeräuschen am Thermostatventil. Beträgt z. B. die Pumpenförderhöhe kpa, so muss die Differenz von 0 kpa durch geeignete Strangarmaturen kompensiert werden. Das Regulierventil ist dazu nicht immer geeignet, da sich der am Ventil eingestellte Widerstand in quadratischer Abhängigkeit zum Durchfluss verhält. Schließen einige Thermostatventile, so dass sich der Durchfluss z. B. auf 0 % der Nennwassermenge reduziert hat, so beträgt der Widerstand des nur noch kpa. Selbst bei einer leistungsgeregelten Pumpe, die dem System z. B. konstant kpa anbietet, steigt damit der Differenzdruck am Thermostatventil von auf 0 kpa. Die Folge ist ein Anstieg der durch das Thermostatventil strömenden Wassermenge auf das,-fache der Nennwassermenge, wodurch die ungewünschten Strömungsgeräusche entstehen. Differenzdruckregler wirken als dynamisches Regulierventil, d. h. sie schließen bei reduziertem Durchfluss und halten so den Differenzdruck über den Strang konstant. c. Sicherstellung der geforderten niedrigen Rücklauftemperatur z. B. in Fernwärmeoder Brennwertanlagen Eine weitere Folge der oben beschrie benen Erhöhung der Nennwassermenge ist eine in Fernwärme- und Brennwert anlagen unerwünschte Anhebung der Rücklauftemperatur. Die Verbraucher (z. B. Heizkörper) können den erhöhten Durchfluss nicht in Mehrleistung umsetzen, so dass eine Rücklauftemperatur anhebung die ungewollte und unerwünschte Folge ist. Eine Durchfluss-Verdoppelung durch einen z. B. auf 70/ C ausgelegten Heizkörper erzielt gerade mal eine um 0 % erhöhte Leistung. Differenzdruckregler halten den Differenzdruck über den Strang oder Anlagenabschnitt konstant, so dass keine Überversorgung der nachgeschalteten Verbraucher und damit auch keine Rücklauftemperaturanhebung stattfindet.. Wie arbeitet ein Differenzdruckregler? Der STAP ist ein selbsttätig wirkender, proportionaler Regler. Die Konstruktion eines Differenzdruck reglers basiert auf einer Kombination von einer Feder und einer Membran (Abb. ). Die Feder zieht den druckbalancierten Ventilkegel () nach oben, um das Ventil zu öffnen. Der Differenzdruck AB, der an der Membran () wirkt, erzeugt eine Kraft gegen die Feder. Der Druck A wird auf den STAP mit Hilfe einer Impulsleitung übertragen, die an der Entleerung () des Strangregulierventils angeschlossen ist. Bei einem STAP DN bis DN 0 wirkt der Druck B direkt im Regler auf die Unterseite der Membran. Bei größeren Dimensionen wird die Verbindung mit Hilfe einer externen Impulsleitung hergestellt. Statt des Strangregulierventiles ist es theoretisch auch möglich, einen normalen Druckanschluss mit Kugelhahn zur Absperrung im Vorlauf zu installieren (dies wird jedoch nicht empfohlen, wenn die Durchflussmenge gemessen werden soll). Wenn die Kraft, die vom Differenzdruck AB an der Membran erzeugt wird, größer ist als die Federkraft, beginnt das Ventil proportional dazu zu schließen, bis es einen neuen Gleichgewichtspunkt findet. Dadurch entsteht ein zusätzlicher Druckverlust im STAP, der die Erhöhung des Differenzdruckes im Sekundärkreis p L verhindert.. Die hydraulische Einregulierung mit Differenzdruckreglern Der Sollwert der Feder kann mit Hilfe eines Inbusschlüssels im Zentrum des Handrades (7) verändert werden. Dadurch kann der Wert p L stufenlos auf den erforderlichen Wert eingestellt werden. Das Handrad (7) kann auch dazu verwen- Abb. : Der Differenzdruckregler STAP stabilisiert den sekundären Differenzdruck PL.

15 nicht erreicht werden. Abb. : Einfluss des primären Differenzdruckes auf den sekundären Differenzdruck pl. det werden, den STAP mechanisch abzusperren, wenn dies erforderlich ist. Die Durchflussmenge wird mit dem Ventil gemessen. Der Differenzdruck p L kann zwischen den Punkten () und (b) oder den Punkten () und (8) gemessen werden (wenn in b der aus dem Zubehörprogramm lieferbare Messnippel installiert ist). Der STAP ist ein Proportionalregler, wie alle anderen Differenzdruckregler, und kann dadurch den Differenzdruck p L nicht absolut konstant halten. Er verändert sich entsprechend dem Proportionalband des Reglers. Die Abb. zeigt die Veränderung des ausgeregelten Sollwertes p L in Ab hängigkeit zum Kv-Wert des Reglers (Ventilöffnungsgrad). Der Kv-Wert des STAP variiert von 0 bis zu einem maximalen Wert Kvs. Dennoch ist der Arbeitsbereich zwischen Kvmin und dem Kvm-Wert begrenzt. Für diese beiden Werte verändert sich der sekundäre Differenzdruck um ± 0 % um den Sollwert (SP). Um eine stabile Regelfunktion zu erhalten, ist ein Proportionalband von 0 bis 0 % passend. Nehmen wir nun an, dass der primäre Differenzdruck p 0 kpa und das erforderliche p L 0 kpa beträgt. Erhöht sich nun p von 0 auf 0 kpa, so wird p L von 0 auf kpa (+0%) ansteigen. Die Differenzdruckerhöhung von 00 kpa auf der Primärseite wurde auf kpa auf der Sekundärseite verringert. Ohne Differenzdruckregler würde der Verbraucher eine Differenzdruckerhöhung von 00 kpa aufweisen. In diesem Fall hat der STAP die Störung um einen Faktor von verringert. Um den richtigen Sollwert für den STAP zu finden, brauchen Sie nur die Durchflussmenge mit Hilfe des Messventils (unter Nennbedingung) zu messen und den Sollwert am STAP so lange zu verstellen, bis Sie den gewünschten Durchfluss erreicht haben. Das ist alles. Es ist keine zusätzliche Berechnung notwendig. Erfolgt diese Voreinstellung wenn der primäre Differenzdruck höher ist als der Nennwert, so ist der Sollwert, den man erhält, etwas geringer als erforderlich. Dieser Unterschied ist normalerweise vernachlässigbar, kann jedoch auch korrigiert werden, wenn bei der Einregulierung die Durchflussmenge gemessen wird. Der Sollwert entspricht ebenfalls einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen mit dem Inbusschlüssel. Der Zusammenhang zwischen Sollwert und Anzahl der Umdrehungen wird in unseren Typenblättern angegeben. Diese Information ist nützlich, wenn Sie den richtigen Sollwert für den STAP suchen und kein Messventil installiert wurde oder wenn der Differenzdruck H geringer als Hmin ist. Hmin ist der kleinstmögliche Wert für H. Unter Hmin kann die Nenndurchflussmenge STAP.. Dimensionierung des STAP Der STAP wird so dimensioniert, dass der Nenn-Kv-Wert nahe oder kleiner 0,8 Kvm ist. Nehmen wir zum Beispiel an, dass ein Verbraucher einen sekundären Differenzdruck p L von 0 kpa benötigt, während der primäre Differenzdruck 0 kpa ist. Bei einer Nenndurchflussmenge von 000 l/h ist der Nenndruckverlust im Einregulierungsventil z. B. kpa. Der Druckverlust, der im STAP erzeugt werden muss ist: STAP = 0 0 = 8 kpa. Unter diesen Betriebsbedingungen ist der Kv-Wert des STAP gleich 0,0 x =,. Ein STAP mit z. B. einem Kvm von, wird in diesem Fall das Richtige sein... Dimensionierung von Das Regulierventil wird so gewählt, dass es einen Druckverlust von mindestens kpa voll geöffnet bei Nenndurchfluss aufweist. Dieser Differenzdruck von kpa ist erforderlich, um eine gute Durchflussmessung zu erreichen. Abb. 7: Ein Differenzdruckregler STAP stabilisiert den Differenzdruck an jedem Steigestrang.

16 Einregulierung. Anlagen mit voreinstellbaren Thermostatventilen In modernen Heizungsanlagen werden Thermostatventile voreingestellt, um die erforderliche Durchflussmenge unter Nennbedingungen zu erreichen. Diese Voreinstellungen sind nur dann gültig, wenn der Differenzdruck, für den die Voreinstellungen berechnet wurden, wirklich an den Heizkörpern anliegt. Arbeitet die Anlage mit geringerer Leistung, nimmt der Druckverlust in den Rohren sehr stark ab. Dadurch nimmt der an den Thermostatventilen anstehende Differenzdruck entsprechend zu. Wenn der Differenzdruck kpa überschreitet, besteht die Gefahr der Geräuschbildung, speziell wenn sich Luft im Wasser befindet. Es ist aus diesem Grund wichtig, den Differenzdruck für Thermostatventile zu stabilisieren. Dieser Abschnitt zeigt Lösungen für einige oft vorkommende Probleme in Heizkörpersystemen: Wie erreicht man den erforderlichen Differenzdruck über die Thermostatventile? Wie stellt man sicher, dass der Differenzdruck bei allen Lastzuständen stabil ist? Was tut man, wenn die Thermostat ventile nicht voreinstellbar sind? Um es für den Installateur leichter zu machen, werden Thermostatventile z. B. unter der Annahme voreingestellt, dass der zur Verfügung stehende Differenzdruck p0 = 0 kpa ist. Dieser Wert ist ein guter Kompromiss für zwei Anfor derungen: Nicht zu hoch, um eine entsprechend große Öffnung des Ventils zu erzielen, um Festsetzen und Geräusche zu verhindern. Nicht zu niedrig, so dass der relative Einfluss des Rohrreibungswiderstandes in den Anbindeleitungen gering ist. Während der Einregulierung der gesamten Anlage wird das Einregulierungsventil für diesen Zweig so eingestellt, dass der richtige Gesamtdurchfluss für den Anlagenteil erreicht wird. Dies rechtfertigt die Voreinstellung der Thermostatventile. Die erwarteten 0 kpa stehen in der Mitte des Abzweiges zur Verfügung, wenn die Einregulierung fertig gestellt wurde. In einem System mit variabler Durchflussmenge kann der Differenzdruck stark zunehmen, wenn die Anlage im Teillastbereich arbeitet. Thermostatventile können Geräusche produzieren, speziell wenn Luft im Wasser ist. In diesem Fall ist es ratsam, Differenzdruckregler STAP, wie in der Abb. 8 gezeigt, zu installieren. Ein STAP stabilisiert den Differenzdruck für jeden Abzweig oder kleinen Strang. Der Durchfluss V s wird mit Hilfe des Einregulierungsventils gemessen... Einregulierungsvorgang. Öffnen Sie alle Thermostatventile voll, indem Sie z. B. die Thermostatköpfe demontieren.. Stellen Sie die Thermostatventile für einen konstanten Differenzdruck von 0 kpa abzüglich des Druckverlusts im Rück laufventil ein. Verwenden Sie das Ergebnis p, um den Kv-Wert zu bestimmen, der eingestellt wird: V Kv = 0.0 x p, mit V in l/h und p in kpa. in kpa.. Stellen Sie den Sollwert des STAP so ein, dass Sie den Gesamtdurchfluss V s im Ventil messen können. Der erwartete Differenzdruck von 0 kpa steht nun in der Mitte des Verbraucherkreises zur Verfügung. Hinweis: In der Praxis wird der erste Heizkörper einen zu hohen Durchfluss und der letzte einen zu geringen aufweisen. Das ist akzeptabel, wenn die Rohrlänge zwischen dem STAP und dem letzten Heizkörper nicht L =.00/R (L in m) überschreitet, wobei R der durchschnittliche Druckverlust in den Rohren (in Pa/m) ist. Diese Formel basiert auf einer maximalen Durchflussabweichung von 0 %. Bei R = 0 Pa/m beträgt Lmax = m.. Anlagen mit nicht voreingestellten Thermostatventilen Begrenzung des Strangdifferenzdruckes mit Hilfe des STAP-Differenzdruckreglers, Begrenzung der Strangdurchflussmenge durch -Einregulierungsventil (Abb. 0). Bei Altanlagen sind die Thermostatventile (oder auch manuelle Ventile) in der Regel nicht einregulierbar. Da der Kvs-Wert dieser Ventile viel zu hoch für die benötigte Durchflussmenge ist, kann mit relativ geringen Differenzdrücken am Strang gearbeitet werden, um die erforderlichen Durchflussmengen zu erzielen. In den meisten Anlagen ist ein Differenzdruck von kpa ausreichend. Setzt man nun mit Hilfe eines Einregulierungsventils einen relativ hohen Widerstand von kpa in Serie mit den Thermostat ventilen, so wird dieser für die erzielbare Durchflussmenge bestimmend sein. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn der Differenzdruck für den Strang mit Hilfe eines Differenzdruckreglers STAP konstant gehalten wird (in unserem Beispiel kpa). Beträgt jedoch der Differenzdruck für die Anlage kpa anstatt kpa, so wird sich die Abb. 8: Ein Differenzdruckregler STAP stabilisiert den Differenzdruck am Beginn des Kreises. Abb. 9: Heizkörpersystem mit Differenzdruckregler STAP und voreinstellbaren Thermostatventilen.

17 P kpa bei Nenndurchfluss Darum müssen das Zonenventil und der Wärmezähler in Flussrichtung nach dem STAP eingebaut werden, damit der erforderliche Sollwert des STAP den Maximalwert, bei dem die Thermostatventile Geräusche produzieren können, nicht übersteigt. STAP eingestellt auf kpa Abb. 0: Heizkörpersystem mit Differenzdruck regler STAP und Begrenzung der Strangwassermenge mit Hilfe des Einregu lierungsventils Thermostatventile sind nicht vor eingestellt maximale Durchflussmenge von 00 % auf 9 % reduzieren (Abb. ). Die Auswirkung auf die erreichbare Raumtemperatur beträgt lediglich 0, K und ist deshalb vernachlässigbar. Voraussetzung ist jedoch wie immer, dass die Vorlauftemperatur der Anlage gemäß der Außentemperatur richtig geregelt wird. Bei Anlagen, bei denen herkömmliche Thermostatventile ohne Voreinstellung eingesetzt werden, die speziell während der Absenkphasen zu hohe Strang wassermengen verursachen, empfiehlt sich die Begrenzung der Durchfluss menge. Beispiel: Errechnen des Kv-Wertes für das Einregulierungsventil : V (l/h) V V Kv = = = 00 p (kpa) 00 0 Bestimmen der Handradposition laut Diagramm im technischen Prospekt. Einstellen Bestimmen der Handradposition laut Dia- des Differenzdruckreglers auf kpa und Kontrolle des Sollwertes mit dem computerbasierten Messgerät TA-Scope sowie der Durchflussmenge am. Abb. : Durchflussänderung abhängig vom Differenzdruck. Anordnung von On/Off-Zonenventilen und Wärmezählern In einigen Ländern wird ein Differenzdruckregler für jede Wohnung verwendet. Die Vorlauftemperatur wird mit einem zentralen, witterungsgeführten Regler geregelt. Ein Raumthermostat wird in einem Referenzraum, in dem keine Thermostatventile vorhanden sind, montiert. Der Raumthermostat steuert ein On/Off-Ventil V wie in der Abb. gezeigt. Das On/Off-Ventil und der Wärmezähler sollten in einem Rohrstück montiert werden, das nicht in der vom STAP geregelten Strecke liegt. Der Grund dafür ist, dass dieser variable Widerstand sonst den Differenzdruck über die Heizkörper beeinflusst. Abb. : STAP als Durchflussregler. In einigen Anwendungen sind automa tische Durchflussregler sinnvoll. Zum Beispiel, um die Primärdurchflussmenge über ein Dreiwegventil in einer Umlenkschaltung konstant zu halten oder mehrere Kältekreise in Industrieanlagen zu ver sorgen. Für diese Anwendungen können spezielle Durchflussregler verwendet werden. Ein STAP kann dieses Problem der Durchflussmessung und Einstellung lösen. Diese Lösung wird in der Abb. gezeigt. Die Wahl des Sollwertes sollte so nahe wie möglich am minimalen Einstellwert (z. B. 0 kpa) liegen. Die Durchflussmenge wird mit dem Regulierventil gemessen, dessen Voreinstellposition so gewählt wird, dass die erforderliche Durchflussmenge erreicht wird. In diesem Beispiel entspricht der Druckverlust im dem Sollwert des STAP, das bedeutet 0 kpa. Wenn die Durchflussmenge ansteigt, erhöht sich der Druckverlust im. Der Differenzdruck wird an das STAP weiter geleitet. Dieser schließt etwas, um den Durchfluss auf dem erforderlichen Wert zu halten. Entsprechend dem Proportionalband des STAP ist der Durchfluss nicht konstant. Wenn zum Beispiel der Differenzdruck über das Set /STAF von 00 auf 00 kpa ansteigt, erhöht sich der Durchfluss um 7 %. Abb. : Ein STAP regelt den Differenzdruck für jede Wohnung (differenzdruckunabhängiges Modul).

18 Einregulierung. Die hydraulische Einregulierung mit Differenzdruckreglern ein STAP für jeden Strang In großen Systemen kann die Pumpenförderhöhe zu hoch sein oder für die Verbraucher zu stark schwanken. In diesem Fall muss der Differenzdruck an der Wurzel jeden Stranges auf einen brauchbaren Wert mit Hilfe des STAP Differenzdruck regelventils stabilisiert werden (Abb. 7)... Einregulierungsvorgang Für die Einregulierung kann jeder Strang dieser Einheit als unabhängig von den anderen betrachtet werden. Bevor man mit der Einregulierung eines Stranges beginnt, sollte der STAP voll geöffnet und nicht in Funktion sein, damit man die erforderliche Durchflussmenge während der Einregulierung erreicht. Am einfachsten ist, die Entleerung am im Vorlauf zu schließen und die Membrankammer zu entleeren, indem man die kleinen Entlüftungsschrauben an der Innengarnitur öffnet.. Die Verbraucher sind an jedem Zweig einreguliert, bevor man die Abzweige untereinander mit Hilfe der Kompensationsmethode oder der TA-Diagnose Methode einreguliert. arbeiten als Partnerventile.. Wenn ein Strang einreguliert wird, wird der Sollwert des STAP so eingestellt, dass der Nenndurchfluss am gemessen werden kann. Dieses Ventil ist an der Wurzel des Stranges montiert. Die Einregulierung der Stränge untereinander ist nicht notwendig und wird automatisch erreicht. Hinweis : Bei Heizungsanlagen wird jedoch, wenn alle Regelventile des Stranges schließen, auch der Differenzdruckregler STAP schließen. Der Systemdruck in der Anlage zwischen Regelventil und STAP nimmt ab, wenn das Wasser abkühlt. Der Differenzdruck über die Regelventile steigt dadurch an. Als Konsequenz wird das Regelventil, das als erstes öffnet, laute Geräusche verursachen. Aus diesem Grund ist eine minimale Durchflussmenge z. B. über ein Überströmventil erforderlich, um solche Probleme zu verhindern. Wenn ein Strang einen sehr hohen Differenzdruck benötigt, muss die Pumpenförderhöhe so ausgelegt werden, dass die Versorgung sichergestellt wird, obwohl andere Stränge eine nicht so hohe Förderhöhe benötigen würden. Dadurch erhöhen sich die Energiekosten für die Pumpe für die gesamte Anlage. Um diese Kosten zu verringern, kann eine separate Sekundärpumpe für diesen Strang installiert werden..7 Die hydraulische Einregulierung mit Differenzdruckreglern. Ein STAP an jedem Abzweig Wenn der Differenzdruck für jeden Abzweig stabilisiert ist, werden die Verbraucher mit einem der Leistung entsprechenden Differenzdruck versorgt. In diesem Fall kann der Abzweig für sich unabhängig von den anderen einreguliert werden (Abb. ). Diese Lösung ist technisch besser, als nur ein STAP für jeden Steigstrang zu verwenden, da sich der passende Differenzdruck von Abzweig zu Abzweig ändern kann. Zusätzlich werden die Schwankungen im Differenzdruck durch variable Druckverluste in den Strängen automatisch kompensiert..7. Einregulierungsvorgang Bei der Einregulierung ist jeder Abzweig eine Einheit, die unabhängig ist. Bevor man die Einregulierung eines Abzweiges beginnt, sollte der STAP außer Funktion und voll geöffnet sein, um die erforderliche Durchflussmenge während der Einregulierung zu erreichen. Ein einfacher Weg dies zu erzielen ist, das Entleerventil am, welches am Vorlauf montiert ist, zu schließen und das Membrangehäuse zu entleeren. STAP STAP. Die Verbraucher sind untereinander mit Hilfe einer TA Einregulierungs-Methode einreguliert. Wenn man mit der Kompensationsmethode arbeitet, ist das das Partnerventil.. Wenn der Abzweig einreguliert ist, wird der Sollwert des STAP so eingestellt, dass die am gemessene Nenndurchflussmenge erreicht wird. Eine Einregulierung der Abzweige und Steigstränge untereinander ist nicht mehr notwendig. Beispiele: In Abb. a ist jeder Verbraucher mit einem Einregulierungsventil () oder einem Kompaktregulierventil (TBV) ausgestattet. Dies ist der Normalfall. Abb. : Ein STAP Differenzdruckregler stabilisiert den Differenzdruck für jeden Abzweig (differenzdruckunabhängiges Modul). STAP STAP

