Getrennte Wege

Für manchen Handwerker sind hydraulische Weichen mit Fragen behaftet. Sinusverteiler als Teil der Reflex Winkelmann GmbH ist ein Unternehmen aus dem westfälischen Wettringen, das seit vielen Jahren diese Produkte entwickelt und herstellt. Zwei Fachleute, Christian Matzker und Christoph Storm, haben für die IKZ-PRAXIS häufig gestellte Fragen gesammelt und beantworten sie hier.

Wozu dient eine hydraulische Weiche?
Die wesentliche Funktion hydraulischer Weichen besteht darin, die Kesselkreispumpen und die Verbraucherkreispumpen hydraulisch voneinander zu entkoppeln. Insbesondere, wenn die Volumenströme der Wärmeabnehmer und die des Wärmeerzeugers unterschiedlich groß sind, ist der Einsatz hydraulischer Weichen die optimale Lösung zur Vermeidung von Fehlzirkulationen. Ebenfalls wird durch den Einsatz einer hydraulischen Weiche eine gegenseitige Beeinflussung von Primär- und Sekundärregelventilen vermieden.

Welche Funktion hat eine hydraulische Weiche?
Die umgewälzten Volumenströme in den Wärmeerzeuger- und Verbraucherkreisen sind, abhängig vom jeweiligen Betriebszustand, i. d. R. unterschiedlich. Für jede Weiche sind somit drei prinzipielle Betriebszustände vorstellbar.

Volumenstrom des Wärmeerzeugers und der Heizkreise sind gleich
In diesem Fall ist die hydraulische Weiche in einer neutralen Position. Der Volumenstrom des Primärkreises (VP) und der Volumenstrom des Sekundärkreises (VS) sind gleich groß. Die Temperatur (T) im Sekundärkreis entspricht der im Primärkreis. Die Wärmemenge ist ebenfalls gleich (Bild 1).

Volumenstrom des Wärmeerzeugers ist größer als der der Heizkreise
Dieser Fall tritt besonders häufig bei Systemen mit ungeregelten Kesselkreispumpen auf. Im Teillastbereich fördert die Kesselkreispumpe entschieden mehr Wasser durch den Wärmeerzeuger als die Heizseite benötigt. In diesem Fall wird der benötigte Volumenstrom dem Rücklaufwasser der Heizkreise über die hydraulische Weiche aus dem Vorlauf des Wärmeerzeugers beigemischt (Bild 2).

Volumenstrom des Wärmeerzeugers ist kleiner als der der Heizkreise
Dass der Verbraucher mehr Wasser benötigt als der Erzeugerkreis zur Verfügung stellt, kommt regelmäßig während des morgendlichen Anheizens vor. Die hydraulische Weiche gleicht die Kreisläufe aus, indem Rücklaufwasser aus den Heizkreisen dem Vorlaufwasser aus dem Primärkreis zugemischt wird. Hydraulische Probleme können so unterbunden werden.
Ebenfalls tritt dieser Betriebszustand häufig nach der Sanierung von Altanlagen auf. Die heute am Markt erhältlichen Wärmeerzeuger der neuen Heizkesselgeneration haben nur einen sehr geringen Wasserinhalt. Innerhalb weniger Minuten würde der Kessel einer Großanlage ohne Wärmeabnahme den Einstellwert erreichen. Nur der Einbau einer hydraulischen Weiche kann unter diesen Umständen ein Takten (häufiges Ein- und Ausschalten) des Wärmeerzeugers vermeiden.
Durch die Teilmischung unterschiedlich warmer Volumenströme ist der Einsatz der hydraulischen Weiche in den Betriebszuständen 2 und 3 selbstverständlich nicht temperaturneutral. Ist der momentane Volumenstrom der Umwälzpumpen auf der Verbraucherseite größer als im Wärmeerzeugerkreis, wird dem Vorlaufwasser der Heizkreisseite eine Teilmenge des eigenen Rücklaufs beigemischt. Hierdurch sinkt die Vorlauftemperatur der Verbraucherseite (Bild 3).

Wo ist der Fühler für die Regelung zu setzen?
In den meisten Fällen wird die Temperatur am sekundären Vorlauf gemessen, da dieser die Heizkreise versorgt und auch bei zugemischtem Rücklaufwasser die notwendige Energiemenge bereitzustellen hat. So wird sichergestellt, dass nicht die reine Kesselvorlauftemperatur gemessen wird, sondern die – im Bypass­betrieb – zur Anlage gehende Mischwassertemperatur aus Kesselvorlauf- und beigemischtem Rücklaufwasser. Dies ist die gängigste Regelungsart (Bild 4).

