IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 13/1999, Seite 48 ff.
HEIZUNGSTECHNIK
Hydraulischer Abgleich von Heizungsanlagen gem. VOB
Auswirkung und Nutzen
Dipl.-Ing. Dieter Stich*
Der hydraulische Abgleich von Heizungsanlagen ist nach VOB/Teil C — DIN 18380 zwingend vorzunehmen. Der Bericht zeigt, mit welcher Art von Ventilen dieser Forderung Rechnung getragen werden kann.
Einführung
Der hydraulische Abgleich von Rohrnetzen einschließlich der Heizkörper ist nicht nur eine physikalische Notwendigkeit, sie wird auch, wie bereits erwähnt, in der VOB/Teil C — DIN 18380 gefordert. Zwei wesentliche Punkte gehen daraus hervor:
Bild 1: Auswirkungen des Volumenstroms auf die Raumtemperatur bei einem Heizkörper.
1. Bei wechselnden Betriebsbedingungen muß eine ausreichende Wassermengenverteilung im Rohrnetz sichergestellt werden.
2. Die zulässigen Geräuschpegel dürfen nicht überschritten werden.
| Bild 2: Voreinstellbares Thermostatventil. |
Mit Hilfe einer genauen Dimensionierung des Rohrnetzes und richtiger Auslegung von voreinstellbaren Thermostatventilen, dem sinnvollen Einsatz von Strangregulierventilen, Durchflußreglern, Differenzdruckreglern und einer geregelten Umwälzpumpe kann eine wirtschaftliche Wassermengenverteilung im System sichergestellt werden. Nur so wird gewährleistet, daß allen Verbrauchern jederzeit die notwendige Energie zur Verfügung steht.
Fehlt die richtige Dimensionierung und der hydraulische Abgleich, treten neben erhöhtem Energieverbrauch unter Umständen zusätzlich folgende Mängel auf:
- Räume erreichen nicht die gewünschte Temperatur,
- Anlagenteile werden erst zeitverzögert erwärmt,
- Raumtemperaturschwankungen im Teillastbereich,
- Geräuschprobleme an den Thermostatventilen.
Bild 3: Die Heizungsanlage in verschiedenen Betriebsphasen. Der Betriebspunkt der Anlage ist immer der Schnittpunkt der Pumpenkennlinie mit der Anlagenkennlinie.
Aufgrund physikalischer Gegebenheiten sucht sich das Wasser die Strömungswege mit den geringsten Widerständen. Daraus ergibt sich ein zu großer Volumenstrom in strömungsgünstigen Anlagenteilen und eine Unterversorgung in ungünstig angeordneten Teilstücken des Systems. Ungünstig gelegene Verbraucher können erst dann ausreichend mit Heizenergie versorgt werden, wenn in den günstigen Anlagenteilen die Thermostate am Heizkörper den Volumenstrom drosseln, weil die Raumtemperatur dort schon erreicht ist.
Um dies zu korrigieren müßte z.B. die Heizungsanlage nach der Absenkzeit früher in Betrieb gesetzt werden, damit in allen Räumen rechtzeitig die gewünschte Temperatur erreicht wird. Oder man müßte den Volumenstrom in der Anlage erhöhen. Dadurch steigen aber die Widerstände stark an, die nur mit einer größeren Pumpe überwunden werden können. Also ein zusätzlicher, unnötiger Energieverbrauch.
| Bild 4: Strangregulierventil |
Ein Heizkörper kann seine Wärmeleistung nur erbringen, wenn er den richtigen Volumenstrom erhält. Ein zu geringer Volumenstrom führt zu einer verminderten Heizleistung. Bekommt der Heizkörper jedoch zu große Wassermengen, führt dies nicht zu einem proportionalen Anstieg der Heizleistung, sondern nur zu einer geringfügig größeren Wärmeabgabe. Bild 1 verdeutlicht die Abhängigkeit von Wärmeleistung und Volumenstrom. Die Überversorgung einzelner Heizkörper führt zur Reduzierung der Temperaturspreizung im System. Strömungstechnisch ungünstig angeschlossenen Verbrauchern fehlt dann das Heizwasser.