19 V STAP STAP Abb. A) Einregulierventil an jedem Verbraucher Abb. B) Regulierventil an jedem Verbraucher Abb. a: Ein STAP stabilisiert den Differenzdruck über eine Reihe von Verbrauchern (differenzdruckunabhängiges Modul). In Abb. b ist jeder Verbraucher mit einem Thermostatventil, z. B. V-exact II oder einem Regulierventil, wie z. B. Regulux, ausgerüstet. Da diese Ventile jedoch keine Durchflussmessung in den Ver brauchern zulassen, muss hier die Vor einstellung berechnet werden. Abb. 7 ist ein typisches Beispiel eines Abzweiges mit mehreren Verbrauchern, die mit TBV-C Ventilen geregelt werden. Das TBV-C kombiniert fünf Funktionen in einem Ventil: Regelung (On/Off, Dreipunkt oder proportional) Stufenlose Voreinstellung von Null bis Kvs mit einer Skala von 0 bis 0 Differenzdruckmessung Durchflussmessung Absperrfunktion Der Abzweig wird mit einem Regler, der den Differenzdruck für die Kreise konstant hält, ausgerüstet. Dadurch ergibt sich eine stabile und genaue Regelung, wenn eine proportionale Regelung durchgeführt wird. Da der Differenzdruck auf dem erforderlichen Wert gehalten wird, ist die Gefahr von Geräuschen im Ventil ebenfalls nicht gegeben. a) Einregulierungsvorgang (Abb. a). Öffnen Sie den STAP voll. Das Regelventil V ist voll geöffnet.. Regulieren Sie den Verbraucher entsprechend der TA-Diagnose-Methode ein. Das arbeitet dabei als Partnerventil.. Stellen Sie den Sollwert des STAP so ein, dass Sie die erforderliche Durchflussmenge V p im Ventil erreichen. b) Einregulierungsvorgang (Abb. b) STAP TBV-CM TBV-C Beispiel mit kleineren Verbrauchern am Abzweig Abb. 7: Die Verbraucher werden mit TBV-Coder TBV-CM-Kompaktregulier ventilen geregelt. Im folgenden Einregulierungsvorgang werden die Druckverluste der Rohrleitungen im geregelten Kreis des STAP als vernachlässigbar angenommen.. Für jeden Kreis ist der erforderliche Differenzdruck pkreis die Summe der Druck verluste bei Nenndurchflussmenge: pkreis = pregelventil + pverbraucher + peinbauteile + pregelventil voll geöffnet. Ermitteln Sie den Kreis, der den höchsten er forderlichen Differenzdruck benötigt ( pkreis max.).. Berechnen Sie für jeden Kreis den Druckverlust, der im Thermostatventil oder Regulierventil aufgenommen werden muss: pregulierventil = pkreis max. pregelventil pverbraucher peinbauteile. Stellen Sie das Regulierventil so ein, dass Sie einen entsprechenden Druck verlust bei Nenndurchfluss erreichen. Verwenden Sie das TA Ventildiagramm oder das TA Select Computerprogramm, um die richtige Voreinstell position zu finden.. Stellen Sie den Sollwert des STAP so ein, dass Sie den erforderlichen Gesamtdurchfluss V p im erhalten. c) Einregulierungsvorgang (Abb. 7) Dieses oben genannte Beispiel kann für die gesamte Anlage verwendet werden. Einregulierungsventile in den Strängen und Abzweigen sind nicht unbedingt erforderlich, aber für die Fehlersuche und zur Kontrolle der Gesamtmenge zu empfehlen..8 Ein STAP an jedem Regelventil Abhängig von der Anlagenauslegung kann sich entsprechend der Last der Differenzdruck für jeden Kreis sehr stark ändern. Um die richtige Regelventilcharakteristik zu erzielen und aufrecht zu erhalten, sowie um eine genaue und stabile Regelung zu gewährleisten, muss der Differenzdruck über dem Regelventil mit Hilfe eines Differenzdruckreglers stabilisiert werden. Abb. 8: Ein Differenzdruckregler stabilisiert den Differenzdruck direkt am Regelventil. Hinweis:. Der Durchfluss wird mit Hilfe eines Regulierventils gemessen. Dieses ist ein wichtiges Hilfsmittel zur Fehlersuche und -behebung. 7

20 Einregulierung. Wird keine Messung gewünscht (was nicht zu empfehlen ist), kann das Messventil durch einen Messnippel ersetzt werden. In diesem Fall wird der Sollwert für das STAP auf Basis des Kvs-Wertes des Regelventils berechnet. Für den zweiten Fall lauten die vorgegeben Daten: Nenndurchfluss V und Kvs des Regelventils, der normalerweise mit einer- Genauigkeit von ± % bekannt ist. Der theoretische Differenzdruck, den das STAP erzeugen soll, kann gemäß folgender Formel berechnet werden: TA-FUSION-C TA-FUSION-P STAF Das Regelventil V ist niemals über - di mensioniert, da der Nenndurchfluss nur bei voll geöffnetem Regelventil erreicht wird. Die Ventilautorität ist und bleibt 0,7. Da der ausgeregelte Druck p L praktisch konstant ist, wird der zusätzlich auftretende primäre Differenzdruck im STAP aufgenommen..8. Einregulierungsvorgang. Öffnen Sie das Regelventil V voll.. Stellen Sie das Ventil so ein, dass Sie mindestens kpa bei Nenndurchfluss erhalten.. Stellen Sie den Sollwert des Differenzdruckreglers so ein, dass Sie den Nenndurchfluss erhalten. Da die Durchflussmengen nun an jedem Verbraucher korrekt sind, sind keine zusätzlichen Einregulierungsmaßnahmen erforderlich. Wenn alle Regelventile mit STAP ausgerüstet sind, sind zusätzliche Einregulierungsventile in den Strängen und Abzweigen nicht unbedingt erforderlich, sind aber für die Fehlersuche zum Absperren und zur Kontrolle der Gesamtmenge zu empfehlen..8. Dimensionierung des Regelventils Die Dimensionierung des Regelventils V ist in diesem Fall nicht mehr schwierig. Dennoch sollte ein Druckverlust von mindestens 0 kpa im Regelventil gewählt werden. Bei einer Pumpenförderhöhe von 0 kpa und ohne Verwendung von STAP Ventilen muss der Nenndruckverlust im Regelventil mindestens gleich 0, x 0 = kpa sein. Mit einem STAP wird dieser Wert auf 0 kpa 8 Abb. 9: Durchgangsventil in einer Einspritzschaltung. reduziert. Ist der Nenndruckverlust im STAP gleich 0 kpa, kann die Pumpenförderhöhe um kpa verringert werden. Dadurch verringern sich die Energiekosten um ca. %..9 Beispiel eines Regelventils in einer Einspritzschaltung. Einige Verteilsysteme arbeiten mit konstanter Durchflussmenge und variabler Vorlauftemperatur. So ist zum Beispiel eine konstante Durchflussmenge für Vorheizregister erforderlich, um einen Frostschutz zu gewährleisten. Bei konstanter Durchflussmenge wird eine bessere Regelung erzielt, da diese eine turbulente Strömung im Wärmetauscher garantiert und damit einen konstanten Wärmeübertragungsfaktor. Aus diesem Grund werden in diesem Fall Dreiwegmischventile verwendet, um eine variable Vorlauftemperatur zu erreichen. Bei druckbehafteten Verteilern (mit Primärpumpe) ist das Dreiwegmischventil nicht mehr zulässig, da sich der Durchfluss im Bypass aufgrund der primären Differenzdruckes umkehren kann. Wenn sich die Durchflussrichtung im Bypass des Dreiwegventils umkehrt, ist die Mischfunktion nicht mehr gegeben. In diesem Fall ist die beste Lösung, ein Durchgangsventil in Einspritzschaltung, wie in der Abb. 9 gezeigt, zu verwenden. Wenn es große Veränderungen im primären Differenzdruck p gibt, wird die Auto rität des Durchgangregelventils stark verschlechtert und dadurch ist die Stabilität des Regelkreises nicht mehr gegeben. In diesem Fall ist die beste Lösung, ein druckunabhängiges Regelventil z. B. TA-FUSON-P einzusetzen, siehe Abb. 9, rechts. Wenn ein minimaler Durchfluss erforderlich ist, um die Primärpumpe zu schützen, kann dies durch die Installation eines Überström ventils (z. B. BPV oder Hydrolux) zwischen den Punkten C und D erreicht werden. Diese Lösung ist besser als die Verwendung eines manuellen Einregulierungsventils, da der minimale Durchfluss nur dann aufrecht erhalten wird, wenn es notwendig ist. Außerdem wird die primäre Durchflussmenge verringert und aus diesem Grund auch die Energieaufnahme der Pumpe. Einige Planer verwenden ein Rückschlagventil im Rohr AB, um den Durchfluss von B nach A zu verhindern. Es gibt zwei Hauptgründe für diese Maßnahme.. Bei einem Vorheizregister, das niedrigen Außentemperaturen ausgesetzt ist, erlaubt das Rückschlagventil der Primärpumpe, heißes Wasser in den Verbraucher zu leiten, selbst dann wenn die Sekundärpumpe ausgefallen ist. Dadurch erhält man eine Frostschutzfunktion.. Wenn bei Fernheizungen das Durchgangsventil überdimensioniert oder die sekundäre Durchflussmenge variabel ist, kann sich die Durchflussrichtung im Bypass AB umkehren. Dadurch erhöht sich die Rücklauftemperatur. Das Rückschlagventil verhindert diese Durch flussumkehr.

21 Systeme mit konstanten Durchflussmengen Einrohrheizung STS STS Prinzipieller Aufbau einer Einrohrheizung: Verwendung von - Ventilen an allen Einrohrringen und Einregulierung der Strangwassermenge mit dem Partnerventil. Der Einsatz von Differenzdruckreglern oder drehzahlgeregelten Pumpen ist in mengenkonstanten Systemen, z. B. Einrohrheizungen nicht sinnvoll, da der Betriebspunkt der Anlage praktisch stabil bleibt. Die Einregulierung z. B. eines Einrohrsystems kann nach der TA-Diagnose- oder TA-Kompensationsmethode erfolgen. STAF Abb. 0: Bild mit Einrohrringen und Ventilen zum Abgleich. Die Einregulierung eines Einrohrringes kann auch mit Durchflussreglern oder den differenzdruckunabhängigen Regelventilen TA-COMPACT-P erfolgen. Der Vorteil liegt darin, dass bei Montage des Ventils bereits die gewünschte Durchflussmenge eingestellt werden kann. TA-COMPACT-P TA-COMPACT-P TA-COMPACT-P Abb. : Bild mit Einrohrringen und TA-COMPACT-P Ventilen zum Abgleich (differenzdruckunabhängiges Modul). Abb. : TA-COMPACT-P (differenzdruckunabhängiges Kompaktregelventil). 9

22 Einregulierung Fußbodenheizung. Einregulierung Fußbodenheizung Anlagen mit Fußbodenheizung werden in der Praxis in den seltensten Fällen wirklich einreguliert. Aufgrund der Dimensionierung der Fußbodenheizungsflächen werden die Voreinstellzahlen für den Heizkreisverteiler mit einem Computerprogramm ermittelt. Diese werden meist bei der Fußbodenheizungsmontage eingestellt. Die Fußbodenheizung ist eine Niedertemperaturheizung. Aufgrund der kleinen Temperaturdifferenzen zwischen Heizungsmedium, Oberflächentemperatur und Raum ist sie relativ gutmütig in Hinblick auf die exakte Durchflussmenge. So ändert sich z. B. die Wärmeabgabe eines Fußbodenheizungsregisters nur um +/ 0 %, wenn man die Wassermenge auf 0 % absenkt bzw. auf 00 % anhebt. Bei kleineren Anlagen, wie Einfamilienhäusern etc. wird deshalb eine falsche Gesamtdurchflussmenge im Großen und Ganzen nicht bemerkbar sein. Die richtige Durchflussmenge ist aber dann von Bedeutung, wenn man Brennwertgeräte oder Fernwärmesysteme heranzieht. Hier kann durch die richtige Wassermenge die Rücklauftemperatur des Fußbodenheizungssystems noch um einige Kelvin abgesenkt werden und dadurch der Wirkungsgrad von Brennwertgeräten weiter erhöht werden. Zusätzlich besteht bei weitverzweigten Netzen das Problem, dass einzelne Ver teiler unterversorgt werden und damit ihre Nennleistung nicht erreichen. Auch hier kann die hydraulische Einregulierung helfen. Grundsätzlich müssen die Systeme in zwei Hauptgruppen unterteilt werden:. Fußbodenheizung mit Einzelraumregelung Durch die Einzelraumregelung ergibt sich eine sehr stark schwankende Durchflussmenge. Abhängig davon, ob der Antrieb geöffnet oder geschlossen hat, ändert sich die Durchflussmenge um 00 %. Dadurch entsteht eine gegenseitige Beeinflussung der einzelnen Heizkreise. Um hier nun die Verhältnisse an einem Verteiler stabil zu halten, ist die Verwendung eines Differenzdruckreglers notwendig. Um den erforderlichen Differenzdruck für das Fußbodenheizungsregister zu erreichen, wird ein Differenzdruckregler der Serie STAP mit einem eingestellten Sollwert von z. B. 0 kpa verwendet werden. Sollte aufgrund der Berechnung ein anderer Sollwert erforderlich sein, kann dieser während des Betriebes ohne Probleme ein gestellt werden. Mit dem Einregulierungsventil wird die Wassermenge gemessen. STAP STAP STAP STAP CV STAF Abb. : Fußbodenheizung mit Einzelraumregelung und konstantem Differenzdruck pro Verteiler (differenzdruckunabhängiges Modul). 0

23 Dadurch, dass am Verteiler ein bestimmter Differenzdruck zur Verfügung steht, ist die Voreinstellung der einzelnen Heizkreise ebenfalls sehr einfach möglich. Bei der Registerauslegung wird von den Softwarepaketen nur der Druck am Verteiler untereinander abgeglichen. Die unterschiedlichen Druckverhältnisse in einem weiterverzweigten Netz, die Rohrreibungs verluste etc. werden nicht berücksichtigt. Da aber durch den Differenzdruckregler der Druck konstant gehalten wird, genügt es, die berechneten Voreinstellwerte am Heizkreisverteiler einzustellen. Das -Ventil bei der Pumpe dient dazu, die gesamte Durchflussmenge zu kontrollieren und die Anlage auf den Betriebspunkt der Pumpe einzustellen. Zusätzlich sind bei einer Einspritzschaltung die -Ventile zum richtigen Funktionieren und Abgleichen der Primär- und Sekundärwassermenge notwendig (siehe auch Hydraulische Grundschal tungen, Einspritzschaltung mit Zweiwegventilen).. Systeme ohne Einzelraumregelung (manuelle Ventile) Bei Fußbodenheizungen ohne Einzelraumregelung ist die gegenseitige Beeinflussung der Heizkreise normalerweise nicht gegeben. In diesen Anlagen ist es zielführend, die Wassermenge an jedem Verteiler mit Hilfe eines Einregulierungsventils einzustellen. Die Verwendung von Kugelhähnen mit Skalen und ähnlichen Ventilen ist nicht zielführend, da solche Ventile eine sehr schlechte Regelcharakteristik aufweisen und zusätzlich keine Möglichkeit besitzen, die Durchflussmengen zu messen und einzustellen. Die Einregulierung des Systems erfolgt nach einer TA Einregulierungs-Methode. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, dass die Ventile an jedem Verteiler platziert werden und im Strang bzw. im gemeinsamen Rücklauf ebenfalls ein Einregulierungsventil vorhanden ist, damit die Aufteilung des Systems in Einheiten gewährleistet werden kann. Systeme ohne Zonenregelung können auf sehr einfache Weise auch nachträglich mit dem IMI Heimeier Radiocontrol F-System auf Raumregelung umgerüstet werden. Dabei ist keine aufwendige Verdrahtung erforderlich, da die Kommunikation vom Raumsender zur Zentraleinheit am Verteiler über Funk erfolgt. Auch die Nachrüstung von Fremdverteilern ist mit Hilfe von Adaptern problemlos möglich. STAF Abb. : Fußbodenheizung ohne Einzelraumregelung.

24 Einregulierung / Leistungsgeregelte Pumpen. Fußbodenheizung mit automatischen Durchflussreglern Bei herkömmlichen Heizkreisverteilern mit Drosselventilen und Durchflussanzeigen ist die Einstellung der erforderlichen Wassermengen eine zeitraubende Angelegenheit. Die erforderliche Einstellung an den Drosselventilen muss entweder berechnet werden, oder wird über Durchflussanzeigen am Verteiler eingestellt. Die auf diese Weise verteilten Wassermengen entsprechen dabei aber lediglich dem Maximalbedarf. Wenn einzelne Heizkreise geschlossen werden, teilt sich die dort nicht mehr benötigte Wassermenge auf die benachbarten Kreise auf und führt dort zu einer Überversorgung. Durch den automatischen hydraulischen Abgleich mit dem Dynacon Eclipse Heizkreisverteiler wird die Überversorgung einzelner Heizkreise verhindert. Das sorgt für eine optimale Temperaturverteilung, spart Energie und erhöht den Komfort. Der Durchfluss der einzelnen Heizkreise wird bei Dynacon Eclipse direkt in l/h eingestellt. Dadurch ist der hydraulische Abgleich mit einem Dreh erledigt. Der eingestelle Durchfluss wird kontinuierlich angepasst. D. h. bei einem Überangebot, z. B. aufgrund schließender Nachbarkreise, regelt Dynacon Eclipse den Durchfluss automatisch auf den eingestellten Wert. Die Regelkartusche sorgt stetig für einen konstanten Durchfluss. Dynacon Eclipse Heizkreisverteiler sind dadurch eine zeit- und kostensparende Lösung, auch bei der Inbetriebnahme. Eclipse Thermostat-Oberteil mit automatischer Durchflussregelung Dynacon Eclipse. Die starke Druckfeder in Kombination mit hoher Stellkraft stellt sicher, dass das Ventil nach längerem Schließen nicht festsitzt. IMI Heimeier Anschlusstechnologie M 0 x, für Thermostat-Köpfe oder Stellantriebe. Durchflussregler. Verteiler. Langlebige doppelte O-Ring- Abdichtung. Durchflusseinstellung Abb. : Dynacon Eclipse Heizkreisverteiler. Durchflussbereich pro Heizkreis: 0 00 l/h 0 00 max. 0 Berechnungsbeispiel: Gesucht: Einstellwert Dynacon Eclipse Durchflussregler Gegeben: Wärmestrom Heizkreis º = 0 W Temperaturspreizung Δt = 8 K (/ C) Lösung: Massenstrom V = º / (Cp Δt) = 0 / (, 8) = 0 kg/h Einstellwert Durchflussregler am Dynacon Eclipse Verteiler: 0 l/h l/h min kpa Abb. : Mindestdifferenzdruck über dem Durchflussregler: je nach Sollwert 0 kpa.

25 Auswirkung auf die Anlagenfunktion In Deutschland ist die Energieeinsparverordnung EnEV gültig. Speziell der Passus, dass ab einer Kesselleistung von kw Pumpen mit einer Leistungsanpassung verwendet werden müssen, hat dazu geführt, dass nunmehr bei fast allen Anlagen bei der Planung drehzahlgeregelte Pumpen zum Einsatz kommen. Von seiten der Pumpenindustrie wird diese Tendenz noch gefördert, da man sich hier speziell auf diese Energieeinsparverordnung beruft. Man hebt aufgrund der Tatsache, dass eine Leistungsanpassung gefordert wird, nun die Vorteile der leistungsgeregelten Pumpen hervor. Diese haben, und das steht sicher außer Zweifel, viele Vorteile. Zum anderen sind damit auch Nachteile verbunden, die in der Praxis in den Anlagen zu Problemen führen können. Speziell hier wird auch der Planer und Ausführende von seiten der Pumpenindustrie des Öfteren im Unklaren gelassen. Es stehen Aussagen im Raum, wie z. B. eine drehzahlgeregelte Pumpe würde hydraulische Probleme beheben, Differenzdruckregler seien nicht mehr notwendig und auch der hydrau lische Abgleich nach EN oder DIN 880 sei eine Sache der Vergangenheit. Leider ist dies nicht der Fall. Es wäre sicher sehr einfach, die Anlagenprobleme nur zentral mit einer geregelten Pumpe zu lösen und auf das restliche Netz ganz einfach zu vergessen. Die Tücke steckt wie immer im Detail. Wir betrachten im Folgenden verschiedene Anwendungen. In der Praxis sind mengenkonstante und mengenvariable Systeme anzutreffen. Die Anpassung der Pumpenleistung kann entweder mit stufengeschalteten oder wie von der Pumpenindustrie in den letzten Jahren sehr stark forciert mit stufenlos leistungsgeregelten Pumpen erfolgen. Bei stufenlos leistungsgeregelten Pumpen ist eine Unterscheidung in drei Gruppen gegeben. Zum einen kann die Differenzdruckmessung in oder an der Pumpe erfolgen. In diesem Fall wird die Förderhöhe der Pumpe konstant gehalten. Zum anderen kann die Pumpe mit Hilfe eines externen Differenzdruckfühlers geregelt werden. Als dritte Möglichkeit hat sich in letzter Zeit die sogenannte Regelung der Pumpe nach der Anlagenkennlinie etabliert. In den folgenden Kapiteln werden wir im Detail auf die verschiedenen Möglichkeiten eingehen. Abb. 7: Pumpendiagramm.

