Angepasste Volumenströme

Für einen energieeffizienten und störungsfreien Betrieb eines Heizungssystems ist ein hydraulischer Abgleich unverzichtbar. Dennoch findet die Maßnahme in der Praxis zu selten Anwendung. Im Bestand liegt dies u. a. daran, dass oft die Gebäude-, Berechnungs- bzw. Gerätedaten sowie die Leitungsführung unbekannt sind und die notwendigen Auslegungsparameter damit nicht oder nur mit gro­ßem Aufwand ermittelt werden können. Eine Alternative kann hier die automatische Durchflussregelung bieten, die nachfolgend als Beispiel durch den Einsatz der „AFC“-Technologie erläutert wird.

Während sich der hydraulische Abgleich im Neubau aufgrund von bekannten Größen noch mit relativ geringem Aufwand durchführen lässt, liegen bei Bestandsanlagen regelmäßig schwierigere Rahmenbedingungen vor. Hier fehlt es nicht selten an einer exakten Dokumentation der Anlage, wodurch beispielsweise Anlagendaten und Leitungsführung weitgehend unbekannt sein können. In diesen Fällen sind die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Parametern eventuell nur schwer erkennbar, wodurch sich der Aufwand für die notwendigen und zum Teil komplexen Berechnungsverfahren – etwa die Rohrnetzberechnung – um ein Vielfaches erhöht. Lässt sich z. B. der Anteil des Rohrnetzwiderstandes den einzelnen Wärmeverbrauchern nicht eindeutig zuordnen, ist eine exakte Ermittlung der Ventileinstellposition in Abhängigkeit vom Differenzdruck nur bedingt oder gar nicht möglich. Darüber hinaus ist eine Nachrüstung mit Einregulierungsarmaturen – etwa Differenzdruckreglern – in bestehenden Gebäuden aufgrund beengter Platzverhältnisse oder verbauter bzw. verdeckter Verteilungsleitungen oftmals nur eingeschränkt realisierbar.

Automatische Durchflussregelung
Mit dem Ziel, die Durchführung eines hydraulischen Abgleichs unter schwierigen oder schlecht kalkulierbaren Rahmenbedingungen wesentlich zu vereinfachen, wurde z. B. von IMI Heimeier die sogenannte „AFC“-Technologie entwickelt. Dahinter verbirgt sich ein Ventileinsatz zur automatischen Durchflussregelung (Automatic Flow Control = AFC). Direkt am jeweiligen Wärmeverbraucher eingesetzt, regelt die Technologie die maximale Durchflussmenge unabhängig von dem am Ventil anliegenden Differenzdruck. Dazu stellt der Ventileinsatz mit seinem dynamischen Regelverhalten sicher, dass die einmal eingestellte Volumenstrommenge zu keiner Zeit überschritten und damit die unbekannten Systemverhältnisse in der Betriebspraxis kompensiert werden.
Dementsprechend sind für die Durchführung des hydraulischen Abgleichs die üblicherweise notwendigen Systemparameter bezüglich Rohrnetz, Differenzdruck und Durchfluss sowie die Ermittlung von Kv-Werten nicht mehr unbedingt erforderlich. Der Ventileinsatz drosselt den überschüssigen Druck automatisch und lässt nur so viel Heizwasser in den Heizkörper oder Heizkreis, wie eingestellt. Dies geschieht vor allem auch in dem in der Praxis am häufigsten vorkommenden Teillastbetrieb. Denn auch die durch geschlossene Ventile in anderen Räumen hervorgerufenen Druckschwankungen haben keinen Einfluss auf das Regelverhalten des mit der Technologie ausgestatteten Ventileinsatzes. „Damit gewährleistet die automatische Durchflussregelung unter allen Betriebsbedingungen ein hydraulisch optimal abgeglichenes Heizungssystem“, erklärt IMI Heimeier.

Genaues Regelverhalten
Auf Basis der bereits vor vier Jahren speziell für Fußboden-Heizkreisverteiler entwickelten „AFC“-Technologie sowie der im Testlabor wie in der Betriebspraxis gewonnenen Erkenntnisse bietet der Hersteller aus Erwitte diese nun ebenfalls für die Anwendung in Zweirohr-Heizkörpersystemen an. Der automatische Durchflussregler wurde hierfür zusätzlich in die Thermostat-Ventiltechnik integriert. Das Ergebnis ist ein Ventilunterteil, das die beiden Funktionen Thermostatventil und automatische Durchflussregelung miteinander kombiniert. Dabei ist der automatische Durchflussregler dem Thermostatventil direkt vorgeschaltet und besteht im Wesentlichen aus den drei Komponenten Regulierkegel, Feder und Hülse. Das Produkt erfüllt dabei die Anforderungen der DIN EN 215 bezogen auf Nenndurchflüsse bei voreingestellten Ventilen, den zulässigen höchsten Differenz- und statischen Druck sowie die Mechanik und Baumaße.
Sobald das Ventil öffnet – etwa in der Aufheizphase am Morgen – steigt der Durchfluss entsprechend. Der hierdurch parallel hervorgerufene Druckanstieg bewegt die Hülse, die daraufhin die Durchflussmenge auf den eingestellten Wert begrenzt und damit eine Überversorgung des Heizkörpers verhindert. Darüber hinaus sorgt das Thermostatventil wie üblich selbst für die konstante Einhaltung der Raumtemperatur. Die „AFC“-Technologie ist in das Ventilunterteil so integriert, dass sie den eingestellten Durchfluss bei einer Proportionalabweichung von max. 2 K gewährleistet. Dementsprechend hat die Regeldifferenz auch keinen Einfluss auf die Berechnung des maximalen Volumenstroms. Und auch in Systemen, die zur Optimierung der Anlagenaufwandszahl mit einer Proportionalabweichung von 1 K ausgelegt sind, ist der Einsatz der Technologie möglich. Hierfür sollte darauf geachtet werden, dass die Wassermenge am Wärmeverbraucher 90 l/h nicht überschreitet.