Wofür wird eine hydraulische Weiche mit sechs Anschlüssen benötigt?
Diese Weiche kommt bei zwei Heizkesseln zum Einsatz. Zum einen wird hierdurch eine optimale hydraulische Entkopplung des Kessel- und Verbraucherkreises gewährleistet, zum anderen wird sichergestellt, dass jeder Heizkessel immer und in jeder Betriebssituation die ausreichende Wassermenge zur Verfügung gestellt bekommt (Bild 5). Diese hydraulische Weiche kann auch in Kombination mit einem Wärmeübertrager betrieben werden.

Gibt es hydraulische Weichen in unterschiedlichen Bauformen?
Am weitesten verbreitet sind hydraulische Rund- und Kompakt-Weichen. Diese unterscheiden sich – bei richtiger Auslegung – einzig durch die Form des eingesetzten Profilrohres (rund oder eckig). Darüber hinaus gibt es die Verteiler-/Weichenkombination (Bild 6). Sie stellt eine Kombination aus einem Kompaktverteiler und einer hydraulischen Weiche in einem Bauteil dar.

Ist der Einsatz hydraulischer Weichen sinnvoll?
Wahrscheinlich mehr denn je. Zwar wird die Pumpen- und Regelungstechnik immer besser und man hat heutzutage viele Möglichkeiten, den hydraulischen Abgleich einer Heizungsanlage vorzunehmen. Aber man kann nie sicher zu jedem Zeitpunkt und in jeder Betriebssituation das Verhalten der Hydraulik einschätzen.
Ebenso sind die Wasserinhalte heutiger Kessel teilweise sehr gering. Gerade hier sollte eine hydraulische Weiche zwingend eingesetzt werden, um ein Takten der Anlage oder gar einen Betrieb bei stagnierendem Wasser zu vermeiden.

Lässt sich eine hydraulische Weiche zur Entschlammung nutzen?
Eine richtig ausgelegte hydraulische Weiche bietet sich aufgrund der beruhigten Strömungsverhältnisse optimal zur Entschlammung an. Hydraulische Großweichen können mit Revisionsflanschen versehen werden, die mit Magnetfilterkerzen bestückt sind. Diese werden so positioniert, dass der Rücklaufmassenstrom die Kerzen umströmt und die magnetischen Partikel an den Filterkerzen hängen bleiben.
Kleine hydraulische Weichen können mit einem Entschlammungsmodul bestückt werden, das eine Magnetfilterkerze enthält. Bei dieser Bauform wird ebenfalls der komplette Rücklaufmassenstrom um die Filterkerze geführt.

Darf man hydraulische Weichen waagerecht einbauen?
In senkrecht eingebauten hydraulischen Weichen bildet sich aufgrund des Temperatur- und Dichteunterschiedes eine entsprechende Temperaturschichtung. Dieser Zustand hält solange an, wie keine – gravierende – Beimischung stattfindet. Diese Situation tritt in Heizungsanlagen quasi nur im Volllast­betrieb auf.
Heutzutage wird beim Einsatz von Brennwertkesseln generell dem Sekundärvorlauf ein Teil des Rücklaufwassers beigemischt. Damit soll erreicht werden, dass die Kesselrücklauftemperatur – zur Ausnutzung des Kondensationseffekts – möglichst niedrig ist. Daher arbeiten die hydraulischen Weichen stets im Bypass­betrieb, wodurch sich keine thermische Schichtung ausbilden kann. Aus diesem Grund ist es heutzutage nicht mehr zwingend erforderlich, hydraulische Weichen senkrecht einzubauen. Zudem gibt es Sonderbauformen, die den direkten Kurzschluss von Vor- und Rücklaufwasser bei waagerecht eingebauten Weichen vermeiden.

Müssen die Anschlüsse der Erzeuger- und Heizkreise direkt an der Weiche erfolgen?
In vielen Fällen wird die Meinung vertreten, dass die Funktion einer hydraulischen Weiche nur dann gewährleistet ist, wenn der Anschluss an den Weichenkörper direkt erfolgt. Das ist allerdings nicht notwendig, denn auch mittelbar angeschlossene Kreisläufe finden ihren Nullpunkt im Weichenkörper. Wichtig hierbei ist allerdings, wie ohnehin gefordert, dass sämtliche Systeme hydraulisch abgeglichen betrieben werden.

Bilder: Sinusverteiler
www.sinusverteiler.com