26 Leistungsgeregelte Pumpen Mengenkonstantes System Vielfach wird die Meinung vertreten, mengenkonstante Systeme wären in der Praxis nicht mehr anzutreffen. Dies ist sicher der Fall, wenn man Zweirohrheizungen mit Thermostatventilen bzw. Fußbodenheizungen mit Einzelraumregelungen betrachtet. Die klassische Einrohr heizung ist jedoch bedingt durch den Bypass und den Radiator praktisch mengenkonstant. Darüberhinaus gibt es eine Vielzahl von Anwendungen, speziell in der Lüftungstechnik oder bei Fancoil Geräten, wo mit Dreiwegeventilen und der sogenannten Umlenkschaltung eine konstante Wassermenge in der Verteilung erreicht wird. Bei dieser klassischen Umlenkschaltung wird durch das Dreiwegeventil im Rück lauf des Verbrauchers der Volumenstrom entweder über den Verbraucher oder über den Bypass geleitet. Bei einem stetig regelnden Ventil sind zwischen diesen zwei Endpositionen auch alle Zwischenpositionen erreichbar. Dadurch ergibt sich für jeden Verbraucherkreis eine konstante Wassermenge. Das bedeutet jedoch im Gegenzug auch, dass die Fördermenge der Pumpe praktisch konstant bleibt. Für diese Anlage eine leistungsgeregelte Pumpe ein zusetzen, wäre Unsinn. Dadurch dass die Wassermenge immer konstant ist, ändert auch die Pumpe ihren Betriebspunkt nicht. Da der Betriebspunkt konstant ist, könnte auch eine Leistungsregelung nicht eingreifen. Diese Investition wäre hier hinausgeworfenes Geld. Die Anlage würde zwar funktionieren, man hätte aber keinen Nutzen. Abb. 8: Konstante Durchflussmenge. Bei dieser Schaltung ist aufgrund der konstanten Verhältnisse natürlich auch der Einsatz von Differenzdruckreglern nicht sinnvoll. Die Wassermenge für jeden einzelnen Verbraucher kann einfach mit einem Strangregulierventil im mengenkonstanten Teil des Verbraucherkreises eingestellt werden. Die Dimensionierung des Dreiwegeventils erfolgt nach dem mengenvariablen Teil, das heißt, in diesem Fall nach dem Druckverlust des Verbrauchers. Der Druckverlust des Strangregulierventiles sitzt jedoch im mengenkonstanten Teil und ist bei der Berechnung der Ventilautorität außer Acht zu lassen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass jedes Dreiwegeventil nur nach dem Verbraucher dimensioniert werden muss. Speziell bei einer Vorprojektierung kann das richtige Regelventil bereits ausgewählt werden, ohne dass noch exakt der Differenzdruck von den Versorgungsleitungen her bekannt ist. Die Anpassung erfolgt in diesem Fall, wie schon genannt, durch das Regulierventil. Speziell bei dieser Umlenkschaltung ist die Verwendung eines Regulierventiles im Bypass notwendig, um die richtige Funktion des Drei wegeventils zu gewährleisten. Wie Sie in unserem Beispiel sehen, hat der Verbraucher (z. B. Fan-Coil) einen Widerstand von 0 kpa. Wird nun die Anlage auf Volllast einreguliert, so wird sie ohne Probleme funktionieren. Schalten nun z. B. einzelne Ventile am Beginn des Kreises ab, wenn keine Leistung mehr benötigt wird, so fällt plötzlich der Widerstand des Verbrauchers weg, da die Bypassleitung alleine praktisch druckverlustlos ist. In diesem Fall würde mit dem zur Verfügung stehenden Differenzdruck die Gesamtwassermenge ansteigen. Zu hohe Wassermengen in einem Teil führen jedoch automatisch dazu, dass in anderen Anlagenteilen die Wassermenge zu gering wird. Dies ist auch in diesem Beispiel der Fall. Durch den Kurzschluss in einzelnen Kreisen kommt es zu einer Unterversorgung in anderen Bereichen. Man ist plötzlich im Teillastbereich nicht mehr in der Lage, die Leistung für einzelne Gruppen aufrechtzuerhalten. Dies verwundert, da man meist geneigt ist zu glauben, dass Probleme der Anlage nur im Volllastbereich auftreten. In der Praxis sind jedoch Probleme bei Teillast wesentlich häufiger anzutreffen als bei einer Anlage, die mit 00 % Leistung arbeitet. Das eben geschilderte Problem kann durch die Installation eines Strangregulierventils im Bypass beseitigt werden. Dadurch dass man im Bypass den gleichen Widerstand wie im Verbraucherkreis aufbaut, wird auch bei Wegschalten des Regelventils der Kreiswiderstand konstant gehalten, damit wird auch die Wassermenge des Kreises und keine Störung der einzelnen Verbraucher untereinander erfolgen. Es ist jedoch darauf zu achten, dass bei Verbrauchern, die praktisch keinen Innenwiderstand haben, nicht durch einen Widerstand im Bypass dann der gegenteilige Effekt erzielt wird. Das heißt also, der Widerstand im Verbraucherkreis muss gleich hoch sein wie der Widerstand in der Bypassstrecke. Unter diesen Gegebenheiten können natürlich auch dann Regelventile den vollen Ventilhub ausnutzen. Die Regelgenauigkeit wird entsprechend besser. Von manchen Pumpenfirmen wird auch bei mengenkonstanten Systemen eine Leistungsanpassung der Pumpe propagiert. In diesem Fall wird nicht der Differenzdruck als Regelkriterium herangezogen, sondern der Temperaturunterschied zwischen Vorund Rücklauf. Die Argumentation, dass eine Anlage, wenn sie auf Volllast läuft, eine Spreizung von 0 K aufweist und dann die volle Pumpenleistung notwendig wird, ist sicher richtig. Die Argumentation, dass sich bei 0 % Last die Spreizung halbiert, da ja die halbe Wassermenge über den Verbraucher und die andere Hälfte über die Bypassstrecke fließt, ist ebenfalls richtig. Nur davon auszugehen, dass man in diesem Fall auch die Gesamtwassermenge im System reduzieren kann, um die Spreizung wieder auf dem gewünschten Niveau zu halten, ist sicher kritisch. Diese Argumentation wäre dann rich-

27 tig, wenn alle Verbraucher gleichmäßig nur 0 % Leistung benötigen würden. Aufgrund des Proportionalitätsgesetztes wird auch bei verringerter Wassermenge die prozentuelle Wassermengenverteilung im Netz unverändert bleiben. Nehmen wir aber folgendes Szenario: In einem Einkaufszentrum schließen um 8.00 Uhr die Geschäfte. Die Regler sind auf Nachtabsenkung programmiert und so schließen die Ventile und es wird keine Heizleistung mehr benötigt. Im selben Objekt sind jedoch auch Restaurants vorhanden, die noch mit voller Leistung arbeiten. Diese Regelkreise brauchen die volle Leistung und damit auch die volle Durchflussmenge. Würde man nun die Pumpe nach der Temperaturspreizung regeln und die Wassermenge reduzieren, könnte man in diesen Kreisen die Leistung nicht mehr erbringen. Das heißt, 0 % Leistung kann bedeuten, alle Verbraucher haben nur mehr 0 % Leis-tungsbedarf oder 0 % brauchen nichts und 0 % benötigen 00 % Leistung. Aus diesem Fall ist speziell bei solchen Systemen besonders darauf zu achten, wie die Gleichzeitigkeit in der Anlage gegeben ist.

28 Leistungsgeregelte Pumpen Mengenvariables System mit ungeregelter Pumpe Wenn wir nun ein ähnliches System wählen, wobei wir die Dreiwege- durch Zweiwegeventile ersetzen, so erhalten wir automatisch ein mengenvariables System. Dadurch dass der Bypass nicht mehr vorhanden ist, wird die Wassermenge für den Verbraucherkreis variabel. In diesem Fall ändern sich natürlich auch die Differenzdrücke für jeden Verbraucherkreis je nach Betriebspunkt der Pumpe. Betrachten wir nun den Fall, dass die Anlage für 00 % Last einreguliert wurde. In diesem Fall wird von manchen Experten propagiert, dass zusätzlich zu den Regelventilen keine Einregulierungsventile notwendig sind. Diese würden die Autorität des Regelventils verschlechtern und somit die Gesamtfunktion der Anlage negativ beeinflussen. Diese Argumentation ist auf den ersten Blick zwar richtig, auf den zweiten jedoch falsch. Aufgrund der Tatsache, dass Regelventile in abgestuften Kvs-Werten angeboten werden, kann nicht für jeden Anwendungsfall das optimale Ventil gefunden werden. Nehmen wir nun den Fall an, dass für die gewünschte Wassermenge und den zur Verfügung stehenden Differenzdruck rein rechnerisch ein Kvs-Wert des Regelventiles von erforderlich ist. Gemäß der Reynard-Reihe sind Ventile mit einem Kvs-Wert von bzw., verfügbar. Wählt man das Ventil mit dem Kvs-Wert von, ist mit dem zur Verfügung stehenden Differenzdruck die gewünschte Wassermenge nicht mehr zu erzielen. Aus diesem Grund muss das nächst größere Ventil, in unserem Beispiel mit dem Kvs-Wert von,, gewählt werden. Dieses Ventil wird im Teillastgebiet sicher gut funktionieren. Die Problematik der Anlage besteht jedoch bei der Morgenaufheizung. Dadurch, dass in jedem Verbraucherkreis ein Ventil verwendet wird, dessen Kvs-Wert eigentlich zu groß ist, wird bei voll geöffnetem Ventil ein höherer Volumenstrom erreicht, als dies erforderlich wäre. Bei der Morgenauf heizung, wenn die Regelabweichung sehr groß ist, werden alle Ventile über dem Auslegungsbereich geöffnet haben. All diejenigen Regelgruppen, die nahe bei der Pumpe sitzen, werden eine zu große Durchflussmenge aufweisen. Wie schon eingangs erwähnt, wird es, wenn einzelne Kreise überversorgt werden, auch andere Kreise geben, die eine zu geringe Durchflussmenge aufweisen. In diesem Fall wird dann die Morgenaufheizung länger dauern bzw. es werden Anlagenteile unterversorgt. Dieses Problem kann durch das Regulierventil in Serie behoben werden. Die Anlage wird so einreguliert, dass bei voll geöffneten Regelventilen mit dem Regulierventil eine Mengenbegrenzung erzielt wird. Wie ersichtlich ist, ist durch den Serienwiderstand des Regelventils zwar in der Theorie die Autorität verschlechtert, in der Praxis wird jedoch der nutzbare Regelbereich des Ventils sogar vergrößert und die Regelgenauigkeit erhöht. Das heißt, in diesem Fall hat das Regulierventil nur eine Funktion bei vollgeöffneten Regelventilen. Im Teillastgebiet ist die Funktion des Regulierventils nicht mehr gegeben, da der Druckverlust bei verringerter Wassermenge natürlich auch praktisch vernachlässigbar wird. Nehmen wir nun den Fall 0 % Last. Aufgrund der Tatsache, dass bei 0 % Last die Gesamtwassermenge nur mehr ein Viertel ist, ändert die Pumpe ihren Betriebspunkt. Der Punkt wandert von A entlang der Pumpenkennlinie auf den Punkt B. Dadurch wird zwar die gesamte geförderte Wassermenge reduziert, der gesamte Differenzdruck steigt jedoch an. Wie nun in der Abbildung auf Seite ersichtlich ist, ist der Druckanstieg am Beginn des Systemes prozentuell geringer als am Ende. Viele Praktiker sind der falschen Meinung, dass der Druckanstieg im gesamten Netz gleich groß wäre. Dieser Unterschied ist aufgrund der Tatsache zu erklären, dass die Rohrreibung nicht linear mit der Wassermenge zu- oder abnimmt. Wie in einem Ventil ist auch bei der Rohrreibung annähernd das Verhältnis quadratisch. Das heißt, bei doppelter Wassermenge durch das Rohr wird der Druckverlust pro Meter annähernd viermal so groß, bei halber Wassermenge ist er nur mehr ein Viertel. Dadurch dass die Rohrreibung bei reduzierter Durchflussmenge im System nun sehr stark abnimmt, wird auch der Druckanstieg bei allen Verbrauchern, die weiter weg von der Pumpe situiert sind, wesentlich stärker erfolgen, als dies bei nahe gelegenen Kreisen der Fall ist. Wie in unserem Beispiel ersichtlich, muss geklärt werden, ob dieser Druckanstieg durch die Regelventile aufgenommen werden kann. Problematisch wird die Situation beim Einsatz von Thermostatventilen. Thermostatventile können ab einem Differenzdruck von mehr als kpa bereits Geräusche entwickeln. Um dieses Phänomen zu beseitigen, müssen dezentrale Druckstabilisierungsmaßnahmen erfolgen. Dies kann entweder über dezentral angeordnete Überströmventile oder besser durch Differenzdruckregler erfolgen. 7 p 07 M 97 0 p 0 Da die meisten Anlagen nach diesem Prinzip gebaut wurden und es hier Probleme gibt, ist man natürlich geneigt zu sagen, der Einsatz einer drehzahlgeregelten Pumpe wird diese Probleme lösen. Leider ist dies nicht immer der Fall. In vielen Anlagen wird eine Besserung des Phänomens eintreten, in anderen Anlagen jedoch nicht. Der Grund dafür ist nachfolgend beschrieben. 0 0 M Δ p R Abb. 9: Variable Durchflussmenge ungeregelte Pumpe.

29 Mengenvariables System mit leistungsgeregelter Pumpe. Pumpe mit integriertem Differenzdruckfühler In den letzten Jahren sind sogenannte elektronische Pumpen besonders aktuell geworden. Diese einfach zu installierenden und auch in Relation kostengünstigen Pumpen bieten mehrere Vorteile. Die Förderhöhe kann relativ einfach mit einem Potentiometer eingestellt werden und die Pumpe hält ohne externe Verdrahtung diese Förderhöhe konstant. Dies basiert auf der Tatsache, dass in der Pumpe die Drehzahl und die Stromaufnahme gemessen werden. Aufgrund dieser beiden Daten kann ein Rechner den Arbeitspunkt der Pumpe ermitteln. Eine Differenzdruck messung wird in den meisten Fällen nicht erfolgen. Dies hat jedoch für die hydrau lische Funktion keine Auswirkung. Wird nun der Differenzdruck an der Pumpe, sprich am Beginn des Netzes, konstant gehalten, so wird unter jedem Lastpunkt, das heißt auch bei 0 % Last, dieser Differenzdruck unverändert bleiben. Wenn man nun der Meinung ist, dass diese konstanten Verhältnisse überall im Netz herrschen, so wird man leider enttäuscht. Auch in diesem Fall ist die Rohrreibung des Systems der entscheidende Faktor. Bei halber Durchflussmenge ist auch hier der Druckverlust nur mehr rund ein Viertel. Das heißt, an den letzten Verbrauchern im System wird nach wie vor der Differenzdruck ansteigen, was wiederum zu Geräuschproblemen führen kann. Bei kleinen Durchflussmengen (z. B. auch bei wesentlich überhöhter Vorlauftemperatur) kann es dazu kommen, dass der Differenzdruck am Ende des Systems praktisch gleich hoch wird, wie die an der Pumpe eingestellte Förderhöhe. Die Dimensionierung der Regelventile erfolgt hier ebenfalls gemäß der Autorität. Das heißt, der Druckverlust des Regelventils soll mindestens genauso hoch sein wie der der zu regelnden Strecke. In diesem Fall erzielt man eine Autorität von mindestens 0,. Das heißt, es muss das Regelventil dem Einbauort des Systemes angepasst werden. Hat man nun, wie in unserem Beispiel (Abb. ), am ersten Verbraucher einen Differenzdruck von 00 kpa zur Verfügung und der Verbraucherkreis hat einen Widerstand von 0 kpa, so kann das Regelventil ohne Probleme auf einen Druckverlust von 90 kpa ausgelegt werden. Am Ende des Netzes, wo die Differenzdrücke nicht mehr so hoch sind, wird das Regelventil bei Volllast auf einen Druckverlust von kpa ausgelegt. Bei Teillast steigt der Differenzdruck an. In diesem Fall muss das Regelventil entsprechend schließen, um den erhöhten Differenzdruck zu kompensieren. Dies wird normalerweise bei guten Regelventilen kein Problem sein. Kann jedoch das Regelventil nicht entsprechend reagieren, wird natürlich durch den ansteigenden Differenzdruck auch die Wassermenge im Sekundärsystem ansteigen. Das heißt, die zentral eingesetzte Drehzahlregelung kann die dezentralen Probleme nicht beeinflussen. Abb. 0: Veränderung der Ventilkennlinie bei verschiedenen Abgleichverfahren. p 00 M 90 0 p 0 M 0 8 Wenn man nun den Stromverbrauch der verschiedenen Systeme betrachtet (bei gleichen Leistungen), wird man erkennen, dass ein mengenkonstantes System natürlich über das Jahr gesehen, den höchsten Leistungsbedarf der Pumpe, aufweist. Hat man das gleiche System und verwendet eine drehzahlkonstante Pumpe bei mengenvariablen Verbraucherkreisen, so wird, obwohl der Differenzdruck ansteigt, aufgrund der Tatsache, dass die Menge sinkt, auch der gesamte Leistungsbedarf der Anlage sinken. Verwendet man nun eine leistungsgeregelte Pumpe, so erfolgt erneut eine Reduktion des Strombedarfs. Hat man nun ein System, bei dem der Differenzdruck nicht am Beginn sondern am Ende gemessen und konstant gehalten wird, kann noch eine zusätzliche Strom ersparnis erzielt werden. 0 p R Abb. : Variable Durchflussmenge mit leistungsgeregelter Pumpe. Druck wird bei der Pumpe konstant gehalten. 7

30 Leistungsgeregelte Pumpen / Hydraulische Grundschaltungen. Pumpe mit externem Differenzdruckfühler In diesem Fall wird durch einen externen Differenzdruckfühler der Druck z. B. am Ende des Systems gemessen. Dieser Druck wird an die Steuerelektronik weiter geleitet und diese hält mit Hilfe der Drehzahlregelung der Pumpe den Druck am Ende des Systems konstant. Dass diese Installationsart aufgrund der Tatsache, dass ein externer Fühler verwendet werden muss und natürlich auch ein entsprechender Verdrahtungsaufwand besteht, teurer kommt, liegt auf der Hand. Vielfach ist man jedoch geneigt, dieses System zu verwenden, da es zusätzliche Stromersparnis für die Pumpe mit sich bringt. Wie sieht es jedoch bei einer Anlage aus, die auf konstantem Differenzdruck am Beginn dimensioniert wurde und bei der man nun den Differenzdruckfühler am Ende montiert? Wird sie funktionieren? Es ist anzunehmen, dass sich sehr viele Fachleute in unserer Branche über diese Thematik noch gar nicht den Kopf zerbrochen haben. Man wird sicher geneigt sein zu sagen, es spielt keine Rolle, wo man den Differenzdruck konstant hält. Dies ist leider nicht der Fall. Werden die Ventile für einen konstanten Differenzdruck am Beginn des Systems ausgelegt und ändert man das System um, indem man nur den Messort verändert, so wird es in der Praxis zu großen Problemen kommen.. Wie kann das möglich sein? Dadurch dass nun am Ende des Systems der Differenzdruck konstant gehalten wird, wird die Pumpe nur bei Vollast die maximale Förderhöhe erreichen. Im Teillastgebiet wird aufgrund der Tatsache, dass nun die Rohrreibung reduziert wird, die erforderliche Druckhöhe geringer sein, um den gleichen Differenzdruck am Ende des Systems zu erhalten wie bei Volllast. Hat man nun z. B. das erste Ventil im Kreis auf Volllast, in unserem vorigen Beispiel auf 90 kpa, ausgelegt und man erreicht bei Teillast nur mehr 0 kpa, so kann auch das voll geöffnete Ventil nicht mehr in der Lage sein, die gewünschte Wassermenge zum Verbraucher zu leiten. Das heißt, wenn im Teillastgebiet einzelne Verbraucher die volle Leistung benötigen, ist eine zufriedenstellende Versorgung der Anlage nicht mehr gewährleistet. Wird eine Anlage mit einem Druckfühler am Ende errichtet, müssen die Regelventile nach dem Differenzdruck am Ende des Systems dimensioniert werden. Das heißt, sollte im Teillastgebiet der Differenzdruck am Beginn des Systems annähernd dem ausgeregelten Druck am Ende entsprechen, kann noch immer bei voll geöffnetem Ventil die Nennwassermenge erreicht werden. Für die Projektierung ist diese Installationsmethode sogar einfacher, da alle Regelventile auf einen konstanten Differenzdruck ausgelegt werden können und eine Beachtung des Einbauortes für die richtige Dimensionierung des Ventils nicht erforderlich ist. Steigt nun bei Volllast der Druck für die Regelgruppen an, wird das Motorventil schließen müssen, um die Wassermenge für den Kreis auf dem gewünschten Wert zu halten. Auch hier ist in der Praxis beim Einsatz von Thermostatventilen eine dezentrale Differenzdruckregelung notwendig (Differenzdruckregler), um die Druck verhältnisse für die Thermostatventile im gewünschten Bereich zu halten.. Regelung nach Anlagenkennlinie Die Regelung der Pumpe nach der Anlagenkennlinie ist sicher etwas problematisch. Zum einen muss die Steuerelektronik der Pumpe auf die Erfordernisse der Anlage ausgelegt sein, zum anderen ist es unmöglich mit den momentan verwendeten Antriebsmotoren die Wassermenge wirklich bis gegen Null zu regeln. Betrachten wir normale Heizungsanlagen, so wird die Vorlauftemperatur im Regelfall gemäß der Außentemperatur geregelt. Wird nun zusätzlich die Wassermenge der Anlage mitbeeinflusst, so haben wir zwei Regelparameter, die sich auf die Wärmeabgabe der Heizkörper auswirken. Zum einen beeinflusst die Vorlauftemperatur die Wärmeabgabe, zum anderen die erzielbare Durchflussmenge. Die Pumpenregelung nach der Anlagenkennlinie wird auch dann sicher funktionieren, wenn in der Anlage einigermaßen gleichmäßige Verhältnisse vorherrschen. Sind jedoch an einer Regelgruppe sowohl ein Nord- als auch ein Südkreis vorhanden, kann es bereits zu Problemen kommen. M M Schließen aufgrund von Sonneneinstrahlung im Südteil der Anlage die Thermostatventile, so wird die gesamte Wassermenge reduziert. Die Pumpe würde ebenfalls die Förderhöhe reduzieren. Wenn jedoch im Nordteil nach wie vor der volle Leistungsbedarf erforderlich ist, kann eine sichere Beheizung der Anlage nicht mehr gewährleistet werden. p 00 0 p Ebenso ist es in diesem Fall notwendig, die Heizkurve am Regelgerät anders einzustellen als dies bei einer konventionellen Pumpenausführung der Fall wäre. Dadurch, dass Menge und Temperatur gleichzeitig variiert werden, muss im Teillastgebiet die Heizkurve etwas angehoben werden, um bei verringertem Heizmittelstrom die gewünschte Heizleistung zu erzielen. p R Abb. : Variable Durchflussmenge geregelte Pumpe. Der Differenzdruck wird am Ende des Systems konstant gehalten. 8