Einsatzbedingungen
Damit die Technik einwandfrei funktioniert und ein hydraulischer Abgleich im System stattfindet, sollte jeder Wärmeverbraucher mit der automatischen Durchflussregelung ausgestattet werden. Ist dies nicht der Fall, können einzelne Heizkörper oder Heizkreise wie ein Bypass wirken und in diesen speziellen Abschnitten den Durchfluss erhöhen, wodurch negative Auswirkungen auf die Hydraulik im Gesamtsystem entstehen. Wird der maximal vorgegebene Differenzdruck an keinem Ventil überschritten, ist ein Einbau der Komponenten ohne Stückzahlbegrenzung möglich.
Das Ventilunterteil ist für einen Durchflussbereich zwischen 10 (Einstellwert 1) und 150 (Einstellwert 15) l/h ausgelegt. Die entsprechende Einstellung des für den jeweiligen Wärmeverbraucher berechneten Durchflusswertes erfolgt durch das Drehen einer Ziffernkappe. Nach der Montage eines Thermostatkopfes oder Stellantriebs ist die Ziffernkappe verdeckt und damit vor ungewünschter bzw. unbefugter Verstellung geschützt. Dabei wird der einmal eingestellte maximale Volumenstrom in Kombination mit sämtlichen Thermostatkopf- und Stellantrieb-Modellen des Herstellers sowie auch ohne deren Einsatz im voll geöffneten Zustand sichergestellt, wodurch etwaige Nachberechnungen und Nachjus­tierungen entfallen. „Durch die Verwendung ausschließlich federbelasteter Bauteile ist das Ventil äußerst unempfindlich gegenüber Grobschmutzpartikeln bzw. Ablagerungen, die unter Umständen insbesondere im Heizwasser von Bestandsanlagen vorkommen können“, erläutert der Hersteller.
Darüber hinaus sind die Ventilunterteile mit automatischer Durchflussregelung im Gegensatz zu gängigen voreinstellbaren Thermostatventilen, die bereits ab einem Differenzdruck von etwa 20 kPa Geräusche verursachen können, für Differenzdrücke bis zu 60 kPa ausgelegt. IMI Heimeier: „Auf diese Weise gewährleistet die „AFC“-Technologie auch in den meisten weit verzweigten Systemen einen geräuscharmen Betrieb, ohne dass der Einsatz von Differenzdruckreglern erforderlich wird. Und auch in kleinen Anlagen, deren nicht verringerbare Pumpen-Förderhöhe über 15 kPa (1,5 m) liegt, bietet die automatische Durchflussregelung eine attraktive Lösung.“ Einen typischen Anwendungsfall stellen hier bestehende Gasetagenheizungen dar, bei denen aus Platzgründen – etwa weil die Rohrleitungsführung direkt hinter dem hängenden Brennwertgerät in der Wand verläuft – keine Differenzdruckregler installiert werden können.

Anwendung
Zur Ermittlung der entsprechenden Durchflussmenge am Wärmeverbraucher wird die Heizlastberechnung pro Raum bzw. die installierte Heizleistung benötigt. Das nachgeschaltete Rohrnetz ist für die Berechnung nicht relevant. Zur Unterstützung hat der Hersteller für verschiedene Anwendungsfälle Tabellen entwickelt, aus denen sich anhand der Systemspreizung und der Heizleistung oder der bestehenden Heizkörperdaten (Typ, Länge und Höhe) der entsprechende Einstellwert für die maximale Durchflussmenge entnehmen lässt. Das Unternehmen stellt auch Tabellen mit Erfahrungswerten für die Ermittlung der Heizlast sowie Formblätter und Protokolle für den Nachweis des hydraulischen Abgleichs – u. a. zur Einreichung bei der KfW und BAFA – zur Verfügung. Komplettiert wird das Serviceangebot durch Seminare zur Anwendung der Technologie insbesondere in größeren Anlagen sowie durch individuelle Projektberatung.
Des Weiteren sollte beim Einsatz der Technik der Mindest-Differenzdruck am ungünstigsten Ventil anliegen und die Anlage abschließend entlüftet werden.

Bilder: IMI Hydronic Engineering, Marke IMI Heimeier

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