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Hydraulischer Abgleich - Denken im System HYDRAULISCHER ABGLEICH
 
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Systembetrachtung

Infoserie: Hydraulischer Abgleich – Denken im System

Teil 8: Der automatische Differenzdruckregler (mit Vergleich zum manuellen Strangregulierventil) 

... ist die Lösung für einen konstanten Differenzdruck in jedem Lastbereich in volumenvariablen Anlagen !

ASV-PV (4te Generation) - hier die wesentlichen Eigenschaften

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

  • Mit einem manuellen Strangregulierventil
  • Mit einem automatischen (Strang)Differenzdruckregler
  • Oder mit einer elektronisch geregelten Pumpe (Einstellung konstant oder variabel) ?
Das manuelle Strangregulierventil: Immer wieder geplant, eingebaut, aber in einer Zweirohranlage in seiner Wirkung bei weitem überschätzt.

Die folgende Grafik zeigt klar, warum manuelle Strangregulierventile für den hydraulischen Abgleich von volumenvariablen Anlagen (2-Rohranlagen) nicht oder nur schlecht geeignet sind.


Im Volllastfall (rechte Begrenzungslinie, im übrigen der Lastfall, der bei jeder Berechnung mittels Software angenommen wird, aber so gut wie nie vorkommt ) wird ein bestimmter Differenzdruck über dem Ventil (rotes Feld) und dem Rohrnetz (blaues Feld) abgebaut.
Der überschüssige Differenzdruck, z.B. durch Pumpen mit großen Förderhöhen in Brennwertgeräten mit integrierten Pumpen, bei nahe an der Heizungsumwälzpumpe liegenden Strängen oder weit verzweigten Netzen, wird an den Strangventilen (grünes Feld) "vernichtet".
Die meiste Heizarbeit wird aber im Teillastbereich verrichtet; sprich die Heizungsanlage arbeitet ausschließlich im Teillastfall (Außentemperatur 0 ... 5°C), in der oft nur 50 bis 60% der rechnerisch ermittelten Wassermengen fließen. Die wichtigsten Ursachen hierfür sind überhöhte Vorlauftemperaturen durch eine gewünschte "Schnellaufheizung" (Stichwort Anlagendynamik), überdimensionierte Heizkörper (mit unterschiedlichen Überdimensionierungsfaktoren, Planung nach "Nischengröße"), die Fremdwärmenutzung (durch Thermostatventile) bei entsprechenden Fensterflächenanteilen und hohen inneren Lasten in gut isolierten Gebäuden und - natürlich - der Bewohner mit seinem individuellen Nutzungsprofil.

Welche Auswirkungen hat dies auf das (geplante) Rohrnetz ?

Mit dem reduzierten Massenstrom sinkt der Druckverlust im Rohrnetz merklich (1/2 Volumenstrom = 1/4 Druckverlust). Daraus folgt, dass der Druckverlust über dem manuellen Strangregulierventil stark abfällt oder im Schwachlastfall so gut wie nicht mehr vorhanden ist. Der gesamte (überschüssige) Druck muss nun vom Thermostatventil abgebaut werden mit der Folge, dass das Thermostatventil sehr oft am Schließpunkt arbeitet und das Regelverhalten dadurch stark beeinträchtigt wird. Verstärkt wird dies noch durch Pumpen mit steilen Kennlinien in Altanlagen - gemildert durch flache Kennlinien oder eine dp-Konstantregelung. Was nutzt es da, manuelle Regelventile in einem zeitintensiven Verfahren (Beharrungszustand vorausgesetzt) mit Hilfe eines Messcomputers einzudrosseln, wenn manuelle Strangregulierventile im Teillastfall sowieso kaum eine Wirkung haben ?

Fazit: Manuelle Strangregulierventile verlieren in volumenvariablen Anlagen gegen "Null-Last" komplett ihre Wirkung!

Ganz anders die Funktion eines automatischen Differenzdruckreglers.

file/ASV_PV%20Schnittmodell.png

Unabhängig vom Betriebszustand der Anlage bleibt der gewünschte Differenzdruck (Sollwert) in jedem Lastfall über dem Thermostatventil (fast) konstant (rotes Feld). Es herrscht ein Kräftegleichgewicht zwischen dem Druck auf die Membran im Vorlauf und dem Druck im Rücklauf inkl. der Federkraft je nach Einstellwert.

Dies geschieht unabhängig davon, ob ein, mehrere oder alle Thermostatventile geöffnet oder geschlossen sind. Dieser (Proportional)-Regler ohne Hilfsenergie hält also den erforderlichen und berechneten Differenzdruck (Sollwert) im Strang, in der Anlage oder in einem Anlagenabschnitt (Zone) nahezu konstant auf dem gewünschten Sollwert. 
Der Differenzdruckregler "vernichtet" überschüssigen Druck (grünes Feld). Gerade im Teillastfall ist dies von entscheidener Bedeutung.

Somit kann, aus regelungstechnischer Sicht, das Thermostatventil am Heizkörper seiner eigentlichen Aufgabe (primär Fremdwärmenutzung, gerade in gut isolierten und dichten Gebäuden) optimal nachkommen!