31 Drosselregelung Differenzdruck erforderlich Wassermenge primär variabel Wassermenge sekundär variabel Temperatur beim Verbraucher konstant Temperatur beim Umformer variabel Anwendung: Umformer Zonenregelung Vorteile: Hohe Spreizung, daher für Brennwertkessel und Fernwärme geeignet. Nachteile: Variable Wassermengen und gegenseitige Beeinflussung der Regelkreise. Differenzdruckregelung erforderlich. Für die richtige Dimensionierung des Regelventils muss der Differenzdruck H bekannt sein. Beschreibung Die Leistungsabgabe des Verbrauchers wird durch Veränderung der Durchflussmenge geregelt. Funktion Durch den von der Pumpe zur Verfügung stehenden Differenzdruck p wird der Primärvolumenstrom über den Verbraucher, in unserem Fall Wärmetauscher, geleitet. Die Regelung der Wärmeabgabe des Wärmetauschers erfolgt über die Mengenregelung mit dem Durchgangsventil. Dabei wird die Temperatur für den Wärmeverbraucher nicht verändert. Abhängig von der Öffnung des Regelventils ändert sich jedoch die Spreizung. Bei einem richtig einregulierten System wird bei voll geöffnetem Regelventil die Nennspreizung erreicht. Im Teillastgebiet erhöht sich die Spreizung. Das Einregulierungsventil P ist notwendig, um das System an den zur Verfügung stehenden Differenzdruck anzupassen. Mit dem Differenzdruck p und der gewünschten Durchflussmenge ist es möglich, den theoretisch richtigen Kvs-Wert für das Regelventil zu berechnen. In der Praxis ist dies jedoch nicht der Fall, da Regelventile nur in vordefinierten, abgestuften Werten angeboten werden. Es müsste deshalb ein Durchgangsventil mit einem Kvs-Wert, der bei voll geöffnetem Ventil eigentlich zu groß ist, verwendet werden. Wenn wir nun einen geregelten Regelkreis betrachten, so wäre natürlich der Regler in der Lage, die zu hohe Wassermenge und die damit verbundene erhöhte Wärmeabgabe durch Schließen des Regelventils zu kompensieren. Haben wir jedoch mehrere parallele Verbraucher, so verursacht zu hoher Durchfluss in einem Regelkreis zu geringen Durchfluss in anderen. Damit erhalten wir eine hydraulisch nicht ausgewogene Anlage mit mehreren Problemen. Die Abbildung zeigt ein System, das dann verwendet wird, wenn sich der Differenzdruck p nicht gravierend ändert. Ändert sich jedoch p abhängig von der gesamten Last, ist es sinnvoller, einen Differenzdruckregler STAP vor dem Regelventil zu verwenden (Abb. ). In diesem Fall wird der Differenzdruck für Verbraucher und Regelventil konstant gehalten. Das Regelventil kann immer mit einer konstanten Autorität arbeiten. Die Beeinflussung durch den veränderlichen Vordruck p wird über den Differenzdruckregler STAP ausgeglichen. Mit Hilfe des Einregulierungsventils P kann die Wassermenge kontrolliert werden. P S CV P t V P S t V Q P Q P t R t R S o P STAP CV k TA FUSON-P oder TA-Modulator t V Q P t R STAF STAF STAF Abb. : Drosselregelung Abb. : Drosselregelung als differenzdruckunabhängiger Regelkreis. Abb. : Drosselregelung mit differenzdruckunabhängigen Regelventilen. 9

32 Hydraulische Grundschaltungen Um die Autorität des Regelventils noch weiter zu verbessern, empfiehlt es sich, den Differenzdruck über dem Regelventil konstant zu halten. Dies ist in Abbildung ersichtlich. Mit der Impulsleitung wird über das Regelventil der Differenzdruck am STAP konstant gehalten. Anhand des eingesetzten Kvs-Wertes des Regelventils und der erforderlichen Durchflussmenge werden der Sollwert bzw. der gewünschte Druckverlust des Regelventils errechnet und am STAP-Ventil eingestellt. Dadurch erreicht das Regelventil eine Autorität von praktisch. Das Ergebnis ist eine sichere, stabile Regelung ohne Beeinflussung durch den Primärdruck p P. Mit dem Einregulierungsventil P kann die Wassermenge kontrolliert werden. Diese Schaltung empfiehlt sich auch bei Umformern bzw. Kleinfernwärmeanlagen. Alternativ können Regelventil, Differenzdruckregler und Regulierventil auch in einer Armatur zusammengefaßt werden, z. B. durch ein druckunabhängiges Regel- und Regulierventil TBV-CMP oder TA-FUSON-P. p = p p v p L = 90, =, kpa Kv -P qp 00 p -P 77,9 00, Bei einem / ergibt dies Handradposition, S Dimensionierungsbeispiel zu Abb. 7: Drosselschaltung mit TA-FUSON-C-Regelventil. Der geplante zur Verfügung stehende Differenzdruck kann in das Regelventil gelegt werden, da sein Kvs-Wert stufenlos einstellbar ist. Ergebnis: TA-FUSON-C DN Einstellung, œs 70 l/h K vs, th 00 Δp , Einregulierung: Öffnen des Regelventils Einregulieren der Nenndurchflussmenge mit dem -Ventil. Bei mehreren parallelen Kreisen ist nach der TA-Diagnose- Methode vorzugehen. Dimensionierung Regelventil Druckverlust Regelventil p V H p L Minimal zur Verfügung stehender Differenzdruck P t V Q P CV t R p: p min = p Vmin + p L + p p minimal kpa STAF Dimensionierungsbeispiel zu Abb. : p L = kpa; H = 90 kpa Q = 0 kw t V = 0 C t R = 0 C p min = p Vmin + p L + p = + + = kpa p = 90 kpa, und damit größer als p min. Die Auswahl der Regelventile erfolgt nach der Reynardreihe. Zur Verfügung steht Reynardreihe,0..., Da der Druckverlust bei einem Ventil mit kv =, kleiner als p L ist, wird Kvs =,0 gewählt. p v qs 00 Kvs kpa Abb. : Regelung eines Wärmetauschers. t P V Q p t CV R STAF Abb. 7: Drosselschaltung über einen Verbraucher. 0

33 Einspritzschaltung mit Durchgangsventil Differenzdruck erforderlich Wassermenge primär variabel Wassermenge sekundär konstant Temperatur beim Verbraucher variabel Anwendung: Heizkörpersysteme, Fußbodenheizung Luftheizregister, Niedertemperaturheizung Vorteile: Für Systeme mit Anfor derung an niedrige Rücklauftemperaturen, z. B. Fernheizung, Brennwertgeräte. Unterschied liche Temperaturniveaus für Primär- und Sekundärseite möglich, z. B. primär 90 C und sekundär Fußbodenheizung mit C. Nachteile: Für die Dimensionierung des Regelventils muss der Differenzdruck p bekannt sein. Bei Vorheiz registern besteht bei langen Rohrleitungen Frostgefahr wenn keine Frostschutzsicherung installiert ist. Funktion Für diese Schaltung ist ein Differenzdruck von der Pumpe H erforderlich. Der von der Pumpe zur Verfügung stehende Differenzdruck wird über dem Regelventil zum einen und über dem Regulierventil P zum anderen abgebaut. Der Differenzdruck von der Pumpe beeinflusst die Durchflussmenge und die Druckverhältnisse im Sekundärkreis nicht. Vorteil dieser Schaltung ist, dass die Primär- und Sekundärwassermenge unabhängig voneinander eingestellt werden können. Dadurch ist es möglich, Systeme mit unterschiedlichen Temperaturniveaus zu kombinieren. So kann man zum Beispiel an einen Ver teiler mit 90 C eine Fußbodenheizung mit C maximaler Vorlauftemperatur anschließen. Die Mischung erfolgt in Punkt A. Das Rücklaufwasser wird hier mit dem Vorlaufwasser des Kessels gemischt. Ist das Regelventil geschlossen, wird nur Rücklaufwasser im Kreis gepumpt. Öffnet sich das Regelventil, so wird ein Teil Vorlaufwasser beigemischt und die zufließende Wassermenge wird über das Regelventil zum Energieerzeuger zurückgeleitet. Bei voll geöffnetem Regelventil kann man zwei grundsätzliche Fälle unterscheiden: ) Primärtemperatur > Sekundärvorlauftemperatur tp > tv In diesem Fall besteht immer ein Volumenstrom über dem Bypass vom Rücklauf zum Punkt A. Durch die Beimischfunktion wird die Vorlauftemperatur t V immer niedriger als die Primärtemperatur t P sein. Um die richtigen Wassermengen und damit das richtige Temperaturniveau für den Sekundärkreis zu erzielen, ist es wichtig, Primär- und Sekundärwassermengen mit den Einregulierungsventilen P und S aufeinander abzustimmen. Bei Fußbodenheizungen darf das Rückschlagventil im Bypass nicht verwendet werden. ) Vorlauftemperatur vom Energieerzeuger = Vorlauftemperatur des Verbraucherkreises tp = tv In diesem Fall muss die Primärwassermenge V P der Sekundärwassermenge V s entsprechen. Nur in diesem Fall ist es möglich, mit gleichen Temperaturen auf der Primär- und Sekundärseite zu arbeiten. Es darf über die Bypassstrecke kein Wasser fließen. Würde ein Volumenstrom vom Rücklauf in Richtung Punkt A fließen, ergäbe sich eine Reduzierung der Sekundärvorlauftemperatur t V und die Leistung des Kreises könnte nicht erreicht werden. Viele Anwender regulieren deshalb die Primärwassermenge etwas höher als die Sekundärwassermenge ein. In diesem Fall würde sich ein Durchfluss im Bypass vom Punkt A in den Rücklauf ergeben. Diese Rücklauftemperaturanhebung ist bei Brennwertgeräten und Fernwärmebetrieb nicht gewünscht. Aus diesem Grund und aus Sicherheitsgründen wird ein Rück schlagventil im Bypass verwendet. Dieses Rückschlagventil im Bypass hat zusätzlich eine weitere Funktion. Sollte die Sekundärpumpe ausfallen, kann durch den Differenzdruck p ein Notbetrieb für den Verbraucherkreis aufrechterhalten werden, da das Rückschlagventil einen Volumenstrom von A Richtung Rücklauf verhindert. Ist das Rückschlagventil nicht vorhanden, würde sich hier ein Kurzschluss ergeben und der Notbetrieb für den Verbraucher wäre nicht erreichbar. Da bei diesem System ein Regelventil, dessen Kvs-Wert theoretisch der gewünschten Wassermenge V P bzw. dem Differenzdruck H entspricht, in den wenigsten Fällen gefunden werden kann, wird im Regelfall ein Ventil gewählt, dessen Kvs-Wert größer ist. Ist dieses Ventil voll geöffnet, kann bei vorgegebenem p ein höherer Volumenstrom primär fließen, als gewünscht ist. Dies ist in den meisten Fällen bei einem einzelnen Heizkreis nicht problematisch, da der Regler im Sekundärkreis die erhöhte Temperatur misst und durch Schließen des Regelventils eingreift. Sind jedoch mehrere parallele Regelkreise vorhanden, kann sich das Problem umkehren. Ist das Regelventil voll geöffnet und erhält einen zu großen Volumenstrom, werden andere Verbraucher einen zu geringen Volumenstrom bekommen. In diesem Fall sind sie nicht mehr in der Lage, die geforderte Temperatur im Regelkreis zu erbringen, und die Probleme in der Anlage nehmen zu. Das Ventil P kann dieses Problem zuverlässig verhindern. Zusätzlich kann es auch die Regelfähigkeit des Durchgangsventils verbessern.

34 Hydraulische Grundschaltungen Dimensionierung Regelventil Druckverlust Regelventil pv H p Einregulierung: Schließen des Regelventils Einregulieren der Sekundärwassermenge q S mit dem Ventil S Öffnen des Regelventils Dimensionierungsbeispiel: H = kpa Q = kw t V = 70 C t R = C t P = 90 C œ p º (t p - t r ), 00 (90 - ), 0 l/h œ s º (t v - t r ), 000 (70 - ), 79 l/h K vs, th 0 00, Der erforderliche Kvs-Wert wird am TBV-CM direkt eingestellt. Ergebnis: TBV-CM, DN Voreinstellung: t P Q P t R t P Q P t R P CV TBV-CM t V t R t V t R S S STAF STAF Abb. 8: Einspritzschaltung mit Durchgangsventil. Abb. 9: Einspritzschaltung mit einstellbarem TBV-CM Regelventil.

35 Einspritzschaltung mit Dreiwegeventil Differenzdruck am Verteiler erforderlich Wassermenge primär konstant Wassermenge sekundär konstant Temperatur beim Verbraucher variabel Anwendung: Heizkörpersysteme, Fußbodenheizung, Luftheizregister, Vorheizregister Niedertemperaturheizung Vorteile: Bei Vorheizregistern wird bei der Montage am Heizregister die Totzeit in den Rohrleitungen vermieden, da permanent heißes Wasser am Regelventil zur Verfügung steht. Autorität fast, da praktisch kein Widerstand in der mengenvariablen Strecke vorhanden ist. Unterschiedliche Temperaturen für primär und sekundär möglich, z. B. primär 90 C und sekundär 0 C Niedertemperaturheizung. Konstante Wassermenge primärseitig, daher keine drehzahlgeregelten Pumpen notwendig. Nachteile: Permanente Rücklauf anhebung, daher nicht für Fernwärme und Anlagen mit Brennwertkessel geeignet. Leistung der Primärpumpe bleibt gleich. Funktion Diese Schaltung stellt eine Abwandlung der Einspritzschaltung mit Durchgangsventil dar. Die grundsätzlichen Aussagen gelten wie im vorigen Beispiel mit Durchgangsventil erwähnt, jedoch ist die Wassermenge im Primärkreis konstant. Dadurch steht immer heißes Wasser am Regelventil zur Verfügung, und es kann im Falle eines Vorheizregisters sehr schnell bei Frostgefahr an das Lüftungsregister abgegeben werden. Da der Widerstand der mengenvariablen Strecken des Dreiwegventils praktisch 0 ist, ist die Autorität des Ventils annähernd. Da auch hier die gleiche Problematik wie bei der Einspritzschaltung mit Durchgangsventil gegeben ist, entsteht auch ein Mischpunkt im Punkt A. Damit die Wassermengenverteilung zwischen Primär- und Sekundärkreis korrekt ist, müssen die Wassermengen mit den Ventilen STAP und S aufeinander abgestimmt werden. Die Abstimmung der einzelnen Regelkreise untereinander (Überund Unterversorgung) kann ebenfalls mit dem Ventil P zufriedenstellend erfolgen. Bei Fußbodenheizungen darf das Rückschlagventil im Bypass nicht verwendet werden. Dimensionierung Regelventil pv > kpa Dimensionierungsbeispiel: p = 0 kpa tv = 90 C t R = 70 C tp = 90 C Q = 90 kw Die Auswahl der Regelventile erfolgt nach der Reynardreihe. Zur Verfügung steht gemäß Reynardreihe Kvs oder Bei Kvs = ist: pv < kpa, daher Kvs = wählen. Die Differenz H - pv = 0 kpa -,8 =, kpa, muss im -P abgebaut werden. Bei einem / ergibt dies Handradposition,. Einregulierung: Schließen von Ausgang A-AB am Regelventil und Inbetriebnahme der Pumpen P und P. Einregulieren der Sekundärwassermenge q S mit dem Ventil S. Öffnen von Ausgang A-AB am Regelventil. Einregulieren von P auf die gewünschte Durchflussmenge. t V P t P S t R CV t R STAF Abb. 0: Einspritzschaltung mit Dreiwegeventil.

36 Hydraulische Grundschaltungen Umlenkschaltung Differenzdruck am Verteiler erforderlich Wassermenge primär konstant Wassermenge sekundär variabel Temperatur beim Verbraucher konstant Anwendung: Vorheizregister, Kühlregister, Zonenregelung Vorteile: Konstante Wassermenge primärseitig, daher keine leistungsgeregelten Pumpen erforderlich. Autorität des Regelventils nur vom Widerstand der Last abhängig. Keine Beeinflussung durch den Differenzdruck am Montageort. Auslegung des Regelventils kann unabhängig vom Einbauort erfolgen. Nachteile: Immer volle Primärtem peratur am Verbraucher anliegend. Permanente Rücklauf anhebung, daher nicht für Fernwärme und Anlagen mit Brennwertkessel geeignet. Leistung der Primärpumpe bleibt gleich. Funktion Diese Schaltung stellt eine Abwandlung der Drosselregelung dar. Durch den Einsatz eines Dreiwegeventils im Rücklauf wird die Wassermenge auf der Primärseite konstant. Der Volumenstrom V P wird entweder über den Verbraucher oder je nach Stellung des Dreiwegeventils über den Bypass geleitet. Bei stetiger Regelung sind auch alle Zwischenpositionen möglich. Damit die Wassermengen zu jedem Verbraucher gelangen können, ist es wichtig, die Primärwassermenge q P mit dem P Ventil einzuregulieren. Da jedoch bei hohem Verbraucherwiderstand (Widerstand des Verbrauchers > 0, p) ein großer Unterschied zwischen Widerstand im Verbraucherkreis zu Widerstand im Bypass herrscht, würde im Teillastbereich die Wassermenge sofort sprunghaft ansteigen, da der Widerstand des Verbrauchers wegfällt. Das Regelventil könnte ebenfalls nicht mehr im gesamten Hubbereich arbeiten, da die Widerstände über den beiden mengenvariablen Toren unterschiedlich sind. Um dieses Problem zu lösen, ist es in diesem Fall wichtig, das Einregulierungsventil B im Bypass zu installieren. Mit dem Einregulierungsventil P wird der gleiche Widerstand in der Bypassstrecke und im Verbraucherkreis aufgebaut. Dadurch kann das Dreiwegeventil über dem gesamten Regelbereich gleichmäßig und exakt regeln. Da die Autorität des Regelventils nur vom Widerstand in der mengenvariablen Strecke abhängt, ist die Dimensionierung des Dreiwegeventils relativ einfach. Der Druck verlust des Dreiwegeventils pv muss mindestens gleich groß sein wie der Druckverlust des Verbrauchers pl. Bei der Dimensionierung des Dreiwegeventils ist es nicht notwendig, den genauen Einbauort bzw. den entsprechenden Differenzdruck H zu kennen. Die Anpassung an den zur Verfügung stehenden Differenzdruck H wird mit dem Einregulierungsventil STAPP vorgenommen. p = p + p L + p V Dimensionierung Regelventil p V p L, damit a 0, (Autorität) Dimensionierungsbeispiel Q = 0 kw p L = kpa t V = C H = 70 kpa t R = C T = K Die Auswahl der Regelventile erfolgt nach der Reynardreihe. Zur Verfügung steht Reynardreihe Kvs: 0,0 oder. Da bei kv = der Druckverlust p V kleiner ist als p L, wird Kvs = 0 gewählt. Die Differenz H - p V - p L = = kpa muss im P abgebaut werden. Bei einem ergibt dies Handradposition,. STAF P B CV Einregulierung Öffnen des Regelventils A-AB. Nenndurchfluss mit Hilfe des Einregulierungsventils P einstellen. Diese Einregulierung muss bei verzweigten Netzen als Teil der Diagnose- oder Kompensationsmethode angesehen werden. Schließen des Regelventils B-AB. Durchfluss am P messen und das B solange schließen, bis die gewünschte Durchflussmenge erreicht wird. Abb. : Umlenkschaltung.

37 Beimischschaltung Kein Differenzdruck am Verteiler zulässig Wassermenge primär variabel Wassermenge sekundär konstant Temperatur beim Verbraucher variabel Anwendung: Heizkörpersystem, Luftheizregister Vorteile: Beim Einsatz auf druck losen oder druckarmen Verteilern ist die Autorität fast. Gute Regelfähigkeit. Nachteile: Temperatur muss primär und sekundär annähernd gleich sein. Kann nicht beim Anschluss einer Niedertemperaturheizung, z. B. C, an ein System mit 90 C verwendet werden. Kein Differenzdruck primärseitig erlaubt. Soll ein Beimischsystem auf einem druckbehafteten Verteiler verwendet werden, so ist ein Bypass vor dem Ventil zu verwenden (siehe Bild). Funktion Bei der Beimischschaltung wird das Wasser von der Energiebereitung vom Ausgang A mit dem Rücklaufwasser des Verbraucherkreises Ausgang B im Dreiwegeventil gemischt und über den Ausgang AB der Anlage zugeführt. Je nach Stellung des Dreiwegeventils kann die Temperatur tv des Verbraucherkreises zwischen t V = t P und Nulllast geregelt werden. Bei der Regelung handelt es sich hier für den Verbraucher um eine temperaturvariable und mengenkonstante Regelung. Die Beimischschaltung ist in der Heizungstechnik am weitesten verbreitet, da sie vielfach ohne großen Aufwand realisiert werden kann. Die Probleme des Dreiwegeventils bestehen jedoch darin, dass auf den mengenvariablen Toren kein Differenzdruck anstehen sollte. Der Differenzdruck, der am Verteiler ansteht, würde bereits bei nicht voll geöffnetem Ventil die volle Primärwassermenge über das Dreiwegeventil senden und damit die Regelfähigkeit und genaue Justierbarkeit negativ beeinflussen. Eine exakte Regelung wäre in diesem Fall nicht möglich. Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig, Dreiwegeventile, die als Beimischventil Verwendung finden, nur auf druck losen bzw. druckverlustarmen Verteilern zu verwenden. Dadurch hat das Ventil eine Autorität von fast und kann sehr gut regeln. Die genaue Wassermenge für den Verbraucherkreis wird mit dem Einregulierungsventil S eingestellt. Sollte jedoch ein Differenzdruck am Verteiler vorhanden sein, ist es ebenfalls möglich, eine Beimischschaltung zu verwenden. In diesem Fall muss der Differenzdruck, der von der Hauptpumpe zur Verfügung steht, über das Ventil P abgebaut werden. Zwischen Vor- und Rücklauf wird ein Bypass in voller Rohrdimension verwendet. Dadurch wird zwischen den mengenvariablen Ausgängen A und B des Dreiwegeventils kein Differenzdruck aufgebaut und es kann wieder mit Autorität arbeiten. Sollte das Ventil P nicht verwendet werden, würde ein Kurzschluss entstehen und der Rest der Anlage wäre nicht funktionsfähig. Das Ventil P muss so ein reguliert werden, dass zumindest die Sekundärwassermenge q S über das Ventil fließt. Normalerweise, und um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, wird qp rund ein bis drei Prozent höher eingestellt als q S. Diese Schaltung ist jedoch für den Einsatz an Brennwertgeräten bzw. Fernwärme systemen nicht mehr geeignet, da sich hier nun eine permanente Rücklaufanhebung ergibt. STAF CV Abb. : Beimischschaltungen. S Mischkreis auf drucklosem Verteiler. Dimensionierung Regelventil p V > kpa Dimensionierungsbeispiel Q = 0 kw t V = 80 C t R = 0 C Die Auswahl der Regelventile erfolgt nach der Reynardreihe. Zur Verfügung steht Reynardreihe,0 oder,. Bei der Wahl, würde der Druckverlust im Regelventil unter kpa sein, deshalb wird Kv =,0 gewählt. Dieser Druckverlust muss von der Pumpe im Regelkreis erbracht werden. Einregulierung Dreiwegeventil voll öffnen Nenndurchflussmenge mit S einstellen STAF CV S S Druckbehafteter Verteiler durch Bypass drucklos gemacht.