Einsatz voreinstellbarer Thermostatventile
Damit jeder Heizkörper mit der berechneten Wassermenge versorgt werden kann, sind voreinstellbare Thermostatventile erforderlich (Bild 2). Selbst wenn die Differenzdrücke in einem System weitgehend gleich sind, müssen die Thermostatventile voreingestellt werden, um die Wassermengen der Heizkörperleistung anzupassen.
| Bild 5: Durchflußregler |
Geringe Volumenstromdifferenzen sind kaum ausschlaggebend für größere Wärmeleistungsänderungen und daher hinsichtlich der Wärmeabgabe durchaus zu tolerieren. Trotzdem kommt es darauf an, den Volumenstrom so genau wie möglich einzustellen, damit auch ungünstig gelegene Heizkörper sicher versorgt werden.
Je nach Fabrikat und Typ lassen sich am Thermostatventil über Rasterstufen mehrere Volumenstrombereiche einstellen. Werden sehr kleine Volumenströme benötigt, z.B. in einem Niedrigenergiehaus, so besteht die Möglichkeit, Thermostatventile mit stufenloser Voreinstellung einzubauen. Nur wenn jeder Heizkörper auf seinen maximal notwendigen Volumenstrom begrenzt wird, kommt die Heizungsanlage mit dem errechneten Gesamtvolumenstrom aus. Dann steht jedem Heizkörper zu jeder Zeit ausreichend Wasser zur Verfügung, und die Volumenströme des gesamten Systems werden auf das erforderliche Minimum begrenzt.
Steigt der Heizkörpervolumenstrom stark an, fällt die Temperaturspreizung über den Heizkörper und somit in der gesamten Anlage. Gleichzeitig steigt die Rücklauftemperatur an. Anlagen, die mit möglichst niedrigen Rücklauftemperaturen arbeiten wie z.B. bei Brennwertkesseln, können die zusätzliche Energieausbeute aus dem Abgas nicht im vollen Umfang nutzen, wenn die Rücklauftemperatur über dem Taupunkt der Abgase liegt.
| Bild 6: |
Betriebsphasen der Heizungsanlage
Bei einer Zweirohr-Heizungsanlage mit ständig variierenden Volumenströmen treten unterschiedliche Betriebsphasen ein (Bild 3). Im Vollastbereich (Auslegungsvolumenstrom), befindet sich die Anlage im hydraulischen Gleichgewicht. Der benötigte Differenzdruck stimmt mit dem tatsächlichen Differenzdruck überein.
Tritt der Überlastfall ein, so nimmt der Volumenstrom des Stranges entsprechend zu. Die Folge ist eine Unterversorgung nachfolgender Stränge. Dieser Zustand kann immer dann eintreten, wenn die Thermostatventile ganz öffnen, z.B. während der morgendlichen Aufheizphase.
Im Teillastbereich (geringerer Volumenstrom) ist zu erkennen, daß der Differenzdruck deutlich ansteigt, der dann durch die Thermostatventile abgebaut werden muß. Hierdurch können Geräuschprobleme entstehen. Während der Heizperiode arbeitet die Anlage überwiegend im Teillastbetrieb.
Bild 7: Druckverluste in einem Rohrnetz.
Regelungsmöglichkeiten mit Strangregulierventil und Durchflußregler
Bei Installation eines Strangregulierventils, wie es in Bild 4 dargestellt ist, kann bei der richtigen Voreinstellung der Volumenstrom nur noch unwesentlich über den Auslegungsvolumenstrom ansteigen. Eine korrekte Versorgung aller Anlagenteile ist sichergestellt. Kann ein Voreinstellwert nicht berechnet werden, so besteht die Möglichkeit, über die Differenzdruckmessung an der Armatur den richtigen Einstellwert zu finden. Die Dimensionierung ist mitentscheidend für die Funktionsweise der Armatur.
