Systembetrachtung

Infoserie: Hydraulischer Abgleich – Denken im System

• Teil 8: Der Differenzdruckregler

… ist die Lösung für konstanten Differenzdruck !

Bild 01

Die Frage: Mit welchen Produkt kann man in jedem Lastfall klar definierte Druckverhältnisse garantieren?

Zur Wahl stehen folgende Produkte:

• Manuelle Strangregulierventile
• automatische (Strang)Differenzdruckregler
• oder elektronisch geregelte Pumpen mit konstantem oder variablen Differenzdruckniveau.

Die folgende Grafik zeigt klar, warum manuelle Strangregler für den hydraulischen Abgleich nicht oder nur schlecht geeignet sind.

Bild 02

Im Volllastfall (im übrigen der Lastfall, der bei jeder Berechnung mittels Software angenommen wird).wird ein bestimmter Differenzdruck über dem Ventil (rotes Feld) und dem Rohrnetz (blaues Feld) abgebaut.

Der überschüssige Differenzdruck, z.B. bei Pumpen mit großen Förderhöhen (in Brennwertgeräten mit integrierten Pumpen), bei nahe an der Heizungspumpe liegenden Strängen oder weit verzweigten Heizungsnetzen wird an den Strangventilen (grünes Feld) „vernichtet“.

Die meiste Heizarbeit wird aber im Teillastbereich verrichtet, sprich die Heizungsanlage arbeitet fast ausschließlich im Teillastfall (Außentemperatur 0 … 5°C), in der oft nur 50 bis 60% der projektierten Wassermengen fließen. Die wichtigsten Ursachen hierfür sind überhöhte Vorlauftemperaturen durch eine gewünschte „Schnellaufheizung“, überdimensionierte Heizkörper (nach „Nischengröße“) und die Fremdwärmenutzung bei entsprechende Fensterflächenanteilen.
Und da sieht es mit den Druckverhältnissen ganz anders aus.

Mit dem reduzierten Massenstrom sinkt der Druckverlust im Rohrnetz merklich, ein Druckverlust über dem manuellen Strangregulierventil ist fast nicht mehr vorhanden. Der gesamte (überschüssige) Druck muss nun vom Thermostatventil abgebaut werden mit der Folge, dass das Thermostatventil permanent am Schließpunkt arbeitet und das Regelverhalten dadurch stark beeinträchtigt wird. Verstärkt wird dieser (negative) Zustand noch durch Pumpen mit steilen Kennlinien in Altanlagen. Was nutzt es da, Regulierventile in einem zeitintensiven Verfahren mittels Messcomputer einzudrosseln, wenn manuelle Strangregulierventile im Teillastfall sowieso kaum eine Wirkung zeigen ?

Fazit: Manuelle Strangregulierventile verlieren bei Teillast ihre Wirkung.  

Ganz anders die Funktion eines automatischen Differenzdruckreglers. Unabhängig von Betriebszustand der Anlage bleibt der gewünschte Differenzdruck in jedem Lastfall über dem Thermostatventil konstant (rotes Feld).

Bild 03

Dies geschieht  unabhängig davon, ob ein oder alle Ventile geöffnet oder geschlossen sind. Dieser (Proportional)-Regler ohne Hilfsenergie hält also den erforderlichen Differenzdruck (Sollwert) im Strang, der Anlage oder des Anlagenabschnittes auf dem gewünschten Wert.
Der Druckverlust über den Thermostatventilen bleibt konstant (rotes Feld). Der Differenzdruckregler „vernichtet“ überschüssigen Druck (grünes Feld)

Somit kann, aus regelungstechnischer Sicht, das Thermostatventil seiner eigentlichen Aufgaben (primär die Fremdwärmenutzung) optimal nachkommen.

Welche Vorteile ergeben sich nun daraus?

• Es entfällt das sehr zeitaufwändige Einregulieren einer Anlage bei manuellen Strangarmaturen (im Vollastfall). Meines Erachtens ist es sowieso nahezu unmöglich, einen hydraulischen Abgleich im Gebäudebestand bzw. bewohnten Gebäuden durchzuführen. In der zur Verfügung stehenden Zeit  wird sich kaum ein praktikables Ergebnis erzielen lassen.
• Geräuschprobleme werden von vornherein ausgeschlossen. Geräusche hängen neben Schwingungsverhalten des Heizkörpers, der Schallübertragung des Rohrnetzes und dem subjektiven Empfinden des Nutzers entscheidend von Differenzdruck über dem Thermostatventile ab.
• Die geplante bzw. gewünschte Ventilautorität (0,3 ... 0,5) wird über den gesamten Lastbereich eingehalten. Dadurch wird eine gute Regelcharkteristik der Ventile erreicht, d.h. der geplante Auslegungsproportionalbereich (xp= 2 K oder 1K) wird in der Praxis auch eingehalten.

Fazit: Nur der Einsatz von automatischen Strangregulierventilen garantiert in Zweirohranlagen einen energiesparenden und komfortablen Betrieb. Vermieden wird der (zeitaufwändige) manuelle Abgleich und die Geräuschbelästigungen, garantiert eine gute Ventilautorität.

Aber auch welchen Sollwert wird nun ein Differenzdruckregler eingestellt ?
Klare Aussage: So niedrig wie möglich ! Für eine Altanlage reichen 100 mbar in der Regel aus. Bei Niedrigenergiehäusern/Anlagen mit großen Spreizungen (kleinen Wassermengen)  sollten 50 mbar ausreichen.

Quick Tipp:
Den Sollwert des einstellbaren Differenzdruckreglers für ein Ein-/Mehrfamilienhaus auf 100 mbar einstellen.

Aber reichen den diese 100 mbar aus, um alle Heizkörper mit der erforderlichen Wassermenge zu versorgen?

Ein Beispiel: Vorgabe Ventilautorität: 0,5, entspricht 50 mbar über dem Ventil

• max. Heizkörperleistung : 1650 W bei xp= 1 K ! (2200 W bei xp=2K) (bei 70/55/20,Ventil RA-N 15 mit Fühler RA 2000

Für das Rohrnetz stehen noch 50 mbar zur Verfügung. Bei der Annahme von 1,5 mbar/m Druckverlust im Rohr (Vor- und Rücklauf) können somit noch Heizkörper in fast 35 m Entfernung ausreichend versorgt werden.

Sollwert Differenzdruckregler für ein Niedrigenergiehaus oder Anlagen mit großen Spreizungen = kleinen Massenströmen: 50 mbar

Ein Beispiel: Vorgabe Ventilautorität: 0,3, entspricht 15 mbar über dem Ventil

• max. Heizkörperleistung : 1300 W bei xp= 1 K ! ((bei 70/55/20,Ventil RA-N 15 mit Fühler RA 2000

Für das Rohrnetz stehen noch 35 mbar zur Verfügung. Bei der Annahme von 1,0 mbar/m* Druckverlust im Rohr (Vor- und Rücklauf) können somit noch Heizkörper in fast
35 m Entfernung ausreichend versorgt werden
(* altes Rohrnetz zu groß dimensioniert oder Neuanlage mit geringen Druckverlusten)

Fazit: Einstellbare Differenzdruckregler bieten die optimale Lösung für jeden Lastfall. Ein Sollwert von 100 mbar garantiert den geräuschfreien Betrieb der Anlage. Dieser Wert kann bei unzähligen Anlagen als Basiswert für den hydraulischen Abgleich angenommen werden.
Sind zusätzliche Verbraucher vorhanden (z.B. Wärmemengenzähler),
so müssen diese bei der Planung berücksichtigt werden.

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