38 Kesselhydraulik Ein unerklärliches Phänomen Wie kann es vorkommen, dass in einer Anlage, bei der ein Kessel mit einer Leistung von 00 kw installiert ist und die Anlage zur Zeit einen Leistungsbedarf von 80 kw hat, nur eine Leistung von 70 kw vom Kessel zur Verfügung gestellt wird? Dass dies vorkommt, wird von den meisten Fachleuten verneint bzw. es wird die Antwort gegeben, dass ein feuerungstechnisches Problem vorliegt. In der Praxis kann dieses Phänomen auftreten, wenn z. B. ein Kessel mit 00 kw Leistung mit einer Durchflussmenge von m/h und einer Rücklauftemperatur von 0 C betrieben wird. Die Leistung, die der Kessel abgibt, errechnet sich gemäß folgender Formel: Q = Wassermenge x Spreizung x,. Da die Rücklauftemperatur 0 C beträgt und der Kessel bei Erreichen von 90 C über den Regelthermostaten abgeschaltet wird, ergibt sich eine maximal erzielbare Spreizung von 0 K. Diese, multipliziert mit der zur Verfügung stehenden Durchflussmenge von m/h, ergibt eine Leistung von 70 kw. Wird in der Anlage nun eine Leistung von 80 kw gefordert, reicht die Leistung des installierten Kessels nicht mehr aus, um diese zu erbringen, obwohl er theoretisch in der Lage wäre, eine Leistung von 00 kw abzugeben. Der Kessel kann diese Leistung nur dann erbringen, wenn die Durchflussmenge der Nenndurchflussmenge entspricht. Die meisten Kesselhersteller bestimmen die Nenndurchflussmenge für den Wärmeerzeuger bei einer Spreizung von 0 K. Diese sollte konstant dem Wärmeerzeuger zur Verfügung stehen. Je nach Kesseltyp und -ausführung sind gewisse Abweichungen von dieser Nenndurchflussmenge möglich. In den meisten Fällen wird ein Kessel zwischen T 0 und T 0 K, ohne Schaden zu nehmen, betrieben werden können. Wird die Spreizung kleiner als 0 K, treten hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Kesselinneren auf. Es können örtliche Zonen nicht mehr korrekt durchströmt werden. Dadurch entstehen örtliche Überhitzungen, und ein Kesselschaden durch Wärmeströmungen kann die Folge sein. Ein ähnliches Phänomen tritt auf, wenn die Spreizung größer als 0 K wird. In diesem Fall wird der Kessel nur teilweise bei den Anschlüssen durchströmt, der weiter entfernte Teil nicht mehr. Auch in diesem Fall können Wärmespannungen auftreten bzw. ein örtliches Überhitzen kann zu einem Schaden führen. In früherer Zeit waren Kessel relativ unempfindlich, da sie Abb. : Ein unglaubliches Phänomen Abb. : Kessel mit eigener Pumpe. einen hohen Wasserinhalt hatten. Moderne Kesselkonstruktionen weisen jedoch einen geringen Wasserinhalt auf. Aus diesem Grund ist bei modernen Kesseln die Einhaltung der Nennwassermenge besonders wichtig. Um bei Kesselfolgeschaltungen die Nenndurchflussmenge exakt einstellen zu können, sind folgende Grundschaltungen möglich.. Jeder Kessel mit eigener Kesselpumpe Diese Variante stellt die einfachste und eleganteste Möglichkeit dar. Dadurch, dass jeder Kessel eine eigene Kesselpumpe besitzt und mit einem Einregulierungsventil STAF die Kesselwassermenge auf den Nennwert einreguliert wird, können für jeden Kessel die optimalen Arbeitsbedingungen gefunden werden. Handelt es sich um einen Nieder- bzw. Tieftemperaturkessel, kann auf eine Rücklauftemperaturanhebung verzichtet werden. Handelt es sich jedoch um einen konventionellen Kessel, ist eine Rücklauftemperaturanhebung (Kessel K) zu verwenden. Kesselleistung Durch die Verwendung der Rücklauftemperaturanhebung wird die Wasser ein trittstemperatur auf dem eingestellten Wert garantiert. Die Verwendung der Umwälzpumpe und des Einregulierungsventils im mengenkonstanten Kreis erlaubt auch bei geschlossenem Dreiwegeventil, die Kesselwassermenge auf dem gewünschten Wert zu halten. Die Wassermenge, die vom Kessel an die Anlage abgegeben wird, ist jedoch nicht konstant, sondern von der Stellung des Dreiwegeventils abhängig. Diese Wassermenge kann von 0 (Dreiwegeventil geschlossen) bis Kesselnennwassermenge (Dreiwegeventil voll geöffnet) schwanken. Um diese unterschiedlichen Wassermengen im Ener-

39 gieerzeugungskreis auszugleichen, muss zwischen Energieerzeugung und -verteilung eine Entkoppelung stattfinden. Hier kann z. B. die hydraulische Weiche helfen. Die hydraulische Weiche ist aber auch notwendig, wenn z. B. drei Niedertemperaturkessel ohne Rücklauftemperaturanhebung verwendet werden. In diesem Fall ändert sich die Wassermenge in der Energieerzeugung, abhängig davon wie viele Kessel in Betrieb sind, sprunghaft. pkpa Hierbei handelt es sich rein theoretisch gesehen um die Parallelschaltung von zwei Pumpen. Da sich aber im gemein samen Stromkreis (hydraulische Weiche) praktisch kein Widerstand befindet, ist sichergestellt, dass die Wassermenge bei zwei in Betrieb befindlichen Kesseln zweimal der Nennwassermenge der Kesseln entspricht (siehe auch Pumpendiagramm Kessel ) mit eigener Pumpe. Abb. : Kessel mit gemeinsamer Hauptpumpe. pkpa Kessel Kessel Kessel Abb. 7: Pumpendiagramm: Kessel mit gemeinsamer Hauptpumpe. Kessel Kessel Abb. : Kessel mit eigener Pumpe. Pumpendiagramm. m /h m /h. Eine gemeinsame Hauptpumpe für alle Kessel Diese Schaltung wird sehr häufig in der Praxis verwendet, wobei jedoch meist die Kessel im Tichelmann-System verrohrt werden. Die Verwendung des Tichelmann- Prinzips bringt für die Kesselfolgeschaltung keine Vorteile, da der Widerstand der Kessel in den meisten Fällen unterschiedlich ist und auch nicht alle Kessel ständig gleichzeitig in Betrieb sind. Verwendet man jedoch nur Kessel mit Absperrklappen, kann nicht mehr sichergestellt werden, dass beim Betrieb von mehreren Kesseln die Wassermenge für jeden Kessel ausreicht. Nehmen wir nun den Fall, dass ein Kessel arbeitet. Schaltet ein zweiter Kessel zu, wird sich die Gesamtdurchflussmenge aufgrund der niedrigen Widerstände praktisch nicht verändern. Da aber nun plötzlich zwei Kessel in Betrieb sind, erhält jeder der Kessel nur mehr die halbe Durchflussmenge. Um dieses Problem zu beseitigen, ist es notwendig, in Serie mit dem Kessel einen höheren Widerstand aufzubauen. Durch diesen hohen Widerstand in Serie kann sichergestellt werden, dass durch Zuschalten von zusätzlichen Kesseln, die Wassermenge für jeden einzelnen auf dem Nennwert gehalten werden kann (siehe auch Pumpendiagramm: Kessel mit gemeinsamer Hauptpumpe ). Dieser höhere Widerstand in Serie mit dem Kessel kann auf sehr einfache Weise mit einem STAF-Einregulierungsventil erzielt werden. Kessel K zeigt einen Normal-, Nieder- oder Tieftemperaturkessel ohne die Möglichkeit einer Rücklauftemperatur anhebung. Kessel K ist mit einer Kesselumgehungsleitung 7

40 Kesselhydraulik ausgestattet. Durch diese Kesselumgehungsleitung kann sichergestellt werden, dass auch die Wassermenge immer konstant bleibt. Das Wasser fließt entweder durch den Kessel oder wird an diesem vorbeigeleitet. Durch die Bypassleitung um den Kessel herum entsteht jedoch immer eine Beimischung. Ist ein Kessel in Betrieb und der zweite außer Betrieb, kann die volle Vorlauftemperatur nicht erzielt werden. Diese Schaltung sollte nur dann zum Einsatz gelangen, wenn die Vorlauftemperatur für die Anlage entsprechend der Außentemperatur geregelt wird. Ist es jedoch notwendig, ständig die maximale Kesseltemperatur zur Verfügung stellen zu müssen, muss bei dieser Schaltung auch im Teillastbereich jeder Kessel arbeiten, um die Beimischung zu verhindern. Kessel K zeigt eine Schaltung mit Rücklauftemperaturanhebepumpe. In diesem Fall wird ein Teilstrom des Wassers vom Vorlauf wieder in den Rücklauf gepumpt. Diese Rücklauftemperaturanhebepumpe ist jedoch nur ein bedingter Schutz gegen Taupunktkorrosion, da sie speziell beim Anfahren der Anlage keine konstante Rücklauftemperatur garantieren kann. Ist eine konstante Kesselrücklauftemperatur gewünscht, ist es besser, für jeden Kessel eine eigene Kesselkreispumpe mit stetiger Rücklauftemperaturregelung zu verwenden (siehe Absatz Kessel K ). Da jedoch auch bei der Verwendung von nur einer Kesselkreispumpe die Wassermengen auf der Energieerzeugung ständig in Abhängigkeit der in Betrieb befindlichen Kessel schwanken, ist es auch hier notwendig, einen Ausgleich zwischen der Wassermenge im Kesselkreis und der Wassermenge bei den Verbrauchern zu schaffen. Auch hier können eine hydraulische Weiche oder ein Pufferspeicher helfen. Abb. 8: Systemtrennung durch hydraulische Weiche oder Pufferspeicher.. Ausgleich zwischen Primärund Sekundärwassermenge Wie bei den Kesseln erläutert, schwanken die Wassermengen zum einen auf der Energieerzeugungs- und zum anderen auf der Energieverbraucherseite. Diese unterschiedlichen Durchflussmengen müssen über ein Element, in dem eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit herrscht, ausgeglichen werden. Ist die Wassermenge im Energieerzeugungskreis (Kesselkreis) höher als bei den Verbrauchern, wird ein Volumenstrom in der hydraulischen Weiche vom Vorlauf-Kessel zum Rücklauf-Kessel fließen. Steigt die benötigte Durchflussmenge auf der Sekundärseite über den Wert des Kesselkreises, so wird ein Volumenstrom vom Rücklauf zum Vorlauf in der hydraulischen Weiche fließen. Dadurch entsteht ein Mischpunkt von Rücklauf und Vorlaufwasser, den der Regelfühler messen kann. Ist die Vorlauftemperatur zu gering, wird dann automatisch über die Kesselfolgeregelung der nächste Kessel in Betrieb genommen. Bitte beachten Sie jedoch, dass die Verwendung einer hydraulischen Weiche im Regelfall nur für solche Anlagen sinnvoll ist, die gemäß der Außentemperatur geregelt werden. Haben Sie noch keine Erfahrung mit dem Selbstbau von hydraulischen Weichen, raten wir grundsätzlich von einer Eigenfertigung ab. Wird die hydraulische Weiche falsch dimensioniert, können sich Teilströme auf der Kessel- und auf der Verbraucherseite ausbilden, ohne dass jedoch ein Temperaturtransport von der Energieerzeugung zum Energieverbraucher stattfindet. In diesem Fall würde der Kesselkreis voll auf Temperatur sein. Die Anlage ist kalt. Ähnliche Probleme können mit falscher Fühlerplazierung etc. auftreten. Aus diesem Grund sollten die von der Industrie vorgefertigten hydrau lischen Weichen verwendet werden. 8

41 . Zusammenschaltung von Regelgruppen mit Energieerzeugern a) Druckloser Verteiler Der drucklose oder druckarme Verteiler beruht darauf, dass zwischen Vor- und Rücklaufrohr kein Differenzdruck auftritt. Am Ende ist der Verteiler in voller Dimension zwischen Vor- und Rücklauf verbunden. Die Wassermenge für den Verteiler wird mit einem Regulierventil STAF so einreguliert, dass die Gesamtwassermenge ca. % höher ist als die maximale Summe der einzelnen Verbrauchermengen. Dies hat den Vorteil, dass jeder einzelne Verbraucher mit der gleichen Vorlauftemperatur betrieben werden kann. Würde nämlich die Gesamtwassermenge im Verteiler zu gering sein, kann es vorkommen, dass der letzte oder die letzten Verbraucher über die Verbindung zwischen Vor- und Rücklauf eine Teilwassermenge ansaugen und so ein Mischpunkt entsteht. Die Vorlauftemperatur für diesen Verbraucher wäre nicht mehr so hoch wie für die vorher liegenden. Ist jedoch der drucklose Verteiler direkt an einer hydraulischen Weiche situiert, kann von einer hydraulischen Weiche Abstand genommen werden. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass die Leistungen der einzelnen Pumpen in den Regelgruppen nicht zu unterschiedlich sind, so dass eine gegenseitige Beeinflussung der Regelgruppen ausgeschlossen werden kann. Ist dies nicht möglich, muss auch in einem System, bei dem die Regelgruppen nahe an der Energieerzeugung liegen, mit einer Sekundärpumpe gearbeitet werden. Wird saugend von der hydraulischen Weiche gearbeitet, darf natürlich der Verteiler am Ende nicht verbunden sein. In diesem Fall würde diese Verbindung einen Kurzschluss darstellen und die Versorgung der Anlage wäre nicht mehr gewährleistet. Die möglichen Regelgruppen für einen drucklosen Verteiler O Mengenkonstanter Verbraucher Die Wassermenge für den Verbraucher wird mit dem Einregulierungsventil auf den gewünschten Wert eingestellt. P Beimischschaltung R Doppelte Beimischregelung Wenn auf der Verbraucherseite die Temperatur bei Nennleistung deutlich niedriger sein soll als die Erzeugertemperatur, wird zwischen Dreiwegeventil und Pumpe über einen gedrosselten Bypass permanent beigemischt. Das B ist dabei so zu dimensionieren, dass es den gleichen Widerstand aufweist, wie das Dreiwegeventil bei Nenndurchfluss. Die Abbildung unten zeigt die möglichen Einbausituationen, wenn die Regelgruppen S S B CV CV STAF Abb. 9: Differenzdruckloser Verteiler mit möglichen Regelschaltungen. Nicht für Brennwerttechnik geeignet, da am Verteilerende immer eine Rücklaufanhebung erfolgt. 9

42 Kesselhydraulik / Thermostatventile entfernt von der Energieerzeugung bzw. verteilt über die gesamte Anlage eingebaut werden. b) Regelgruppen mit differenzdruckbehafteten Verteilern Verschiedene regeltechnische Schaltungen erfordern einen Differenzdruck am Verteiler. Dieser Differenzdruck kann ent-weder über drehzahlgeregelte Pumpen oder einen Differenzdruckregler STAP sichergestellt werden. Besteht keine Notwendigkeit der Rücklauftemperatur-begrenzung, kann natürlich auch der Differenzdruck am Verteiler mit Hilfe eines Bypassventils konstant gehalten werden. Die Konstanthaltung des Differenzdruckes ist unbedingt notwendig, da sie zur Auslegung der Regelventile bekannt sein muss. Ist der Differenzdruck am Verteiler unbekannt, wird in vielen Fällen das Regelventil falsch dimensioniert sein und so die gewünschten Eigenschaften nicht aufweisen. Die verwendeten Regelgruppen sind: O Drosselregelung: Die Menge über dem Verbraucherkreis wird in Abhängigkeit zur Stellung des Durchgangsventils eingestellt. Mit dem Regulierventil wird die Maximalmenge begrenzt. P Differenzdruckstabilisierter Kreis: Mit Hilfe des Differenzdruckreglers STAP wird für den Verbraucherkreis ein konstanter Differenzdruck gehalten. Die Verwendung eines Differenzdruckreglers ist natürlich nur dann sinnvoll, wenn der Sollwert für den Verbraucherkreis niedriger ist als der am Verteiler anstehende Differenzdruck. Q Umlenkschaltung R Einspritzschaltung mit Durchgangsventil S Einspritzschaltung mit Dreiwegeventil T Beimischschaltung, druckentlastet Der Differenzdruck vom Verteiler wurde über eine Bypassleitung und ein Regulierventil abgebaut. Von allen Schaltungen sind für den Einsatz in Fernwärmeobjekten Schaltung, und nicht geeignet. Der Grund dafür besteht darin, dass hier eine Rücklaufanhebung entsteht, die für Fernwärmesysteme nicht gewünscht ist. Die Energiebereitung für diese regeltechnischen Schaltungen kann entweder über einen Fernwärmeumformer erfolgen oder auch durch eine Kesselanlage. Wird eine hydraulische Weiche verwendet, ist in jedem Fall eine Pumpe zur Erzeugung des erforderlichen Differenzdruckes notwendig. Bei Anlagen mit mehreren Verteilern ist es sinnvoll, eine Hauptpumpe zu installieren, bei der die Gesamtwassermenge mit einem Einregulierungsventil kontrolliert werden kann. Der Differenzdruck für jeden Verteiler wird über einen Differenzdruckregler stabilisiert. STAP TA-FUSION-C TA-FUSION-C Abb. 0: Druckbehaftete Verteilung mit konstantem Differenzdruck durch einen STAP-Differenzdruckregler. 0

43 Thermostatventile Funktion und Auswahl Wellrohr Erfühlbare Markierungen für Sehbehinderte IMI Heimeier- Anschlusstechnologie (Rändelmutter M 0 x,) Flüssigkeitsgefüllter Thermostat mit hoher Stellkraft und hoher Regelgenauigkeit Überhubsicherung Verdeckte Anschläge für variables Begrenzen und Blockieren den Wärmeverlusten des Raumes steht. Die dabei auftretende Sollwertabweichung, von der ein Propor tionalregler lebt, wird P-Abweichung oder auch Regeldifferenz genannt.. Regeldifferenz Die Auslegungs-Regeldifferenz ist der Unterschied zwischen der Fühlertem peratur beim Auslegungsdurchfluss und der Fühlertemperatur beim Schließpunkt des Ventils. Bei Thermostatventilen mit Voreinstellung (z. B. V-exact II) ist die Auslegungs-Regeldifferenz vor gegeben. Bei Thermostatventilen ohne Vorein stellung (z. B. Standard, mit besonders geringem Widerstand) kann eine An passung an den geforderten Durchfluss durch Variation der Aus legungs-regel differenz vorgenommen werden. In der Praxis sind häufig Regeldifferenzen unter K, typischerweise um ca. 0, K an zutreffen. Die spezifische Ausdehnung von flüssigkeitsgefüllten Fühlerelementen beträgt in der Regel 0, mm/k. Bei Abb. : Thermolux K Thermostatventil im Schnitt. Massenstromver hältnis. Aufbau Thermostatventile bestehen aus Ventilunterteil und Thermostat-Kopf. Die Ventilspindel wird über die temperatur abhängige Ausdehnung des Fühler elementes im Thermostat- Kopf betätigt. Der Sollwert wird durch Drehen der Handradkappe eingestellt, wodurch der Arbeitspunkt des entsprechenden Fühlers verschoben wird. Das Thermostatventil ist von seiner Konstruktion her ein Proportionalregler ohne Hilfsenergie. Die Änderung der Raumlufttemperatur ist proportional zur Änderung des Ventilhubes. Der Fühler vergleicht die gemessene Raumluft temperatur mit dem Sollwert und stellt über die Ventilspindel den Ventilhub und damit den Massenstrom zum Heizkörper entsprechend ein. Beim Auftreten von Fremdwärme wird die Wärmezufuhr zum Heizkörper gedrosselt. Fällt die Raum lufttemperatur, öffnet das Ventil. Folglich wird die Raumlufttemperatur innerhalb eines regeltechnisch erforderlichen Proportionalbandes konstant gehalten.. Funktion Ist beispielsweise eine Temperatur von ca. 0 C gewünscht, wird der Thermostat- Kopf so eingestellt, dass die richtige Wassermenge zur Aufrechterhaltung der Raumlufttemperatur fließt (bei geplanter Vorlauftemperatur). Treten nun Störungen der Raumlufttemperatur, sei es durch Sonneneinstrahlung, Personen, Beleuchtung etc. oder durch schlechte Einregulierung der Heizungsanlage auf, so steigt die Raumlufttemperatur an. Mit steigender Raumlufttemperatur bewirkt der Fühler, dass sich ein geringerer Ven tilöffnungshub einstellt. Normalerweise kommt es jedoch nicht zum vollkom menen Schließen des Ventils, da bereits vorher der verminderte Massenstrom die Wärmeabgabe des Heizkörpers soweit reduziert hat, dass sie im Gleichgewicht mit 8 0 Raumlufttemperatur C] Abb. : Öffnungskennlinie bei K Regeldifferenz, p = const. Massenstromverhältnis Regeldiff erenz K Regeldifferenz K 8 0 Raumlufttemperatur [ C] Abb. : Öffnungskennlinie bei K Regeldifferenz, p = const.