Die Begrenzung des maximalen Volumenstroms der einzelnen Stränge kann ebenfalls mit einem Durchflußregler realisiert werden (Bild 5). Hierbei ist eine Einregulierung nicht erforderlich. Diese Armatur wird lediglich auf den Nennwert-Volumenstrom eingestellt, kann dann blockiert und plombiert werden. Sie regelt sich selbständig ein, indem sie den Druckverlust erfaßt, über die Membran vergleicht und die Stellung des Ventilkegels dem Druckgefälle der Armatur anpaßt. Die dazu erforderliche Regelenergie nimmt die Armatur aus dem Volumenstrom.
Bild 8: Abgleicharmaturen im Schema.
Einsatz der Differenzdruckregler
Um eine Zweirohr-Heizungsanlage in allen Betriebsbereichen sicher vor Geräuschen zu schützen, muß der Differenzdruck über den Thermostatventilen unter der Geräuschkurve liegen. Ein Standard-Thermostatventil kann bis zu einem Druckverlust von maximal 150 mbar geräuscharm arbeiten. Dieser Wert sollte auch als maximaler Differenzdruck über einen Strang angesehen werden. Kann die ausgewählte Umwälzpumpe während irgendeiner Betriebsphase einen höheren Differenzdruck an die Thermostatventile bringen, so muß dezentral jeder Strang mit einem Differenzdruckregler ausgerüstet werden (Bild 6). Er wird in den Rücklauf eingebaut, da er durch seine Hohlspindel den Rücklaufdruck auf die untere Membrankammer leitet. Die obere Membrankammer wird durch die Kapillarleitung mit dem Vorlauf verbunden. Die Membran kann so den Druck von Vorlauf und Rücklauf vergleichen und über die Einstellung die jeweils richtige Ventilstellung vornehmen. Dadurch wird bei jedem Volumenstrom der Differenzdruck im Strang nahezu konstant gehalten. Der überschüssige Differenzdruck wird über den Differenzdruckregler abgebaut.
Aus Bild 7 geht hervor, daß die Umwälzpumpe den Differenzdruck Dpges aufbringen muß, um alle Verbraucher ausreichend versorgen zu können. Daraus ergibt sich zwangsläufig ein zu hoher Differenzdruck an günstig angebundenen Strängen. Arbeitet die Anlage im Teillastbereich, steigen die Differenzdrücke, die strangweise abgedrosselt werden müssen, noch weiter an. Der Differenzdruckregler drosselt diese zusätzlichen Differenzdrücke ebenfalls ab.
Tabelle 1
Ventil | Einsatzgebiet |
voreinstellbare Thermostatventile oder einstellbare Rücklaufverschraubungen | VOB/Teil C — DIN 18 380, Abs. 3.2.8 |
Strangregulierventile oder Durchflußregler | VOB/Teil C — DIN 18 380, Abs. 3.1.1
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Differenzdruckregler | VOB/Teil C — DIN 18 380, Abs. 3.1.1
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Fazit
Nur über einen korrekt durchgeführten hydraulischen Abgleich ist eine kostengünstige und energiesparende Arbeitsweise der Heizungsanlage gewährleistet. So kann mit minimalen Heizwassermengen die Anlage ausreichend versorgt werden. Über eine gleichmäßige Wärmeabgabe der Heizkörper und die geräuscharme Arbeitsweise von Ventilen und Reglern ist der Wohnkomfort sichergestellt.
Die ideale Armaturenkombination besteht aus voreinstellbaren Thermostatventilen am Heizkörper, dezentral angeordneten Differenzdruckreglern im Strang und einer geregelten Umwälzpumpe. Tabelle 1 zeigt die Einsatzbereiche der einzelnen Armaturen.
B i l d e r : F.W. Oventrop GmbH & Co. KG, Olsberg
*) Dipl.-Ing. Dieter Stich, Referent bei F.W. Oventrop GmbH & Co. KG, Olsberg
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