Volumenstrom-Abgleich von RLT-Anlagen leicht gemacht

Siegfried Walter*, Hans-Erwin Kolibabka**

Der Volumenstrom-Abgleich einer raumlufttechnischen Anlage ist eine wichtige, aber auch zeitaufwendige Aufgabe. Werden die Abgleicharbeiten mit einfachen Drosselklappen durchgeführt, kann dies oft sehr lange dauern, weil sich aufgrund der Rückwirkungen über das Luftleitungsnetz alle Einstellungen gegenseitig beeinflussen. Mit mechanisch-selbsttätigen Volumenstrom-Reglern anstelle von Drosselklappen entfällt die Einregulierung der Volumenströme völlig. Diese Volumenstrom-Regler stellen sich selbsttätig auf die vorausberechneten und eingestellten Werte ein und gleichen dadurch auch automatisch Druckänderungen in den Luftleitungen aus.

Bild 1: Ein heute typischer runder Volumenstromregler.

Mechanisch-selbsttätige Volumenstromregler

Diese Volumenstromregler werden bereits seit den sechziger Jahren eingesetzt und ständig weiterentwickelt (Bild 1). Sie wurden für die Volumenstromregelung von Räumen und Zonen in Misch- und Entspannergeräte eingebaut. Mitte der Siebziger Jahre kamen die mechanisch selbsttätigen Rundregler auf den Markt. Der Grundgedanke hierbei war, die aufwendigen Einregulierungsarbeiten an den Luftdurchlässen einzusparen und die Hand-Drosselklappen durch Automatikklappen zu ersetzen. Es begann ein erfolgreicher Siegeszug dieser Produkte, der bis heute anhält. Eine ständig steigende Nachfrage führte zu technischen Verbesserungen und zur Entwicklung der rechteckigen Konstruktionsvariante (Bild 2).

Bild 2: Rechteckiger Volumenstromregler.

Heute sind mechanisch-selbsttätige Volumenstromregler aus modernen Anlagen nicht mehr wegzudenken. Auch in Anlagen mit variablen Volumenströmen (sog. VVS-Anlagen) werden einige Räume konstant geregelt. Für variable Volumenströme können mechanische Regler ebenfalls eingesetzt werden. Sie werden dann mit einem Stellantrieb ausgerüstet, der die Federvorspannung und somit den Sollwert verändert.

Bild 3: Funktionsskizze eines runden Volumenstromreglers. Beschreibung der Wirkungsweise siehe im Text unter "Funktionsbeschreibung".

Funktionsbeschreibung

Die Regler bestehen aus einem runden oder rechteckigen Kanalstück, einer sehr leichtgängig gelagerten Regelklappe mit Regelbalg und der außenliegenden Feder- und Einstellmechanik (Bild 3). Wenn keine Luft strömt, wird die Regelklappe von einer Blattfeder in Offenstellung gehalten. Durch ein Abstützblech ist die Klappe in der Offenstellung bereits leicht geneigt. Bei strömender Luft entsteht an der Regelklappe ein Schließmoment, das mit zunehmender Anströmgeschwindigkeit wächst. Ein unter der Klappe angebrachter Balg aus Kunststofffolie verstärkt das Schließmoment, indem sich der Balg durch eine kleine Öffnung an der Oberseite mit Luft füllt. Dem so entstandenen Gesamt-Moment wirkt die außen angebrachte Blattfeder entgegen. Diese Blattfeder rollt über eine Kurvenscheibe ab, wodurch eine Anpassung der Federkraft an das mit erhöhter Anströmgeschwindigkeit steigende Schließmoment erreicht wird. Mit steigender Anströmgeschwindigkeit schließt die Regelklappe immer mehr - und umgekehrt. Durch das Gleichgewicht der Kräfte bleibt der Volumenstrom konstant. Die außen eingestellte Vorspannung der Blattfeder bestimmt den Volumenstrom. Der Balg wirkt gleichzeitig als Schwingungsdämpfer.

Einfache Volumenstrom-Einstellung oder Änderung auf der Baustelle

Je nach Fabrikat werden die Regler im Werk auf einen Referenz-Volumenstrom justiert. Die Genauigkeit der außen am Gerät angebrachten Volumenstromskala beträgt dann ca. ą 4%. Dadurch kann der Monteur leicht den am Einbauort gewünschten Volumenstrom selbst einstellen. Verschiedene Anbieter stellen den vom Kunden gewünschten Volumenstrom auch bereits im Werk ein.