44 Thermostatventile einem Gesamt hub von beispielsweise,0 mm beträgt der Proportionalbereich ca. 9 K ( 0, mm mm/k). Das heißt, es ist eine Temperaturänderung von 9 K erforderlich, um den gesamten Ventilhub zu durchfahren. Somit wird deutlich, dass Thermostatventile zur Erzielung einer genauen Raumtemperaturregelung nicht bei völliger Öffnung, sondern nahe der Schließstellung, häufig mit Öffnungshüben im Bereich zwischen 0, mm und 0, mm oder kleiner, arbeiten. Um jedoch optimale Regel bedingungen für Thermostatventile zu schaffen, sollten sie richtig ausgewählt bzw. auf die hydraulischen Gegeben heiten, z. B. auf Druckverlust und Massenstrom abgestimmt sein und zum Anlagentyp bzw. zur Anlagengröße passen.. Der Kv-Wert Der Kv-Wert eines Ventils ist der Durchflusskoeffizient in m/h von Wasser bei C bis 0 C bei einem festgelegten Öffnungshub und einem Druckverlust von bar. Der Kvs-Wert bezeichnet den Volumenstrom in m/h bei vollständig geöffnetem Ventil und einem Druckverlust von bar. Kv-Wert, Druckverlust und Volumenstrom hängen gemäß folgender Gleichung zusammen: p ρ ρw V = Volumenstrom in m/h pkv = statischer Druckverlust in bar = statischer Druckverlust über Ventil in bar = Dichte des Mediums in kg/m = Dichte des kalten Wassers = 000 kg/m In der Heizungstechnik wird häufig mit der vereinfachten Gleichung gerechnet, womit ausreichend genaue Ergebnisse erzielt werden, auch wenn unter Nichtbeachtung der temperaturabhängigen Dichte des Wassers der Massenstrom dem Volumenstrom gleichgesetzt wird. Gebrauchsformel Abb. : Herstellerangabe nach EN. Thermostat-Ventilunterteil V-exact-II Einstellung.. Ventilautorität Bei thermostatischen Heizkörperventilen in Zweirohrheizungen ist darauf zu achten, dass diese Ventile im Verhältnis zum max. möglichen Differenzdruck an der Umwälzpumpe bzw. an der dem Anlagenabschnitt vorgeschalteten Differenzdruckbegrenzungseinrichtung einen entsprechend hohen Druckverlust bzw. eine hohe Ventilautorität aufweisen. Die Ventilautorität ist definiert als Verhältnis des Druckverlustes über dem Thermostatventil ( pv) zum Gesamtdruckverlust ( pges.). Der Differenzdruck über dem Thermostatventil steigt beim Schließen an und zwar in dem Maße, wie der Druckverlust der Rohrleitung durch die Verringerung des Massenstromes abnimmt. Wurde bei der Dimensionierung der Heizungsanlage der Druckverlust der Rohrleitung gering gehalten, so dass der Gesamtdruckverlust (z. B. Pumpenförderdruck) fast ganz im Thermostatventil abgebaut wird, so spricht man von einer großen Ventilautorität. Ist der Rohrleitungsdruckverlust im Verhältnis höher bzw. der Druckverlust über dem Thermostatventil geringer, dann spricht man von einer kleinen Ventil autorität. Die Ventilautorität ist also ein Maß für den zu erwartenden Anstieg des Druckverlustes während des Schließvorganges. pvar = Druckverlust der durchflussvariab len Strecke bei Nenndurchfluss. Bei kleinen Anlagen muss als Gesamtdruckverlust die Pumpenförderhöhe herangezogen werden, da damit gerechnet werden muss, dass alle Thermostatventile gleichzeitig geschlossen sein können und damit die gesamte Pumpenförderhöhe auf ein Thermostatventil gelangt. Bei größeren Anlage wird als Gesamtdruckverlust der Differenzdruck eines Anlagenabschnitts (z. B. Strang) bzw. der Differenzdruck an einer dem Anlagen abschnitt vorgeschalteten Differenzdruckbegrenzungseinrichtung (z. B. STAP) herangezogen.

45 In anderen Fällen wird als Gesamtdruckverlust der Differenzdruck am Punkt der Heizkörperanbindung gewählt. Dieser Differenzdruck enthält die Beträge für Vor- und Rücklaufleitung, Thermostatventil, Heizkörper, Rücklaufverschraubung und diverse Einzelwiderstände und wird bei abgestelltem Heizkörper in voller Höhe vom Thermostatventil übernommen. Dieser Anstieg des Druckverlustes bei Nulllast des betrachteten Heizkörpers tritt in jedem Fall ein. p var p ges p Abb. : Bezugsdifferenzdruck Pumpe bei kleinen Anlagen. p ges p p var Abb. : Bezugsdifferenzdruck Anlagen abschnitt bei großen Anlagen. Bei einer weiteren Betrachtungsweise wird als Gesamtdruckverlust der Druckverlust eines Teilnetzes TN (inkl. Ventil) gewählt, in dem der Massenstrom kleiner als das -fache des betrachteten Auslegungsmassenstromes ist. Wird für die Ventilautorität ein Mindestwert von z. B. 0, gefordert, dann berechnet sich der Druckverlust des Ventils mit: gerundet: pv = 0,7 ptn ptn = Druckverlust Teilnetz. Bei voreinstellbaren Ventilen ist bei der Betrachtung der Ventilautorität die Kenntnis über die Autorität des Regelquerschnitts von Bedeutung, da der durch die Voreinstellvorrichtung erzeugte Druckverlust der durchflussvariablen Strecke zuzuordnen ist. In entsprechenden Herstellerangaben nach EN sind die internen Ventilautoritäten für jede definierte Voreinstellung und Regeldifferenz angegeben.. Schallemission Für die Geräuschbildung bei Thermostatventilen ist in der Regel ein zu hoher Differenzdruck verantwortlich. Beeinflusst wird das Geräuschverhalten beispielsweise von der Ventilkonstruktion, Bauart des Heizkörpers, Verrohrung, Gasgehalt des Wassers, Betriebszustand der Anlage, Dämpfungsverhalten des Raumes, etc. Der maximale Differenzdruck sollte in Wohngebäuden in keinem Betriebszustand den Grenzwert von kpa überschreiten. Um bei der Anlagendimensionierung nicht über diese Grenzwerte zu gelangen und die Pumpenförderhöhe nicht unnötig zu steigern, hat es sich als sinnvoll erwiesen, die Ventilauslegungsdruckverluste zwischen 0 kpa zu begrenzen. 7. Auswahl Bei der Auswahl von Thermostatventilen spielt auch der hydraulische Abgleich der Heizkörper untereinander eine wichtige Rolle. Um den Abgleich realisieren zu können, sind verschiedene Möglichkeiten denkbar: Dazu zählen beispielsweise die entsprechende Dimensionierung des Rohrnetzes, die Auswahl geeigneter thermostatischer Heizkörper-Regulierventile, ein-stellbare Rücklaufverschraubungen, Strangregulierventile etc. Im Gegensatz zu Heizkörperhandregulierventilen, die auf- oder zugedreht werden, so dass eine Voreinstellung z. B. in Form einer Hubbegrenzung erforderlich ist, handelt es sich bei Thermostatventilen um selbsttätig wirkende Einrichtungen zur raumweisen Temperaturregelung. Das heißt, Thermostatventile sorgen quasi automatisch für den korrekten hydraulischen Abgleich, indem sie auf steigende bzw. fallende Raumtemperaturen durch Reduzierung bzw. Erhöhung des Heizwassermassenstromes reagieren. Aber nicht nur bei bestimmungsgemäßem Betrieb, sondern auch nach Raumtemperaturabsenkung oder Betriebspausen sollte eine gleichmäßige Wasserverteilung erzielt werden. Ist dies nicht der Fall, so wird dies besonders in Großanlagen, z. B. während der Aufheizphase deutlich. Häufig wird versucht, das Problem z. B. durch Anhebung der Heizkurve, zeitlicher Vorverlegung des Heizbeginns oder durch Einbau von größeren Umwälzpumpen zu beheben. Diese Maßnahmen können jedoch zur Geräuschbildung, weiterer Begünstigung der überversorgten An lagenteile und zu größeren Energie verbrauch führen. Erforderlich ist der Einsatz voreinstellbarer Thermostatventile und deren exakte Einstellung. p ges p p var Ist demnach ein übermäßiger Differenzdruck zu erwarten, z. B. im Schwachlastbetrieb, so sind geeignete Gegenmaßnahmen zu treffen, z. B. Einbau differenzdruckregelnder Einrichtungen in Form von dezentralen Differenzdruckreglern, z. B. STAP. Abb. 7: Bezugsdifferenzdruck HK-Anbindung.

46 Thermostatventile 8. Austauschmöglichkeiten Das Gehäuse der Ventilunterteile Standard, V-exakt und Mikrotherm-Heizkörperregulierventile aus den Baujahren 99 bis 0 sind in den Nennweiten DN 0 und DN baugleich. Gemeinsam ist allen Ventilunterteilen der Durchmesser der Sitzbohrung. Äußerliches Kennzeichen der Baugleichheit ist der auf einer Gehäuseseite angegossene Nocken. Standard-Ventilunterteile, die über diese Kennzeichnung verfügen, sind also auf Voreinstellung umrüstbar. Durch Austausch der Oberteile können z.b. Thermostat-Ventilunterteile Standard in Thermostat-Ventilunterteile V-exakt, also auf Voreinstellung umgebaut werden. Thermostat-Ventil unterteile Standard, mit Anschluss gewinde am Ventilgehäuse ohne Nockenkennzeichnung, ab Baujahr Ende 98 und ohne farbliche Kennzeichnung an der Stopfbuchse können mit dem Retro S-Set auf Vor einstellung umgebaut werden. Die Retro S Durchflusswerte entsprechen den V-exakt Durch flusswerten. Dieser Austausch wird immer dann notwendig, wenn sich die Anforderungen an Ventilunterteile durch nachträgliche Veränderungen an bestehenden Heizungsanlagen, z. B. Anschluss an ein Fernwärmenetz, ändern. Der Umbau kann mit dem IMI Heimeier- Montagegerät zeitsparend und kostengünstig ohne Entleeren der Heizungsanlage durchgeführt werden. V-exact II mit genauer m [kg/h] bei 0, K,0 K,0 K Voreinstellung Für Zweirohr-Pumpenheizungsanlagen mit normaler bis höherer Temperaturspreizung bzw. für mittlere bis 77 0 kleinere Massenströme., 0 kg/h (8 8 kg/h)* ) 8, 09 Retro S/V-exact mit genauer Voreinstellung Für Zweirohr- Pumpenheizungsanlagen mit normaler bis höherer Temperaturspreizung bzw. für mittlere bis kleinere Massenströme., 0 kg/h (8 8 kg/h)* ) Standard Für Zweirohr-Pumpenheizungs anlagen mit normaler Temperatur spreizung bzw. für mitt lere Massenströme** ) kg/h ( kg/h)* ), Schwerkraft mit besonders geringem Widerstand Für Zweirohr-Nieder tempera - turheizungen mit kleiner bis mittlerer Temperaturspreizung, 0 0 für Schwerkraftanlagen und konventionelle Einrohr-Hei - zungs anlagen bzw. für große Massenströme** ) 0 kg/h (7 9 kg/h)* ) 7 9 * ) Werte in Klammern bei p = 0 kpa. V-exakt Ein stellung bei,0 K und,0 K, Einst el lung bei 0, K. V-exact II entspricht den Anforderungen der Hochgespreizten Aus führung und der Normal-Ausführung des Arbeitsblattes FW 07 der Arbeitsgemeinschaft Fernwärme (AGFW). ** ) In Kombination mit voreinstellbaren Rücklaufverschraubungen p kpa Abb. 8: Massenströme in kg/h bezogen auf Ventilunterteile DN bei p = kpa und va riabler Regeldifferenz von 0, K bis,0 K.

47 Auslegungsbeispiel mit V-exact II Abb. 9: IMI Heimeier V-exact II Thermostat-Ventilunterteil mit Präzisions-Voreinstellung.. Das Prinzip Konstruktiv handelt es sich bei der Voreinstellung in Thermostatventilen um Drosseleinrichtungen, die, in Flußrichtung betrachtet, dem eigentlichen Regelquerschnitt nachgeschaltet sind. Die Drosseleinrichtung unterliegt diversen Kriterien, die bei der Konstruktion zu beachten sind: Geräuschentwicklung Verschmutzung Genauigkeit/Toleranzen Die Forderung von geringsten Durchflusstoleranzen wird besonders im Bereich der Fernwärme deutlich, da dort die Begrenzung bzw. Einhaltung der Heizwassermassenströme die Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb durch Einhaltung der vorgesehenen Spreizung bzw. niedrigen Rücklauftemperatur schafft.. Die Bedienung Von weiterer Bedeutung ist die Hand habung der Voreinstellung. Folgende Anforderungen stehen im Vordergrund: Einstellung in Sekundenschnelle ablesbar manipulationsgeschützt Bei den IMI Heimeier Thermostat-Ventilunterteilen V-exact II mit genauer Voreinstellung erfolgt die Einstellung mittels Schlüssel. Dieser wird auf das Ventiloberteil aufgesetzt, der vorgesehene Wert durch Drehen eingestellt und anschließend abgezogen. Die Voreinstellung kann stufenlos zwischen und 8 gewählt werden. Werkseitig ist das Ventil auf maximalen Durchfluss, also auf Position 8 eingestellt. Dadurch wird ein problem loses Spülen und Entlüften der Anlage gewährleistet. V-exact II Abb. 7: Mit dem Schlüssel kann nur der Fachmann die Einstellung vornehmen oder ver ändern. Ohne Werkzeug ist eine Mani pulation durch Unbefugte aus geschlossen. Abb. 70

48 Thermostatventile. Das Diagramm Das Druckverlust/Durchflussdiagramm zeigt die Zusammenhänge zwischen Druckverlust, Durchfluss und Voreinstellung. Ausgehend vom benötigten Durchfluss und einem zur Verfügung stehenden Differenzdruck ergibt sich die jewei lige Voreinstellung. Da es sich beim Thermostatventil um einen Proportionalregler handelt, ist darüber hinaus noch die Regeldifferenz Xp zu berücksichtigen. Diese wird entsprechend EnEV bzw. DIN V 70-0 entweder mit Xp = K oder Xp = K vom Planer festgelegt. Voreinstellung 7 8 Regeldifferenz Kv- 0,09 0,08 0,0 0, 0, 0,0 0, 0, [xp],0 K Wert Regeldifferenz Kv- 0,09 0,090 0,0 0, 0,0 0,70 0,90 0,70 [xp],0 K Wert Kvs-Wert 0,09 0,0 0,8 0, 0,0 0, 0,70 0,80 Durchfluss toleranz ± [%] Kv/Kvs = m/h bei einem Druckverlust von bar. Werte-Tabelle für Thermostatventil-Unterteil V-exact II DN 0 DN 0 mit Thermostat-Kopf.. Dimensionierung Die Ermittlung der jeweiligen Ventil-voreinstellung erfolgt entweder anhand eines Druckverlust-/Durchflussdiagrammes oder der Kv-Werte-Tabelle. Dazu wird ausgehend von der zu liefernden Leistung und der projektierten Spreizung nach der Formel Q [W] m [kg/h] =, x (tvl t RL ) [K] der Durchfluss ermittelt. Abb. 7: Anlagenskizze. Regeldifferenz [xp],0 K Kv 0,0/ xp 0, K,,,,,, 7, db(a) Regeldifferenz [xp],0 K Kv 0,0/ xp 0, K,,, 0,,, 7, 00 0 db(a) db(a) , 0, 0, 0, p [kpa] 0, 0, ª [kg/h] p [mbar] 00 p [kpa] 0, 0, ª [kg/h] Δp [mbar] 00 Abb. 7: Druckverlust-/Durchflussdiagramm für Thermostatventil-Unterteil V-exact II mit Thermostat-Kopf.

49 Je nach Aufbau des Rohrnetzes kann der Druckverlust des Ventils bei der jeweiligen Ventilvoreinstellung pauschal angenommen werden, oder er wird errechnet. Wie bereits zuvor auf Seite (Kapitel Einregulierung,. Anlagen mit voreinstellbaren Thermostatventilen) beschrieben, ist die pauschale Betrachtung ΔpV = 00 mbar in kleinen Anlagen mit kurzen Leitungswegen oder entsprechenden Anlagenabschnitten nach einem Differenzdruckregler ausreichend genau. Das nachfolgende Beispiel zeigt die Ermittlung der Ventilvoreinstellposition unter Berücksichtigung des jeweiligen Druckverlustes der Rohrleitungen. Diese Vorgehensweise wird für Anlagen mit langen Leitungswegen und/oder großen Unterschieden bei den jeweiligen Durchflüssen empfohlen. Im ersten Schritt wird die erforderliche Pumpenförderhöhe ΔpP anhand des ungünstigsten Stromkreises ermittelt. ΔpP = ΔpV + ΔpRohr + ΔpSonst. Für das Thermostat-Ventilunterteil wird der Druckverlust bei maximaler Voreinstellung V = 8 ermittelt. In unserem Beispiel ist der ungünstigste Stromkreis der Weg zur Versorgung des Heizkörpers HK 0. Zur Versorgung wird ein Durchfluss von 0 kg/h benötigt. Der Druckverlust über das Thermostat-Ventilunterteil V-exact II bei Voreinstellung 8 wird dazu aus dem Druckverlust-/Durchflussdiagramm abgelesen, er beträgt im Beispiel ΔpV = kpa. Alternativ kann der Druckverlust aber auch unter Zugrundelegung des Kv-Wertes berechnet werden. V [m/h] Kv = Δp [bar] V [m/h] Δp [bar] = ( ) Kv Δp [bar] = (0, m/h) = 0,0 bar 0,7 Die Rohrleitungs- und sonstigen Widerstände R x l + Z kommen z. B. aus einer Rohrnetzberechnung dazu und betragen in unserem Beispiel 9 kpa. Die erforderliche Pumpenförderhöhe beträgt dann ΔpP = kpa + 9 kpa = kpa. Für die weiteren Heizkörper wird jetzt der am Thermostat-Ventilunterteil zur Verfügung stehende Differenzdruck ermittelt. ΔpV = ΔpP - ΔpRohr - ΔpSonst. Angenommen, die Summe aus Rohrnetzund sonstigen Widerständen im Stromkreis über Heizkörper HK betragen kpa, so stehen für das Thermostat-Ventilunterteil noch 8 kpa zur Verfügung. Der erforderliche Massenstrom für die zu liefernde Leistung 70 W beträgt 90 kg/h. Der Schnittpunkt aus Massenstrom und Druckverlust ergibt dann die Voreinstellung. In der Tabelle sind die Ergebnisse für das gesamte Beispiel zusammengeführt. HK Q m ΔpVRohr + ΔpSonst. ΔpV H Kv Vor- [W] [kg/h] [kpa] [kpa] [kpa] [m /h] einstellung , , ,, , , ,0, ,9, , , Ergebnistabelle. 7

50 Thermostatventile Ermittlung der Einstellposition für Thermostatventile in bestehenden Anlagen Der hydraulische Abgleich ist im Gebäudebestand nicht immer einfach durchzuführen, da die zur Berechnung erforderlichen Auslegungsparameter nur teilweise oder gar nicht bekannt sind. Mittlerweile haben aber unabhängige Untersuchungen ergeben, dass eine überschlägige Berechnung und Einstellung von Armaturen und Pumpe(n) in vielen Fällen ausreicht. Im folgenden Beitrag werden Lösungsmöglichkeiten für die einzelnen Planungsschritte vorgestellt:. Vereinfachte Heizlastberechnung. Nachrechnung der installierten Heizflächen, Festlegung der System - temperaturen. Dimensionierung von Thermostat ventilen und / oder Rücklaufverschraubungen. Überschlägige Berechnung des Heizungs-Rohrnetzes. Dimensionierung von Strang armaturen. Zusammenfassung einschl. Dimensionierung der Heizungsumwälzpumpe. Vereinfachte Heizlastberechnung Der Grundstock für eine Optimierung der Heizungsanlage besteht in der Ermittlung der Verlustleistung für jeden Raum. Eine ausführliche Ermittlung nach DIN EN 8 ist dabei sehr zeitaufwändig und darüber hinaus im Gebäudebestand nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen möglich. Eine Erleichterung bietet daher das sogenannte Hüllflächenverfahren, bei dem nur die Bauteile betrachtet werden, die an die Außenluft oder das Erdreich angrenzen. Aber auch hier müssen natürlich noch Angaben über die U-Werte der Bauteile zur Berechnung herangezogen werden, was im Altbau oftmals nur ungenau möglich ist. In einigen Softwareprogrammen werden daher die U-Werte für typische Bauteile der jeweiligen Baualtersklassen angeboten. Die Ergebnisse derartiger Berechnungen liefern für jeden Raum einen akzeptablen Wert, der aufgrund der vorgenannten Vereinfachungen auch noch ausreichend Reserven gegenüber der tatsächlichen Heizlast beinhalten kann. Noch schneller und einfacher kann die Heizlast geschätzt werden, wenn die in der DIN EN 78 - Inspektion von Heizungsanlagen - genannte typische Gebäudeheizlast je Baualtersklasse mit ent-sprechenden Korrekturen versehen auf die jeweiligen Raumflächen umgerechnet wird. Gebäude aus den 980er Jahren oder jüngeren Datums werden in der Regel heute (noch) nicht im Bereich der Gebäudehülle Abb. 7: Ungleichmäßige Wasser- und Wärmeverteilung durch fehlenden hydraulischen Abgleich. saniert, so dass hier Berechnungen nach dem Hüllflächenverfahren oder Abschätzung der Heizlast anhand der DIN EN 78 - Grenzwerte eingesetzt werden können. Ein wärmegedämmtes Gebäude ist aber immer wie ein Neubau zu betrachten, so dass eine ausführliche Berechnung der raumweisen Heizlast nach DIN EN 8 erforderlich wird.. Nachrechnung der installierten Heiz flächen, Festlegung der Rücklauf temperaturen Die Leistungsabgabe der installierten Heizflächen sowie die erforderlichen Vor- und Rücklauftemperaturen beeinflussen sich gegenseitig und sind daher im Zusammenhang zu betrachten. Als Ausgangspunkt ist in der Regel lediglich die maximale Rücklauftemperatur durch den eingesetzten Wärmerzeuger bekannt. Wird die benötigte Heizwärme z. B. durch ein Gas-Brennwertgerät geliefert, so sollte die Rücklauftemperatur C nicht überschreiten. Beim Öl-Brennwertgerät liegt die maximale Rücklauftemperatur bei 0 C. Die zugehörige Vorlauftemperatur ergibt sich jetzt aus den installierten Heizflächen und den zur Versorgung notwendigen Massenströmen. Generell liefert dabei eine hohe Vorlauftemperatur eine höhere Heizkörperleistung sowie einen kleineren Massenstrom und umgekehrt. Der kleinere Massenstrom erfordert wiederum niedrigere Pumpenleistungen und zieht auch kleinere Einstellungen an den Thermostatventilen und/oder Rücklaufverschraubungen nach sich. 8