Welche Vorteile ergeben sich nun daraus ?
  • Es entfällt das immer noch praktizierte zeitaufwendige Einregulieren einer Anlage bei manuellen Strangarmaturen im Volllastfall durch ein "Einmessen". Im Gebäudebestand ist dies aus Zeitgründen sowieso kaum umsetzbar, da der notwendige Beharrungszustand so gut wie nie erreicht wird.
  • Geräuschprobleme werden von vornherein durch einen begrenzten Differenzdruck im Teillastfall nahezu ausgeschlossen. Geräusche hängen neben dem Schwingungsverhalten des Heizkörpers, der Schallübertragung des Rohrnetzes und dem subjektiven Empfinden des Nutzers entscheidend vom Differenzdruck über dem Thermostatventil ab.
  • Die geplante bzw. gewünschte Ventilautorität am ThV (0,3 ... 0,5) wird nahezu über den kompletten Lastbereich eingehalten. Dadurch wird eine gute Regelcharakteristik der Thermostatventile erreicht. Das bedeutet u.a., dass der geplante Auslegungsproportionalbereich (xp= 2K oder 1K) in der Praxis auch eingehalten wird.
Fazit: Nur der Einsatz von automatischen Strangregulierventilen (Differenzdruckreglern) garantiert in Zweirohranlagen einen geräuschfreien = komfortablen Betrieb und höchste Regelgüte für ein Optimum an Energieeinsparung. Der Planungsaufwand (die Auslegung) ist geringer als bei manuellen Strangregulierventilen und Nachregulierungen im Betrieb so gut wie nie notwendig.

Noch eine Bemerkung zur Förderung über die KfW: Als Strangarmaturen werden nur noch Differenzdruckregler gefördert!

Mein Praxistipp:
Auf welchen Sollwert wird der Differenzdruckregler denn nun eingestellt ? Natürlich auf den berechneten Wert. Gut gesagt, wenn es sich um eine Altanlage mit vielen unbekannten Parametern handelt. Also: So niedrig wie möglich! Für eine Altanlage reichen 100 mbar in der Regel vollkommen aus (und bitte NICHT 100 mbar am Thermostatventil. Dies ist so gut wie immer viel zu viel). Bei Niedrigenergiehäusern und/oder Anlagen mit großen Spreizungen (Brennwert) kann der notwendige Differenzdruck im Strang sogar bis auf 50 mbar reduziert werden. Alles kein Problem - aber bitte immer spezifisch überprüfen - keine Regel ohne Ausnahme.

These 1: Den Sollwert
des einstellbaren Differenzdruckreglers für ein Ein-/Mehrfamilienhaus (Bestandsgebäude) auf einen "Startwert" von 100 mbar einstellen. Das ist nicht perfekt, funktioniert aber (ohne große Berechnung) sehr gut. Warum ? Das erkläre ich Ihnen an einem kleinen Rechenbeispiel.

Vorgabe Ventilautorität: 0,5, entspricht 50 mbar über dem Ventil.
Daraus ergibt sich eine
  • max. Leistung von 1650 Watt (94,6 kg/h, dt=15K) bei xp=1K bei einem Temperaturtriple von 70/55/20 und einem Ventil RA-N 15 mit Fühler RA 2000. 
Sie sehen, dass dies auch für einen Altbau mit hoher Raumheizlast eine recht hohe Heizkörperleistung ist. Für das Rohrnetz stehen demnach noch 50 mbar zur Verfügung. Bei einer praxisnahen Annahme von 1,5 mbar für den Druckverlust im Rohr (Vor- und Rücklauf) kann somit noch eine Entfernung von max. 35m bis zum am weitesten entfernten Heizkörper überwunden werden.

These 2: Den Sollwert des einstellbaren Differenzdruckreglers für ein Niedrigenergiehaus und/oder Anlagen mit großen Spreizungen (Brennwerttechnik, Fernwärme = relativ kleine Massenströme) auf einen Wert von 50 mbar einstellen. Wir rechnen wieder ein wenig:

Vorgabe: Ventilautorität: 0,3, entspricht 15 mbar über dem Ventil.
Daraus ergibt sich eine
  • max. Leistung von 1400 Watt (47,8 kg/h, dt=25K) bei xp=1K bei einem Temperaturtriple von 65/40/20 und einem Ventil RA-N 15 mit Fühler RA 2000.
Für das Rohrnetz stehen immer noch 35 mbar zur Verfügung (50 Sollwert minus 15 dp Ventil). Bei der Annahme eines Druckverlustes im Rohr von 1mbar/m (wegen größerer Spreizung und /oder geringerer Heizlast = kleinerer Massenstrom, Vor- und Rücklauf) kann somit auch ein Heizkörper in einer Entfernung von 35 m ausreichend versorgt werden.

Fazit: Einstellbare Differenzdruckregler zur "Zonierung" von Bestandsanlagen sind die ideale Lösung für den Voll- und den noch viel wichtigeren Teillastfall. Ein Sollwert von 100 mbar (oder weniger) garantiert einen geräuschfreien Betrieb der Heizungsanlage und eine gute Regelgüte der Thermostatventile (Ventilautorität). Dieser Wert kann bei so gut wie jeder Anlage als Basiswert für den hydraulischen Abgleich angenommen werden. Sind zusätzliche Verbraucher vorhanden (z.B. Wärmemengenzähler), so müssen diese bei der Planung berücksichtigt werden.

Sonderfall: Bitte beachten Sie beim Einsatz von Wärmepumpen (kleinere Spreizungenen=größere Volumenströme) einen höheren Differenzdruckbedarf (größerer Sollwert) der Anlage oder des Anlagenabschnitts. Da sich der Differenzdruckregler einstellen lässt, ist dies aber in der Regel auch kein Problem. Bitte rechnen !!!



 
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