Hydraulik in Heizungsanlagen

Heinz Eckard Beele*

Die Hydraulik von Heizungsanlagen mit variablem Durchfluss gewinnt immer mehr an Bedeutung. In der Vergangenheit hat sich dabei herausgestellt, dass unabgeglichene Systeme nicht nur Probleme verursachen, sondern auch unwirtschaftlich arbeiten. Ziel der notwendigen hydraulischen Einregulierung ist es, alle Verbraucher mit den richtigen Durchflussmengen zu versorgen. Dies geschieht mit Einregulierventilen, auf die in diesem Beitrag näher eingegangen wird.

Felder des hydraulischen Abgleichs

Innerhalb einer Heizungsanlage gibt es mehrere Teilabschnitte, die unabhängig voneinander hydraulisch abgeglichen werden müssen (Bild 1): Bei Mehrkesselanlagen sind es die Wärmeerzeuger, im Verteilsystem sind es die Regelgruppen und Stränge, bei der Übergabe die Heizflächen (Heizkörper, Fußbodenheizung, Lufterhitzer...) oder auch Kühlflächen (Kühldecken,...).

Bild 1: Felder des hydraulischen Abgleichs.

Falsche Hydraulik macht sich nach Betriebspausen oder Nachtabsenkung deutlich bemerkbar: Während der Aufheizphase werden die Räume nicht zeitgleich warm. Die Rücklauftemperaturen der Heizkörper sind extrem unterschiedlich. Häufig wird versucht, das Problem z.B. durch Anhebung der Heizkurve oder zeitlicher Vorverlegung des Heizbeginns zu beheben. Vielfach wird zudem die Pumpenleistung angehoben. Dies kann jedoch zur Geräuschbildung, weiterer Begünstigung der überversorgten Anlagenteile und zu größerem Energieverbrauch führen. Das einzige was hilft, ist der hydraulische Abgleich des Wassernetzes.

Der häufig anzutreffenden Meinung, durch den alleinigen Einsatz von drehzahlgeregelten Pumpen von vornherein eine richtige Wasserverteilung sicherzustellen, muss an dieser Stelle widersprochen werden. Derartige Pumpen bieten eine gute Möglichkeit, Strom zu sparen und weitere Einsparpotenziale zu nutzen, wenn die Systeme hydraulisch abgeglichen sind.

Um den Abgleich realisieren zu können, sind verschiedene Möglichkeiten denkbar: In Kleinanlagen (z.B. Wohnhäuser mit bis zu 10 Wohnungen) lässt sich vielfach die Hydraulik mit Standard-Thermostatventilen (Bild 3) in Verbindung mit voreinstellbaren Rücklaufverschraubungen (Bild 4) in den Griff bekommen. In größeren Anlagen ist eher der Einsatz voreinstellbarer Thermostatventile (Bild 5) zu empfehlen. Diese werden besonders auch bei geringen Heizwasser-Massenströmen eingesetzt. Sinnvoll ist die Anwendung hauptsächlich:

Wie eingangs erwähnt, müssen Mehrkesselanlagen untereinander hydraulisch abgeglichen sein. Nur so ist sichergestellt, dass jeder Kessel den Nenndurchfluss erhält. Des Weiteren muss häufig die Durchflussmenge in jedem Wärmeerzeuger konstant gehalten werden. Schwankungen können die Effizienz der Wärmeerzeuger verringern, verkürzen deren Lebensdauer und erschweren ein gutes Regelergebnis. Mit Hilfe von Strangregulierventilen (Bild 6) können Mehrkesselanlagen genau abgeglichen und der jeweilige Durchfluss gemessen werden.

Einregulierung von Teilsträngen

Regelgruppen müssen einreguliert werden, um sicherzustellen, dass an jedem einzelnen Regelventil die richtigen Arbeitsbedingungen gegeben sind. Hier haben sich Strangregulierventile (Bild 2) bewährt. Für den hydraulischen Abgleich des Verteilsystems, z.B. der Stränge untereinander, stehen zwei Abgleichstrategien zur Verfügung: statischer oder dynamischer Abgleich. Beim statischen Abgleich werden Strangregulierventile auf berechnete oder durch Messung ermittelte Positionen durch Drehen des Handrades eingestellt. Der dynamische Abgleich wird mit Differenzdruckreglern (Bild 7) als automatisch arbeitende Strangregulierventile erzielt. Sie messen den Druck im Vor- und Rücklauf des Stranges und vergleichen den daraus resultierenden Differenzdruck mit dem vorgegebenen Sollwert. Steigt beispielsweise der Differenzdruck (weil z.B. Thermostatventile schließen), schließt das Strangregulierventil, um den Druckanstieg auszugleichen und konstant zu halten. Sinkt zu einem späteren Zeitpunkt der Differenzdruck, weil Thermostatventile wieder öffnen, öffnet auch das automatische Strangregulierventil.