51 . Dimensionierung von Thermostat ventilen und / oder Rücklauf verschraubungen Es besteht die landläufige Meinung, dass ein System mit Thermostatventilen an den Verbrauchern nicht mehr hydraulisch abgeglichen werden muss, weil ja die Thermostate den Massenstrom durch das Ventil verringern, wenn die eingestellte Raumtemperatur erreicht ist. Diese Aussage ist vom Kern her korrekt, aber wie so oft steckt auch hier die Tücke im Detail. Nach der Nachtabsenkung sind Thermostatventile wegen der abgesenkten Raumtemperatur weiter geöffnet. Das führt zu einer höheren Wassermenge. Das ist auch so, wenn an kalten Tagen das Fenster geöffnet wird, ohne gleichzeitig den Thermostatkopf auf die kleinste Position zu drehen. Natürlich kann auch eine Fehlbedienung ein Grund für eine erhöhte Wassermenge sein. Die durchströmte Wassermenge hat allerdings nur eine untergeordnete Bedeutung. So liefert ein Heizkörper, dem der doppelte Durchfluss angeboten wird, nur ca. 0 % Mehrleistung, die jedoch eine (unzulässig) hohe Rücklauftemperatur sowie Unterversorgung der entfernteren Heizkörper zur Folge haben kann. Wenn also ein nicht abgeglichenes Thermostatventil an einem Heizkörper zur Überversorgung führt, so erzielt dies keinerlei Vorteile. In einer abgeglichenen Heizungsanlage sorgt die Durchflussbegrenzung am Thermostatventil bzw. an der Rücklaufverschraubung dafür, dass überwiegend die richtige Wassermenge durch den Heizkörper fließt und alle Verbraucher entsprechend ihres Bedarfs versorgt werden. Um den hydraulischen Abgleich berechnen zu können, ist normalerweise auch die Berücksichtigung des Rohrnetzes erforderlich. Dies erweist sich als überaus schwierig, wenn weder die Leitungslängen noch die Rohrdimensionen bekannt sind wie typischerweise im Gebäudebestand. Abhilfe schafft das Softwareprogramm EasyPlan, welches die fehlenden Informationen des Rohrnetzes simuliert und sich mit einer Skizze des Rohrnetzes begnügt (Abb. 7). Für die Ermittlung der richtigen Einstellung am Ventil ist nämlich in erster Linie die Anordnung der einzelnen Heizflächen zueinander von Bedeutung. Die Rohrnetzwiderstände sind untergeordnet und werden von der Software pauschal berücksichtigt. Der Anwender entscheidet lediglich, ob in der Anlage niedrige, hohe, oder mittlere Rohrnetzwiderstände erwartet werden. Abb. 7: IMI Hydronic Engineering EasyPlan für die Ventilauslegung im Gebäudebestand. Die Software ermittelt dann aufgrund der geforderten Leistung und der Anordnung der Verbraucher (Heizkörper) die jeweils erforderliche Ventileinstellposition. Die Ermittlung der Ventileinstellposition kann aber auch aus Tabellen abgelesen werden. Näherungsverfahren zur Ermittlung der Voreinstellwerte für den hydraulischen Abgleich mit Kompaktund Gliederheizkörpern Dieses Näherungsverfahren zur Ermittlung der Voreinstellwerte für die Durchführung des hydraulischen Abgleichs gilt für Gebäude, bei denen die Heizlast, z. B. durch nachträgliche Fassadendämmung, nicht wesentlich verändert wurde und die Abb. 7: Näherungsverfahren für die Ermittlung der Ventileinstellung an V-exact-II Thermostat-Ventilunterteilen. 9

52 Thermostatventile installierte Heizkörperleistung zur erforderlichen Heizlast passt, sowie die Wohn-/Nutzfläche je mit einer Pumpe versorgten Heizkreises 00 m nicht überschreitet. Bis zu dieser Flächenbegrenzung besteht i.d.r. keine überwiegend horizontale Ausdehnung der Rohrführung zwischen den einzelnen Heizkörpern. Auf die Unterscheidung pumpennaher und pumpenferner Heizkörper kann daher verzichtet werden (Abb. 7). Dieses Verfahren ist besonders dann von Vorteil, wenn die genaue Lage des Heizkörpers im Rohrnetz nicht zu erkennen ist. Für die Ermittlung der Pumpeneinstellung ist es ausreichend, das Rohrnetz mit einem überschlägig ermittelten Pauschalwert neben anderen Einbauten (z. B. Mischer, Schmutzfänger, Wärmemengenzähler ) dem Ventildifferenzdruck hinzuzurechnen. Ermittlung der Thermostatventil-Voreinstellwerte bei unterschiedlicher Heizkörperleistung, Druckverlust und Systemspreizung Bei Anlagen mit großer horizontaler Ausdehnung kann der Widerstand des Rohrnetzes zwar nicht vernachlässigt werden, trotzdem ist auch in derartigen Anlagen eine überschlägige und ausreichend genaue Ermittlung der Voreinstellwerte ohne Software möglich. Der am Thermostatventil noch zur Verfügung stehende Differenzdruck ΔpVentil wird pauschal in drei Gruppen aufgeteilt, mit kpa bei Ventilen an entfernt liegenden Heizkörpern 0 kpa bei Ventilen im mittleren Bereich kpa bei Ventilen in Nähe der Zentrale Dann kann die erforderliche Voreinstellung anhand der Einstelltabelle Abb. 77 ermittelt werden. Beispiel: Q = 000 W, Δt = K (70/ C), Δp = 0 kpa Ergebnis: Einstellung V-exact II ab 0 Q [W] t=0 K t= K t=0 K p [kpa] p [kpa] p [kpa] Q = Heizkörperleistung, t = Systemspreizung p = Differenzdruck (00 mbar 0 kpa mws). Überschlägige Berechnung des Heizungs-Rohrnetzes Der hydraulische Abgleich ist mit der Auswahl der erforderlichen Ventileinstellungen aber noch nicht abgeschlossen, da erst das optimale Zusammenspiel aller Komponenten zu einem guten Ergebnis führt. Das bedeutet, basierend auf den ermittelten Heizkörpermassenströmen und den sich daraus ergebenden Diffe-renzdrücken, ist noch die erforderliche Pumpenleistung zu ermitteln und sicherzustellen. Dabei ist zu beachten, dass neben den Thermostatventilen auch Abb. 78: Pumpendimensionierung mit EasyPlan. Retro S/V-exakt bis 0 t=0 K t= K t=0 K Q p [kpa] p [kpa] p [kpa] [W] Abb. 77: Einstelltabelle für V-exact II (ab 0) bzw. V-exakt (bis 0) oder Retro S. andere Bauteile (Mischer, Schmutzfänger, etc.) des Systems, und auch das Rohrnetz Widerstände darstellen, und somit einen Anteil der von der Pumpe zu liefernden Druckdifferenz einfordern. Der Einfluss der Rohrnetzwiderstände ist in der Gesamtbilanz nicht sehr gravierend. So beträgt der Differenzdruck einer 0 m langen Kupferrohrleitung bei der max. in Wohngebäuden üblichen Geschwindig-keit von 0, m/s ca. kpa, während der Differenzdruck des Thermostatventils bei bis 0 KPa liegt. Auch die Widerstände von Formteilen machen nur wenige mbar Druckverlust aus, die die Gesamtbilanz nicht verfälschen. Für die Pumpendimensionierung ist also ausreichend, das Rohrnetz pauschal mit dem Widerstand des längsten Fließweges zu betrachten, also z. B. 0, kpa/m Rohrleitung multipliziert mit der Länge des längsten Fließweges. Auf dieser Basis arbeitet auch das Software- Programm EasyPlan: Der Projektant wählt hier pauschal für die Installation aus, ob das Rohrnetz hohe, mittlere oder niedrige Widerstände aufweist. Basierend auf dieser Vorgabe sowie der Anordnung der einzelnen Heizkörper zueinander, werden von der Software Rohrleitungslängen angenommen und die entsprechenden Differenzdrücke berechnet. Die Software gibt anschließend den von der 0

53 Pumpe zu erbringenden Differenzdruck aus, wobei die Druckverluste für Schmutzfänger o.ä. Einbauten noch hinzuzurechnen sind.. Dimensionierung von Strangarmaturen Wird bei der Ermittlung der Pumpenför-derhöhe ein Wert über kpa ermittelt, ist der Einsatz von Strangarmaturen zu empfehlen. Es kommt nämlich nicht auf die Gebäudegröße an, sondern auf die eingebaute Pumpe. Strömungsgeräusche werden von einem zu hohen Differenzdruck verursacht, der über das Thermostatventil abgebaut wird. Häufig wird der empfohlene Maximalwert von kpa deutlich überschritten. Dies ist der Fall, wenn z. B. im Teillastfall durch schließende Thermostatventile sich die Differenzdrücke über den geöffneten Thermostatventilen erhöhen. Dieses Phänomen ist nicht auf Großanlagen beschränkt, sondern auch in kleinen Heizungsanlagen (Einfamilienhaus, Etagenheizung) zu finden. Die hier häufig eingesetzten Wandgeräte werden von der Leistungsfähigkeit so ausgewählt, dass nicht nur der Heizwärmebedarf, sondern auch die Trinkwassererwärmung gedeckt wird. Der Hersteller des Wärmeer-zeugers muss die in sein Gerät eingebaute Pumpe so dimensionieren, dass sie ein Fußbodenheizungssystem genauso zuverlässig versorgt, wie eine Radiatorenheizung. Anhand der in Abb. 78 gezeigten Förderhöhen ist zu erkennen, dass die Pumpe im Wandgerät bei Einsatz in einer Radiatorenheizungsanlage schon erheblich heruntergeregelt betrieben wird. Ist ein Großteil der Thermostatventile auf Frostschutz gestellt, fließt nur noch ein Bruchteil der dimensionierten Wasser-menge. Dadurch reduziert sich einerseits der Widerstand des Wärmeerzeugers erheblich und andererseits kann die Regelung die Förderhöhe der Pumpe unter Umständen nicht weiter herunterfahren. Somit steht nahezu der volle Pumpendruck am Thermostatventil an - die Gefahr von Strömungsgeräuschen ist gegeben. Dabei lässt sich sehr einfach feststellen, ob der Grenzwert für die Thermostatventile erreicht ist oder nicht. In der DIN 880 (VOB - Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen - Teil B) wird der Handwerker darauf hingewiesen, dass er entsprechende Maßnahmen zu treffen hat, wenn Strömungsgeräusche zu erwarten sind. Das bedeutet, selbst wenn nur ein Thermostatventil geöffnet ist, also prak-tisch kaum Durchfluss herrscht, muss die Anlage frei von Strömungsgeräuschen sein. Es reicht also ein Blick in das Pumpendiagramm bei Durchfluss Null. Die Kontrolle der sich dann ergebenden Förderhöhe entscheidet, ob Strang-Differenzdruckregler erforderlich werden oder nicht. Strang-Differenzdruckregler passen den zur Versorgung des nachgeschal-teten Anlagenabschnitts erforderlichen Differenzdruck kontinuierlich an den aktuellen Bedarf an und helfen somit wirkungsvoll, Strömungsgeräusche zu vermeiden. Ihre Dimensionierung wird von den Softwareprogrammen gleich mit vorgenommen. Genauso schnell lassen sich diese Armaturen aber auch überschlägig und von Hand auslegen. Aus den Herstellerunterlagen ist die benötigte Dimension in Abhängigkeit vom erforderlichen Durchfluss zu entnehmen. Für einen Massenstrom von z. B. 000 kg/h ist dabei ein Differenzdruckregler der Nennweite DN 0 in der Regel ausreichend. Am Regler selbst gilt es jetzt noch den benötigten Differenzdruck einzustellen. Dieser wird z. B. überschlägig durch Aufsummierung der Widerstände über den ungünstigsten Fließweg (z. B. entferntester Heizkörper) erechnet. Angenommen, der ungünstigste Heizkörper benötigt einen Massenstrom von 0 kg/h. Aus dem Ventildiagramm für das Thermostat-Ventilunterteil werden z. B. 8 kpa abgelesen und für die Rücklaufverschraubung kpa. Im Einfamilienhaus ist der ungünstigste Heizkörper vielleicht m vom Wärmeerzeuger entfernt. Abb. 79: Einsatz eines Strang-Differenz druckreglers. Die gesamte Leitungslänge über Vor- und Rücklauf beträgt dann angenommen 0 m. Bei einem Druckverlust von ca. 00 Pa/m Rohrleitung sind das kpa. Der am Differenzdruckregler einzustellende Differenzdruck beträgt demnach Δp = Δp Thermostatventil + Δp Verschraubung + Δp Rohrleitung Δp = 8 kpa + kpa + kpa Δp = kpa Abb. 80: Diagramm aus EN 78, typische Differenzdrücke für die Wärmeverteilung.

54 Thermostatventile Heizungsanlagen mit komplexer oder unbekannter Leitungsführung Es gibt aber auch Anlagen, in denen die Leitungsführung weit verzweigt ist und nicht zu erkennen ist, wo die einzelnen Heizkörper eingebunden sind. Oder in der Installation befinden sich Abschnitte mit wenigen Heizkörpern und geringer Leistung direkt neben Anlagenabschnitten mit vielen Heizkörpern und evtl. großer Leistung. Dann kann der Anteil des Rohrnetzwiderstandes den einzelnen Heizkörpern nicht eindeutig zugeordnet werden, so dass eine Ermittlung der Ventileinstellposition erschwert oder gar unmöglich wird. Der eingestellte Durchfluss wird nicht überschritten. D.h. auch bei einem Überangebot, z. B. aufgrund schließender Nachbarventile oder während der morgendlichen Aufheizphase, regelt Eclipse den Durchfluss automatisch auf den eingestellten Wert. Auch in kleinen Anlagen, bei denen die Pumpen-Förderhöhe > 0 mbar beträgt und dieser Wert nicht verringert werden kann, ist das neue Eclipse die ideale Lösung. Zum Beispiel wenn ein Differenzdruckregler nicht eingebaut werden kann, weil die Rohrleitungen direkt hinter dem wandhängenden Brennwertgerät in der Wand verschwinden. Bei der Sanierung bestehender Anlagen ermöglichen die Baumaße des Eclipse Ventiles in der Regel einen einfachen Austausch alter Thermostatventile. Für Heizkörper mit unterem Mittenanschluss 0 mm (Design-, Universal- oder Ventilheizkörper) ermöglicht das neue Multilux--Eclipse-Set das direkte Einstellen des erforder- ThermosTaT-VenTilunTerTeile - A-exAct Abb. 8: Kleinanlage, z. B. Gasetagenheizung. Diagramm l/h Für derartige Anlagen gibt es jetzt ein neues Thermostatventil, an dem ohne Kenntnis des Rohrnetzes der erforderliche Durchfluss direkt eingestellt werden kann. Die IMI Heimeier Thermostat-Ventilunterteile Eclipse werden in Zweirohr-PumpenwarmwasserHeizungsanlagen mit normaler bis höherer Temperaturspreizung eingesetzt. Durch die neue AFC-Technologie wird der erforderliche Durchfluss für den Heizkörper ohne Umweg über einen abstrakten Voreinstellwert direkt in l/h am Eclipse Thermostat-Ventilunterteil eingestellt. Die neuen Ventile sind in DN 0, DN und DN 0 in allen üblichen Gehäuse-Ausführungen Durchgang, Eck und Axial lieferbar, die Einbaumaße entsprechen den Normmaßen, so dass ein einfacher Austausch möglich ist und keine Veränderungen an den Rohrleitungen notwendig sind. Damit ist der hydraulische Abgleich mit einem Dreh erledigt. Abb. 8: Komplexe Anlage aus horizontaler und vertikaler Verteilung. 0 max min kpa Abb. 8: Regelkennlinien Thermostatventil-Unterteil Eclipse. einstelltabelle lichen Durchflusses. Das Set ermöglicht den universellen Einsatz als Durchgangsoder Eckausführung bei Anordnung des Thermostatkopfes wahlweise nach links rechts odernach einstellwerte bei unterschiedlicher Heizkörperleistung und Systemspreizung Q [W] t=0 K t= K t=0 K p min l/h = 0 kpa p min l/h = kpa geräuscharmen Betrieb Um einen gewährabb. 8: Thermostatventil-Unterteil Eclipse Einstellwerte bei unterschiedlicher Heizkörperleistung leisten zu können, sollten folgende Bedin und Systemspreizung. gungen erfüllt sein: Der Differenzdruck über Eclipse sollte 0 kpa = 00 mbar = 0, bar nicht überschreiten. Q = Heizkörperleistung p min l/h = 0 kpa p min l/h = kpa Δt = Systemspreizung Δp = Differenzdruck Der Massenstrom muss korrekt eingestellt sein. Die Anlage muss vollständig entlüftet sein. Beispiel: Q = 000 W, Δt = K Einstellwert: ( 0 l/h)

55 . Zusammenfassung Der hydraulische Abgleich im Gebäudebestand ist eine einfach zu handhabende Maßnahme zur Energieeinsparung. Denn eine detaillierte Rohrnetzberechnung zur Ermittlung der Ventileinstellung sowie zur Pumpendimensionierung ist nicht erforderlich. Die Einstellung der Thermostatventile anhand von Tabellen oder einer Software hilft, Energie einzusparen. Sind keine voreinstellbaren Thermostatventile installiert, lassen sich die vorhandenen Ventile in der Regel aber durch den Austausch des Ventileinsatzes modernisieren. Bei weitverzweigten Anlagen mit unbekannter Rohrleitungsführung oder Anlagen mit Pumpen-Förderhöhen < kpa, in denen kein Differenzdruckregler eingebaut werden kann, wird der Austausch der vorhandenen Ventile gegen Thermostat-Ventilunterteile Eclipse bzw. Multilux -Eclipse- Set empfohlen. In diesem Zusammenhang sollte der Thermostat-Kopf gleich mitgetauscht werden. In der DIN EN 78 Inspektion von Heizungsanlagen wird nämlich der Austausch von Thermostatköpfen, die älter als Jahre sind, empfohlen. Diese alten Köpfe funktionieren zwar noch, der technische Fortschritt hat aber dazu geführt, dass ein neues Produkt wesentlich genauer regelt. Damit sind Energieeinsparungen von % 0 % möglich. Wichtiger Bestandteil des hydraulischen Abgleichs ist neben den Thermostatventilen auch die Umwälzpumpe. Nach erfolgter Ventileinstellung ist diese auf die neue Förderhöhe einzustellen, damit keine Strömungsgeräusche entstehen. Wenn die Pumpe nicht durch eine Leistungsregelung auf Maximal- Förderhöhen < kpa einstellbar ist, wird bei Einsatz von voreinstellbaren Thermostat- Ventilen V-exact II die überschüssige Druckdifferenz durch Strang-Differenzdruckregler wirkungsvoll kompensiert. Diese Armaturen können ebenfalls überschlägig und ohne Kenntnis des Rohrnetzes einfach dimensioniert und eingestellt werden. Abb. 8: Thermostatventil- Unterteil Eclipse Durchgang, Eck, Axial und Winkeleck. Eclipse Abb. 87: Aufbau Eclipse Abb. 8: Multilux -Eclipse-Set.. Die starke Druckfeder in Kombination mit hoher Stellkraft stellt sicher, dass das Ventil nach längerem Schließen nicht festsitzt. IMI Heimeier Anschlusstechnologie M 0 x, für Thermostat-Köpfe oder Stellantriebe. Durchflussregler. Gehäuse aus korrosionsbeständigem Rotguss. Langlebige doppelte O-Ring-Abdichtung. Durchflusseinstellung Austauschbares Oberteil Das komplette Thermostat-Oberteil kann mit dem IMI Heimeier Montagegerät ohne Entleeren der Anlage ausgewechselt werden. Abb. 88: Nachrüst-Oberteil Retro S für die Umrüstung älterer Standard-Thermostatventile auf Voreinstellung. Abb. 89: Nachrüst-Set, bestehend aus Retro S Oberteil und Thermostatkopf K.

56 Dynamic watermanagement Einfluss geschlossener Druckhalte- und Entgasungssysteme auf die Hydraulik von Heizungs- und Kühlsystemen Probleme wie Geräuschbelästigung durch eingeschlossene Luft, Korrosionsschäden, Ärger mit Mietern, tropfende Sicherheitsventile und fehlende Wärmeabgabe können durch den Einsatz am Markt erhältlicher Systemkomponenten ausgeräumt und von Herstellern mit dem notwendigen Know how erworben werden.. Wie hat sich die Branche in den letzten Jahren verändert? Die heutigen Installationstechniken und arten sind mit den früheren Verfahren kaum mehr zu vergleichen. Die klassische Schwarzrohrinstallation mit einer klaren und übersichtlichen Rohrverlegung mit der Möglichkeit der Entlüftung nur an den oberen Heizkörpern ist, außer im Altbau, so gut wie nicht mehr zu finden. In den heutigen Systemen sind Kunststoffrohre, Verbundrohre und flexible Verbindungen vorhanden, die es früher in dieser Ausführung nicht gab. Luft- bzw. Gaseintrag durch Diffusionsvorgänge finden vermehrt statt. Die Fußbodenverlegung der Rohre ist üblich, das heißt es gibt viele Möglichkeiten bzw. Orte innerhalb des Systems, an denen sich Luft und gegebenenfalls auch Schlamm ansammeln können. Ein Entlüften ohne laufende Pumpe ist nicht möglich. Speziell im Mietwohnungsbau ergeben sich nach Reparaturen an Heizungs- und Kühlsystemen Schwierigkeiten hinsichtlich der Zugangsmöglichkeit in die Wohnungen. Umso wichtiger ist es, dass der Auslegung und Auswahl von Systemkomponenten höchste Aufmerksamkeit gewidmet wird. Die falsche Auslegung, ungünstige Systemwahl und nicht zuletzt die fehlende Wartung von Druckhalte- und Entgasungssystemen und der mangelnde hydraulische Abgleich in Heizungs- und Kühlsystemen führen zu gravierenden Konsequenzen bis hin zu Korrosionsfolgeschäden. Eine ganzheitliche Systembetrachtung ist notwendig. Abb. 90: Eingeschlossene Luft führt oft zu unerwünschter Geräuschbelästigung und mangelnder Wärmeabgabe.