Regler-Justage und Endkontrolle im Werk

Der zeitaufwendigste und gleichzeitig für die Produktqualität wichtigste Teil der Produktion ist die Reglerjustage. Dazu wird jeder Volumenstrom-Regler auf einem lufttechnischen Prüfstand in Funktion genommen. Der Luftstrom fließt durch eine Messstrecke, die mit Messblenden bestückt ist. Aufgabe des Justierers ist es, die Justage der Volumenstromskala und eine komplette Funktionsprüfung über den gesamten Druckbereich durchzuführen.

Diese Prüfstände sind computerunterstützt. Mit Hilfe von Digital-Messinstrumenten werden die Istwerte erfasst und auf dem Bildschirm angezeigt. Eine Software überwacht sämtliche Justagevorgänge und stellt sicher, dass die Ist-Volumenströme innerhalb der Soll-Toleranzen liegen. Dadurch wird jedes Volumenstrom-Regelgerät vor dem Versand einzeln geprüft und protokolliert.

Gerätetypen, Volumenstrom-Bereiche

Runde Volumenstromregler sind für einen Volumenstrombereich zwischen etwa 40 und 3300 m³/h erhältlich, während die eckigen Ausführungen für Volumenströme zwischen 400 und 6000 m³/h ausgelegt sind. Innerhalb dieser Volumenstrombereiche sind die Regler in mehrere Baugrößen unterteilt.

Verschiedene Hersteller können ihre Volumenstromregler zusätzlich mit einer Dämmschale ummanteln, um Abstrahlgeräusche zu reduzieren, und sie zudem mit speziellen Warmwasser- oder Elektro-Lufterhitzern ausrüsten.

Volumenstrom-Toleranzen, Mindest-Druckdifferenzen

Durch Reibungskräfte, Federtoleranzen und Fertigungstoleranzen treten Abweichungen des Volumenstrom-Istwertes auf. Diese sind jedoch relativ gering und für die Praxis unbedeutend. Die zu erwartenden Toleranzen hängen vom eingestellten Volumenstrom und dem Druckbereich der Anlage ab. Bei der Leitungsnetz-Auslegung sind die Mindest-Druckdifferenzen Dp_min zu berücksichtigen. Unter Dp_min versteht man die Druckdifferenz, die vorhanden sein muss, damit der Volumenstrom-Regler gerade beginnt zu arbeiten. Sie wird als Differenz der statischen Drücke vor und nach dem Regler gemessen. Für die praktische Auslegung sind hier noch die abströmseitig folgenden Druckverluste hinzuzurechnen.

Bild 4: Kennliniendiagramm

In Bild 4 sind einige Druck-Volumenstrom-Kennlinien aus Labor-Messungen dargestellt. Dabei wurde für vier verschiedene Volumenströme stufenweise die Ventilator-Drehzahl herauf- und wieder heruntergefahren. Die dabei aufgezeichneten Kennlinien zeigen die Volumenstromabweichungen durch Hysterese. In der Praxis wird der Druck im Luftleitungssystem sicher nicht so stark variieren.

Bild 5: Beispiele zur Lageunabhängigkeit von Volumenstromreglern.

Lageunabhängigkeit, Mindest-An- und Abströmlängen

In der Regel können Volumenstromregler ohne Funktionsbeeinträchtigung in jeder Lage installiert werden. Dies ist ein großer Vorteil bei den oft schwierigen Platzverhältnissen in Zwischendecken. Beim Einbau nach Leitungskrümmern oder anderen ungünstigen Anströmsituationen ist fabrikatsabhängig eine Mindest-Anströmlänge von z.B. 1,5 D einzuhalten (Bild 5). Daneben sind je nach gewähltem Volumenstromregler auch anströmseitige und abströmseitige Mindestabstände einzuhalten.

Resümee

Aufgrund des Preis-Leistungsverhältnisses sind mechanisch selbsttätige Regler im Vergleich zu Drosselklappen klar im Vorteil, da hierdurch die Kosten für die Einregulierung einer RLT-Anlage erheblich reduziert werden können. Auch Änderungen von Volumenströmen lassen sich durch die gut ablesbare Skala schnell und genau durchführen.

* Siegfried Walter, Leiter techn. Abteilung "Volumenstromregler" bei Gebr. Trox GmbH, Neukirchen-Vluyn

**) Hans-Erwin Kolibabka, techn. Abteilung "Volumenstromregler" bei Gebr. Trox GmbH, Neukirchen-Vluyn

B i l d e r : Gebr. Trox GmbH, Neukirchen-Vluyn

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