Systembetrachtung

Infoserie: Hydraulischer Abgleich – Denken im System

• Teil 4: Das voreinstellbare Thermostatventil

… sieht zuerst einmal so aus …

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und kann leicht ohne Werkzeug auf den errechneten Einstellwert voreingestellt und (optional) gesichert werden !

Aber wie ermittele ich den die Voreinstellung am Ventil ?
Wenn das so einfach wäre, dann würden Millionen von Thermostatventile mit Voreinstellung auch (richtig) eingestellt sein. Aber ist es denn wirklich so schwierig, den Voreinstellwert zu ermitteln ?

Der Weg zur Voreinstellung: Der zu ermittelnde Voreinstellwert ist nicht anderes als eine Kennzahl für den berechneten Kv-Wert eines Ventils, immer bezogen auf einen gewünschten Auslegungszustand. Über die Formel

lässt sich dieser Voreinstellwert ermitteln. Nun gilt es die beiden „Unbekannten“, der Massenstrom durch den Heizkörper und den Differenzdruck am Ventil zu berechnen.

• Der Massenstrom: Hier gibt es zwei Möglichleiten

• Eine einfache Methode: Über die vorhandene Heizfläche (bekannt: Typ, Höhe, Breite, Tiefe) und die bekannte Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauftemperatur kann die der Massenstrom über Tabellen, einen Datenschieber oder ein einfach zu bedienendes Programm (DanBasic) schnell ermittelt werden. Wichtig ist hierbei, dass die Wärmeleistung des Heizkörpers etwa dem Wärmebedarf des Raumes entspricht. Warum ?

Annahme: Alte Anlagen wurden früher einheitlich mit einer Spreizung 90/70 geplant, die Heizkörper mit Sicherheitszuschlag (oder nach Fensternische) überdimensioniert. Nach dem Tausch von alten Kesseln in NT Kessel oder der Nachrüstung von außentemperaturgesteuerten Mischern, dem Einbau von Fenstern mit Wärmeschutzverglasung und teilweise verbessertem Wärmeschutz laufen/liefen diese Ablagen problemlos mit Vorlauftemperaturen von 70°C. D.h. das Angebot = die Wärmeabgabe durch den Heizkörper und Nachfrage = Wärmebedarf des Raumes sind in etwas identisch. Statt der sich rechnerisch einstellenden Rücklauftemperatur von 57 °C kann man diese Anlagen überschlägig mit 70/55 rechnen. Prüfen Sie dies über die eingestellte Heizkurve und, wenn möglich, die gemessen Systemtemperaturen.

Fazit: keine perfekte Methode, aber die 80% + X Lösung, um schnell zu brauchbaren Ergebnissen zu kommen

• Eine aufwendigere Methode: Für eine exakte Ermittlung des notwendigen Massen- stromes am Heizkörper muss die notwendige Wärmebedarf eines Raumes rechnerisch ermittelt und über den (die) vorhandenen Heizkörper das neue Temperaturniveau festgelegt werden. Dieser Ansatz, der im Projekt „Optimus“ einen weiteren,  sehr positiven Ansatz zur Anlagenoptimierung aufzeigt, erfordert allerdings einen höheren Zeitaufwand und wirft die Frage auf, ob eine überschlägige Berechnung der Heizlast (Anstelle der Berechnung nach DIN 12831) aufgrund der angenommen (oder gemessenen) bauphysikalische Kenndaten zu besseren Ergebnissen führt ?

Womit wir beim Thema Heizflächen wären ...-> siehe Teil 5 der „Systembetrachtung“: Sind die Heizflächen groß genug ?

• Der Differenzdruck über dem Ventil

Aufgrund der geschätzten R-Werte und den unterschiedlichen Rohrlängen zu den Ventilen kann hier nur mit einer Annahme gearbeitet werden, die aber zu durchaus guten Ergebnissen führt.

50 mbar Differenzdruck über dem ThVentil bei Altanlagen
30 mbar Differenzdruck über dem ThVentil bei Anlagen mit kleinen Massenströmen (Brennwertkessel mit großer Spreizung = reduzierter Massenstrom und Gebäuden mit stark verbessertem Wärmeschutz = reduzierter Massenstrom) und einer einheitlichen Heizkörperauslegung (gleichmäßige Überdimensionierungsfaktoren der Heizflächen).

Wichtig: Diese Annahmen basieren immer auf Anlagen oder Anlagenabschnitte mit einem definierten Referenzpunkt (Pumpe oder einstellbarer Differenzdruckregler!). Es ist immer für den hydraulisch ungünstigst gelegenen Heizkörper eine Ventilautorität von  a =  0,3 - 0,5 anzustreben.

Beispiel Altanlage:
Pumpenförderhöhe 1,0 m (100 mbar)  = dp Ventil 50 mbar.

Beispiel Anlage mit stark verbessertem Wärmeschutz oder Brennwertgeräte (große Spreizung, kleine Massenströme):
Sollwert am Differenzdruckregler 0,1 bar (100mbar) = dp Ventil 30 mbar

Tipp 1: Bei Brennwertgeräten mit integrierte Pumpen (i.d.R. mit zu großer Förderhöhen: 3m +/- X) immer einen einstellbaren Differenzdruckregler vorsehen.
Problem 1: Geräusche an den Ventilen. Problem 2: Der Auslegungsproportionalbereich xp wird sehr klein. Die Ventile arbeiten nahe am Schließpunkt. Dies hat eine schlechtere Regelfunktion zur Folge.

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Tipp 2: Bei kleinen Volumenströmen immer Ventile mit Feinstvoreinstellung (Danfoss RA-UN, kleine Kv-Werte) wählen.

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Tipp 3: Generell sehr kleine Voreinstellwerte vermeiden. Was nützt der beste hydraulische Abgleich wenn in der Praxis, gerade bei der Sanierung, Ärger durch Verschmutzung kleinster Querschnitte vorprogrammiert ist.

Tipp 4: Viele alte Thermostatventile ohne Voreinstellung können einfach und schnell umgerüstet werden. Es muss nur der Einsatz getauscht werden und Sie sind „hydraulisch“ auf dem neuesten Stand!

   
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Fazit: Für die Berechnung der Voreinstellung ist neben dem bekannten Massenstrom und der angestrebten Ventilautorität immer ein eindeutiger Bezugspunkt notwendig (siehe auch Abgleichstrategie Schritt 1). Danach lässt sich mit den geeigneten Werkzeugen (Datenschieber, Armaturenauslegung) über dem gewünschten Differenzdruck am Thermostatventile die Voreinstellung ermitteln.