57 Druckhaltesysteme Mit der europäischen Normung sind vertraute nationale Normen weitestgehend im Heizungsbereich durch die EN 88 abgelöst worden. Diese lässt ungewohnte Ermessungsspielräume in Anlagen mit einer Absicherungstemperatur TAZ bis 0 C zu. Ein Druckhaltesystem besteht im Wesentlichen z. B. aus einem Membran-Ausdehnungsgefäß und der Ausdehnungsleitung. Es muss in der Lage sein, Vo lumenschwankungen (z. B. durch temperaturbedingte Medien-Ausdehnung) so zu kompensieren, dass der zulässige Druckbereich weder unter- noch überschritten wird. Die korrekte hydraulische Einbindung in das System spielt hierbei eine wesentliche Rolle. Am sogenannten Druck-Nullpunkt wird der Druck dem System aufgeprägt. Hierbei werden zwei prinzipielle Einbindemöglichkeiten unterschieden:. Ausdehnungsgefäß auf der Saugseite der Umwälzpumpe Bei der Saugdruckhaltung A wird die Druckhaltung auf der Saugseite der Umwälzpumpe, in Heizungsanlagen im Rück lauf, installiert. Sie ist die empfeh lens - werteste Lösung, da am Hochpunkt bei laufender Umwälzpumpe immer der erforderliche Überdruck garantiert ist. Außerdem wird eine lange Lebensdauer der Blase durch die geringe Temperaturbelastung im Rücklauf erreicht.. Ausdehnungsgefäß auf der Druckseite der Umwälzpumpe Bei der Enddruckhaltung B wird die Druckhaltung auf der Druckseite der Umwälzpumpe eingebunden, eine Lösung für Sonderfälle wie z. B. Solaranlagen. Die Druckhaltung ist so hydraulisch immer unmittelbar mit den Kollektoren verbunden. Zur Dimensionierung und Auswahl von Druckhalteanlagen werden heute Computer- Berechnungsprogramme eingesetzt, die mit wenigen Eingabewerten eine optimale und sichere Produktwahl zulassen. Hierbei müssen bestimmte Anlagenparameter, wie Mindestdruck (p0), Anfangsdruck (pa), Enddruck (pe), max. Systemtemperatur, Druckfaktor (Df), System inhalt (VA), ermittelt werden. Abb. 9: Einbindemöglichkeiten von Druckhalteanlagen in Heizungssystemen. Abb. 9: Übliche Rohrverlegung innerhalb einer Betondecke für ein Verwaltungsgebäude. Neben der Druckhaltung sind die Anforderungen an Entgasung, Abschlammung und hydraulischen Abgleich hoch.

58 Dynamic watermanagement Kenndaten innerhalb einer Heizungs- bzw. Kühlanlage in Anlehnung an EN 88 und EN 9 a.) statische Anlagenhöhe H in (m) = Höhe zwischen MAG und höchster Stelle innerhalb der Heizungsanlage, i.d.r zum obersten Heizkörper (0 m = bar) b.) Vordruck p0 (am MAG eingestellt) = Mindestdruck p 0 p 0 = stat. H + 0, (bar) bei Anlagen mit TAZ >00 C: p 0 = stat. H + p D + 0, (bar) (pd bei Einstellwert d. TAZ = STB) p D = Verdampfungsdruck. Membranausdehnungsgefäße sind bei Inbetriebnahme auf p 0 einzustellen bzw. bei Wartungsarbeiten darauf zu prüfen. c.) Mindest-Anlagenfülldruck (Anfangsdruck p a ) p a (min) = pa + 0, (bar) im kalten Zustand der Anlage, so wird bei Befüllen der Anlage die Wasser vorlage im Gefäß sichergestellt. Bei Anlagen mit Fremdruckhaltung wird der Einschaltpunkt des Kompressors oder der Pumpe definiert. d.) Enddruck p e : (max. Arbeitsdruck p e = p SV 0, bar (bei p SV bar) der Anlage nach dem Aufheizen) p e = p SV (0% * p SV (bei p SV > bar) Ausdehnungsgefäßberechnung M: VN = (VE + VV) * DF (Liter) e.) Druckfaktor: Df = (p e + ) / (p e p 0 ) Der Druckfaktor gibt an, um wie viel mal größer ein Ausdehnungsgefäß größer als das tatsächliche Ausdehnungsvolumen, einschl. der Wasservorlage sein muss. Bei Fremddruckhaltung ist der Druckfaktor nicht druckabhängig, sondern konstant. Df =,. Bei Großanlagen ist dies ein Vorteil, da die Gefäße bei Kompressor- und Pumpendruckhaltungen klein bemessen werden, da sie nur für die Ausdehnungswassermenge mit Wasservorlage berechnet werden. f.) Ausdehnungsvolumen V E : V E = V A * n (Liter) 00 n = Ausdehnungskoeffizient in % bei höchster Vorlauftemperatur. g.) Vv = Wasservorlage im Gefäß (Liter) (= min. 0, % vom Anlagenvolumen) h.) Ansprechdruck Sicherheitsventil bei Anlagen bis TAZ 00 C p SV p SVmin = 0, * stat. H +, (bar) In Anlagen, in denen Kompressor- oder Pumpendruckhalteanlagen eingesetzt werden bzw. in Anlagen mit TAZ >00 C, müssen entsprechende Zuschläge vorgenommen werden. Die Laständerungsgeschwindigkeit innerhalb einer Anlage ergibt sich gemäß Anwendung der EN 88 bei tmax = 00 C mit 0,8 l / kwh. Sie ist maß gebend für die Dimensionierung der Ausdehnungsleitung und der Druckdiktier einrichtungen. Der Druckverlust innerhalb der Ausdehnungsleitung darf nicht zum Auslösen von Sicherheitseinrichtungen führen. Bei Kühlanlagen reicht bei entsprechend niedrigeren Temperaturen ein Wert von 0, l / kwh. Die optimale Systemwahl einer Druckhalteanlage richtet sich nach vielen Kriterien. Unumstritten ist die konsequente Geschlossenheit zur Atmosphäre. Dies wird am besten erreicht, durch den Einsatz von Blasenmembranen aus Butylkautschuk, die gegenüber sonst verwendeten Materialien mindestens mal dichter sind. Aus Budgetgründen werden heute oft kombinierbare Systeme mit Entgasung und Nachspeisung eingesetzt. Berechnungsprogramme der Hersteller wählen kostenoptimiert das individuell beste System aus. Es sind Kombinationsgeräte oder Einzelaggregate für Druckhaltung, Nachspeisung und Entgasung erhältlich. Ein entscheidendes Kriterium für die Qualität eines Membranausdehnungsgefäßes ist der Vordruckverlust über die Membrane. Hoher Vordruckverlust durch die Membran-Qualität bedingt, führt zu Lufteintrag ins System und Korrosion. () () () Abb. 9 Verschiedene Druckhaltungssysteme:. Ausdehnungsgefäß mit fester Gasfüllung;. Kompressorautomat (Compresso Connect);. Pumpendruckhalteanlage (Transfero Connect). Abb. 9: Vordruckverlust von Ausdehnungsgefäßen nach Messungen eines unabhängigen Institutes.

59 Entgasung und Entschlammung Gase und Schlammpartikel können in Heizund Kühlsystemen vielfältige Probleme verursachen. Korrosion, Ablagerungen, Geräusche, Zirkulationsstörungen, sowie Reduzierung der Heizleistung können die Folge sein. Im Entstehungskreislauf der Natur nimmt Wasser aus der Atmosphäre Luft auf. Diese besteht aus ca. 78 % Stickstoff, % Sauerstoff und ca. % Spurengase. Über das Füllwasser gelangen ca., ml / l Luft und geringe Mengen CO in gelöster Form in die Anlagensysteme. Stickstoff als Inertgas reichert sich nach dem Füllen der Anlage und im Betrieb an, oft durch eingeschlossene Restluft mengen verursacht. Diese lösen sich bei steigendem Druck auf. Beim Aufheizen werden diese Stickstoffanreicherungen dann freigesetzt, da die Löslichkeitsgrenze des Wassers erreicht wird und führen dann zu den klassischen Luftproblemen gluckernde Heizkörper, Zirkulationsstörungen, etc. Abb. 9: Qualitätskriterien an automatische Entlüfter. Der Sauerstoff wird innerhalb kürzester Zeit durch Korrosion auf Werte um 0,07 ml / l reduziert. Zunehmend werden auch Gase wie Methan CH oder Wasserstoff H festgestellt, die durch verschiedene Materialien bzw. in Kombination mit Inhibitoren auftreten. Korrosion zerstört das Material, dies führt einerseits zu Ablagerungen von Rost und/oder Magnetit, andererseits zu Erosion durch Korrosionspartikel, die mit der Strömung mitgerissen werden. Freie Gasblasen erhöhen das Erosions risiko.. Erscheinungsformen der Gase Gase können als freie Blasen oder in gelöster Form auftreten. Das Gesetz von Henry beschreibt die maximale Löslichkeit des Wassers. Je nach Erscheinungsform und Systembedingungen können Gase mit unterschiedlichen Methoden aus dem Wasserkreislauf entfernt werden. Man spricht von Luftansammlungen bei stagnierendem Wasser an Hochpunkten, Gasblasen in fließendem Wasser, Mikroblasen und gelöstem Gas (unsichtbar).. Automatische Entlüfter Entlüfter führen automatisch angesammelte Gase nach außen ab. Das Wasser muss beruhigt sein, sonst werden die Gasblasen mit der Strömung mitgerissen. Wird für die Erstentlüftung bei der Befüllung von Anlagen eingesetzt und dient der Belüftung bei der Entleerung von Anlagen. Sie sind für die Betriebsentlüftung z. B. auf Rohrleitungen nicht geeignet. Abb. 9: Korrosionsauswirkungen in Heizungsund Kühlanlagen. Abb. 97: Schnitt durch einen Mikroblasenabscheider. 7

60 Dynamic watermanagement minimiert. Einsatzort sollte jede Heizungsanlage sein, die eine geringe statische Höhe hat. Je höher die Temperatur am Einsatzort, desto besser die Wirkungsweise. Der ideale Einsatzort ist die Dachheizzentrale. Der statische Druck ist gering und die Temperatur am Kessel ist hoch. Die Einsatzgrenzen für Mikroblasen abscheider sind der nachfolgenden Graphik zu entnehmen. Je nach statischer Höhe und Systemtemperatur ergeben sich die Einsatzfelder. Abb. 98: Funktionsprinzip eines Mikroblasenabscheiders in einer Heizungsanlage.. Mikroblasenabscheider Abscheider für Mikroblasen sind für die Betriebsentgasung geeignet. Mehrere Funktionsprinzipien kommen hier zum Einsatz: Verzögerung der Strömungsgeschwindigkeit Leiteinrichtungen zur Unterstützung der Auftriebskräfte und zentrifugalen Separation Einbauten als Feststoffkeime zur Bildung größerer Gasblasen. Einbauort von Mikroblasen-Abscheidern Einbau direkt nach dem Heizkessel zur zentralen Betriebsentlüftung. Der Kessel fungiert als zentraler thermischer Ent gaser. An den Kesselheizflächen werden partiell Temperaturen weit über der Vorlauftemperatur erreicht und Mikro blasen freigesetzt, die mit der Umwälzpumpe in den Mikroblasenabscheider transportiert und abge schieden werden. Nach einer bestimmten Betriebszeit bzw. Entgasungsdauer ist das Umlaufwasser bis auf Sättigungsniveau entgast und blasenfrei. Der Wärmeübergang wird damit optimiert, eventuelle Zirkulationsblockaden, Strömungsgeräusche beseitigt und Erosion. Einsatzgrenzen verschiedener Entlüftungs- bzw. Entgasungssysteme Nur wenn an keiner Stelle des Anlagensystems Gas-Übersättigung herrscht, ist ein blasenfreies System gewährleistet. Die Gasuntersättigung ist ein Maß für die Lösungsfähigkeit von Gasen im Wasser. Bei Gasuntersättigung können freie Gasblasen wie mit einem Schwamm absorbiert werden. Man spricht in diesem Fall auch von Absorptionsentgasung. Gaseinbrüche durch Nachspeisewasser oder Reparaturen können ohne Blasenbildung gepuffert werden. Dazu sind von der Industrie in den letzten Jahren sogenannte Druckstufenentgaser entwickelt worden. Speziell in Anlagen unter 00 C Systemtemperatur ist dies eine sehr effektive und kostengünstige Möglichkeit um eine zentrale Entlüftung und Entgasung durchzuführen. Die Einsatzmöglichkeiten sind im Prinzip unbegrenzt. Neben Industrie- und Fernwärmeanlagen werden diese zentralen Entgasungsautomaten im Mietwohnungsbau eingesetzt. Gerade nach Reparaturen und Teilentleerungen von Heizungs- und Kühlsystemen, wird nach Wiederinbetriebnahme des Systems an zentraler Stelle entlüftet bzw. so entgast, dass gelöste Gase zu Gasblasen desorbieren und abgeschieden werden können. Ein teures Nachentlüften durch Haus meister oder Fachhandwerker kann entfallen. Abb. 99: Einsatzgrenzen von Abscheidern und Druckstufen-Entgasern. 8

61 Abb. 00: Theoretisch erreichbare Gas-Sättigung bei Entgasern und Abscheidern für Mikroblasen.. Druckstufen-Entgaser In Abhängigkeit der Druckstufe werden gelöste Gase gezielt ausgeschieden und eine Gasuntersättigung erreicht. Im Vakuum ist theoretisch starke Untersättigung bis fast 00 % möglich. Atmosphärische und Teilvakuum-Entgaser fahren leicht untersättigt. Hier gibt es Systeme, die als Kombinationsgeräte mit den Funktionen Druckhaltung und Nachspeisung zusammen arbeiten.. Vento Connect Vento Connect ist ein Druckstufenentgaser mit dem das Anlagenwasser sowie das Nachspeisewasser durch die zyklonische Abscheidung und durch das Vakuum entgast werden. Vento Connect ist der EINZIGE Druckstufenentgaser im Markt der diese beiden Entgasungsmethoden kombiniert. Mit dem Vento Connect erfolgt die Entgasung in Stufen: Das Wasser unter Anlagendruck passiert eine Blende im Zulauf und wird in den Vakuumbehälter mit Zyklontechnik gesaugt. In der Vakuum Zone werden die Gase abgeschieden. Im Vakuumbehälter mit Zyklontechnik werden die Mikroblasen im Auge des Zyklon gebündelt. So werden viel mehr Gasbläschen zusammengeführt und dann in den Abscheide-Vakuumbehälter weitergesaugt. Dieser Behälter ist größer als der Vakuum-Behälter für den zyklonischen Effekt. Infolgedessen wird die Durchflussgeschwindigkeit reduziert und die Luftblasen können aufsteigen. Das bedeutet einen erheblich höheren Wirkungsgrad. Die Eco-Automatik Funktion misst" die Menge der ausgestoßenen Gase und schaltet die Anlage in den Eco-Automatik Modus um. Wird der Druckschalter z.b. mal nacheinander nicht geschaltet, geht die Anlage in Eco-Automatik Funktion, die Entgasung wird bis zum Ende der Nachtabschaltperiode gestoppt. Ausgerüstet mit der internetfähigen Brain- Cube Connect Steuerung mit allen Ihren connectivity Möglichkeiten. Diese verfügt über ein beleuchtetes, Farb-Touchdisplay mit intuitiver Bedienung. Damit kann das Entgasungssystem in Echtzeit von jedem internetfähigen Gerät aus über eine webbasierte Benutzeroberfläche gesteuert werden. Eine umfassende Datenaufzeichnung ermöglicht zudem eine detaillierte Anlagenanalyse, um den Betrieb zu optimieren oder die Ursache für eine Fehlfunktion zu identifizieren. Hier kann das System gestaffelte Alarmmeldungen beispielsweise direkt auf das Smartphone versenden, wenn vorgegebene Betriebsparameter überschritten werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Steuerung über die ebenfalls serienmäßig integrierte, Modbusfähige RS-8-Schnittstelle nahtlos in die Gebäudeleittechnik einzubinden.. Vorteile von Druckstufenentgasern Minimierung der Korrosion durch zumindest teilweise Ausscheidung reak tiver Gase wie O, H, CO. Die Reduzierung von O auf ca. 0 % des Ausgangswertes beschränkt sich auf das Nachspeisewasser bei Vakuumentgasern. Aufgrund der sehr schnellen Reaktionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs entzieht er sich der Teilstromentgasung. Präventiver Korrosionsschutz. Puffer gegenüber Lufteinbrüchen durch die entstehende Gasuntersättigung. Erreicht man nur eine Untersättigung von 0 ml/l, so kann bei einer 00 kw-anlage mit einem Inhalt von m eine Luftmenge von 0 Litern aufgenommen werden, ohne dass freie Gasblasen entstehen. In großen weit verzweigten Gebäuden, z. B. in Mietwohnungsbau, kann nach Reparaturen und Grundentlüftung das lästige Nachentlüften entfallen, dadurch erheb liche Kosteneinsparungen im Personal bereich und im Unterhalt der Anlage. Keine Reklamationen hinsichtlich nicht warm werdender Heizflächen und Geräuschbelästigung. Abb. 0: Einbindung eines Druckstufen - ent gasers Typ IMI Pneumatex Vento in ein Heizungs system. 9

62 Dynamic watermanagement. Schlammabscheidung: Schmutzpartikel, Rost und Kalk verursachen in Heizungs- und Kühlanlagen Schäden an Heizkörpern, Pumpen, Ventilen und Wärmeerzeugern. Um diese Probleme zu vermeiden, können Schlammabscheider eingesetzt werden. Auch wenn die Anforderungen an die Wasserbeschaffenheit immer höher werden, da die Anlagentechnik letztendlich auch immer empfindlicher auf Verschmutzungen reagiert, ist der Einbau von mechanischen Schlammabscheidern äußerst sinnvoll. Nach EnEV (Energieeinspar-Verordnung) ergeben sich je nach System, bezogen auf die installierte Heizleistung, höhere Anlagenvolumina. Immer kompaktere Wärmeübertragungsflächen, der Trend zu Mehrkesselanlagen und die Verein fachung in der Rohrverlegetechnik erfordern eine gute Wasserqualität. Die VDI 0 gibt hinsichtlich der Vermeidung von Steinbildung und wasserseitiger Korrosion gewisse Vorgaben und zeigt Möglichkeiten der Verhinderung von Korrosionsschäden auf. Dabei rücken auch Anlagen unter 0 KW in die Verantwortung von Planer und Heizungsbauer. Hinweise zu Abb. 0: Anlagenwasser mit starker Magnetitbelastung. Schmutzabscheidern werden gegeben. Heizthermen mit geringen Wasserinhalten sind besonders störanfällig, wenn die Anlage mit kalkhaltigem Wasser befüllt wird. Der angesetzte Kesselstein platzt ab wenn er eine gewisse Schichtdicke erreicht hat, gelangt über die Umwälzpumpe in das System und verstopft Thermostatventile, Pumpen, Heizkörper etc. Der wachsende Anteil an Kunststoffrohren in Mischinstallationen mit metallischen Werkstoffen erhöht das Korrosionsrisiko und die Gefahr der Verschlammung. Es wird vermehrt eine verstärkte Gasbildung bei Einsatz von Aluminium beobachtet. Je nach Anwendungsfall kann es sinnvoll sein, Schlammabscheider im Vorlauf zu montieren. Dies wird man dann aber in Kombination mit einem Mikroblasenabscheider tun. Im Regelfall erfolgt die Anordnung des Schlammabscheiders im Rücklauf vor dem zu schützenden Bauteil (z. B. vor dem Kessel). Je nach Einsatzfall gibt es eine Vielzahl von Ausführungsvarianten. Da die Systemtechnik diese hohen Anforderungen braucht, um noch einwandfrei funktionieren zu können, damit es nicht zu Blockaden durch Ablagerungen von Kalk und Schlamm kommt, wird auch die Garantie bzw. Gewährleistung z. B. bei Umlaufwasserheizern eingeschränkt oder abgelehnt, wenn die Vorgaben an die Wasserqualität nicht eingehalten werden. Insbesondere wenn das Verhältnis von Wasservolumen zu Eisenoberfläche sehr hoch ist, z. B. bei großen Pufferspeichern oder großen Oberflächen aus nicht mit Sauerstoff reagierenden Werkstoffen (z. B. Kunststoff), kann der Sauerstoff des Füllwassers zur Bildung von nicht haftendem Schlamm führen, der aus verschiedenen Korrosionsprodukten besteht. Die Ablagerung von Eisenkorrosionsprodukten auf der Innenseite von Kunststoffrohren kann die Wärmeübertragung behindern. Schlammabscheider haben hier den Vorteil, dass sie in Durchflussrichtung im Gegensatz zu Schmutzfängern bzw. Filtern nicht verstopfen und immer niedrige und konstante Druckverluste haben. Schmutzpartikel haben im Abscheider ausreichend Andockfläche um aus dem Wasser abgesondert zu werden. Die Reinigung ist sehr einfach durch Öffnen des Ablasshahnes möglich, ohne dass dabei die Anlage außer Betrieb genommen werden muss. Der neue Zeparo Cyclone erreicht die höchste Abscheiderate aller am Markt befindlichen Abscheider. Auf Grund der einzigartigen Cyclone-Technik ist die Schmutzabscheidung um bis zu 9 mal besser, als bei herkömmlichen Abscheidern. Und anders als bei klassischen Abscheidern erhöht sich der Wirkungsgrad bei zunehmender Durchflussmenge. Optional sind beide Abscheider mit einem Magneten ausrüstbar, so dass die Abscheideleistung noch effektiver wird, da Magnetit verstärkt aufgenommen und abgeschieden werden kann. Durch Entfernen des Magneten fällt das Magnetit in die Schlammkammer und wird dort mit den anderen Fremdkörpern manuell abgeschieden. ischer tellen: ewirkt eine tzpartikel rifugalkräften it im öher als die r und ere Dichte) es Zeparo Zeparo s mer, von wo Abb. 0: Zeparo Cyclone, Wirkungsweise Abb. 0: Korrosion durch Sauerstoffeintrag in einem Rohr. Abb. 0: Verschiedene Ausführungen Zeparo-Schlammabscheider:. Zeparo Dirt,. Zeparo Cyclone Dirt,. Zeparo G-Force 0

63 Formelzeichen und Abkürzungen

64 Formelzeichen und Abkürzungen in der Anlagentechnik Formelzeichen und Abkürzungen Umrechnung von Einheiten 0,000 0,00 0,0 0, 0