Im Vorlauf des Stranges werden Absperrventile eingebaut. Sie ermöglichen das Absperren und Entleeren des Stranges sowie den Anschluss der Regler-Impulsleitung. Sind derartige Ventile mit Messnippeln ausgestattet, können Messcomputer angeschlossen werden, mit Hilfe dessen die Durchflussmengen kontrolliert werden können.

Stimmt die Anlagenausführung exakt mit der Planung überein, kann die Einstellung von manuellen Regulierventilen ohne Messung der Differenzdrücke erfolgen. Ist jedoch eine Einregulierung erforderlich, müssen zwei Bedingungen erfüllt werden:

1. Das System muss so einreguliert werden, dass die Nenndurchflussmenge bei jedem Verbrauch erreicht wird.

2. Die Druckverluste in den Einregulierungsventilen müssen so gering wie möglich sein, um die Pumpenförderhöhe zu reduzieren.

Die letzte Bedingung kann aber nur dann erfüllt werden, wenn eine systematische und genaue Einregulierungsmethode verwendet wird. Die nachfolgend beschriebene Methode erfolgt mit dem Messcomputer CBI^II von TA (Bild 8) und der so genannten TA-Balance-Methode. Jedes Ventil wird einmal in Mittelposition gemessen. Dabei ermittelt das Messgerät die momentane Durchflussmenge und den Druckverlust im Einregulierungsventil. Danach wird das Ventil geschlossen und der Druckverlust über das geschlossene Ventil gemessen. Dieser Druck entspricht dem Differenzdruck, der für den momentanen Verbraucher zur Verfügung steht. Diese Messung wird an jedem Ventil des hydraulischen Moduls vorgenommen. Die Software im Messgerät TA CBCBI^II kann nun einen hydraulischen Abgleich durchführen und gibt am Ende der Berechnung für jedes Regulierventil die exakte Voreinstellposition an. Diese Position wird an den entsprechenden Regulierventilen eingestellt. Auf diese Weise wird die Anlage mit dem kleinstmöglichen zur Verfügung stehenden Differenzdruck abgeglichen. Dadurch erreicht man für die Pumpe einen möglichst tiefen Sollwert.

Die gesamte Durchflussmenge für das hydraulische Modul wird mit dem so genannten Partnerventil eingestellt (Bild 9). Sieht man nun am Ende der Einregulierung, dass der Druckverlust im letzten Partnerventil über 3 kPa liegt (z.B. 40 kPa), so zieht man von diesem Wert den Mindestdruckverlust von 3 kPa für das Partnerventil ab. Man kann nun die Förderhöhe der Pumpe um 40 - 3 = 37 kPa verringern. Durch diese Methode wird der Arbeitspunkt für die drehzahlgeregelte Pumpe exakt ermittelt. Keine andere Einregulierungsmethode am Markt kann ähnlich exakte Werte liefern, wobei für die Messung nur ein Mann und ein Messgerät erforderlich sind.

Fazit

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass dem hydraulischen Abgleich des Verteilersystems von größeren Heizungsanlagen eine erhebliche Bedeutung zukommt. Eine Einregulierung mit den gebräuchlichen Abgleichmethoden, im Besonderen mit der im CBI^II-Messcomputer integrierten TA-Balance-Methode, kann bei Vorhandensein der erforderlichen Partnerventile kostengünstig und mit sehr gutem Ergebnis vorgenommen werden.

*) Heinz Eckard Beele, Leiter Marketing bei Theodor Heimeier Metallwerk GmbH & Co.KG, Erwitte

B i l d e r :   Theodor Heimeier Metallwerke GmbH & Co. KG, Erwitte

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