IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 18/2002, Seite 44 ff.

HEIZUNGSTECHNIK

Hydraulik in der Gebäudetechnik

Teil 2: Dimensionierung von Stellgliedern

Harald R. Zieger, Frankfurt am Main*

Im ersten Teil des Beitrags (siehe IKZ-HAUSTECHNIK 17/2002, Seite 22 ff., ging es um die Wirkungsweise hydraulischer Schaltungen, deren graphische Darstellung sowie die wichtigsten Grundschaltungen für HLK-Anlagen. Teil 2 befasst sich mit den verschiedenen Aspekten der Dimensionierung von Stellgeräten, also von Regelventilen und deren Stellantrieb. Die zweiteilige Serie basiert auf dem computergestützten Lernmodul (Computer Based Training – CBT) "Hydraulik in der Gebäudetechnik" und der gleichnamigen Fachbroschüre von Siemens Building Technologies**.

Das Stellgerät

Das Stellgerät besteht aus Stellglied und Stellantrieb. Es hat die Aufgabe, so in den Volumenstrom zwischen Wärmeerzeuger und Wärmeverbraucher einzugreifen, dass die Wärmeabgabe zwischen 0 und 100 Prozent verändert wird. Jedes Stellglied hat ein Regeltor mit einem mehr oder weniger offenen Strömungsquerschnitt bzw. das Stellglied ist ganz geöffnet oder ganz geschlossen.

Als Stellglieder kommen Hähne (Drehbewegung) oder Ventile (Hubbewegung) zum Einsatz. Bei den Ventilen unterscheidet man zwischen Durchgangsventil und Dreiwegventil (Bild 10).

Bild 10: Schnittbild von Durchgangsventil (links) und Dreiwegventil (rechts). Die Bezeichnung der Ventil-Tore ist von Fabrikat zu Fabrikat unterschiedlich, z.B. auch A, B, AB.

Beim Durchgangsventil wird durch eine Hubänderung der Strömungsquerschnitt verringert oder vergrößert. Daraus resultiert ein mengenvariabler Volumenstrom. Das Dreiwegventil verhält sich dagegen mengenkonstant. Je nach dem, ob das Ventil als Misch- oder Verteilventil eingebaut ist, ergibt sich bei Hubänderungen ein unterschiedliches Resultat. Beim Mischen bleibt der austretende Volumenstrom konstant; er wird aus zwei mengenvariablen Strömen zusammengemischt. Beim Verteilen wird ein mengenkonstanter Eintrittsvolumenstrom in zwei mengenvariable Austrittströme aufgeteilt. (Hinweis: Nicht alle Dreiwegventile sind als Verteilventile geeignet).

Dimensionierung von Stellgliedern

Bild 11: Bei der Dimensionierung des Stellgliedes müssen die Eigenheiten verschiedener hydraulischer Schaltungen berücksichtigt werden.

Bevor Stellgeräte, d.h. Stellglieder und Stellantriebe, dimensioniert und ausgewählt werden können, müssen die wichtigsten Informationen über die Anlage und das Anlagenkonzept zusammengestellt sein (Bild 11). Dazu zählen:

Weiter ist es wichtig zu wissen, ob es sich um alltägliche hydraulische Schaltungen resp. Regelkreise (z.B. Fußbodenheizung) handelt oder um spezielle hydraulische Schaltungen, die besondere Detailinformationen erforderlich machen, wie:

Ebenso ist es unumgänglich, dass die Druckverluste im variablen Rohrnetzteil und von einzelnen Komponenten in der hydraulischen Schaltung, wie beispielsweise von Lufterhitzern, Wärmezählern usw. bekannt sind. Wenn alle diese Informationen vorliegen, kann das Stellglied schnell und sauber abgestimmt auf die jeweiligen Anlagenverhältnisse dimensioniert werden.

Für die Auslegung von Stellgliedern ist es sehr wichtig, Leitungsteile mit variabler Wassermenge korrekt zu identifizieren. Deren Druckverlust, und hier insbesondere die der eingebauten Komponenten, sind ein wichtiger Faktor für die Dimensionierung des Stellgliedes.

Bild 12: Anlagenbeispiel mit Heizgruppen "Altbau" und "Neubau".

Beispiel einer Ventildimensionierung

Für die Dimensionierung einer Heizungsanlage mit den beiden Heizgruppen "Altbau" und "Neubau" liegen folgende Eckdaten vor (Bild 12):

Heizkessel:

Heizgruppe Altbau:

Heizgruppe Neubau:

Die Dimensionierung eines Stellglieds erfolgt in den folgenden Schritten:

Bild 13: Bestimmung des Volumenstroms bei Nennlast mittels Ventilschieber (Stellglied 100% offen).

Diese Schritte werden nachfolgend am Beispiel der Heizgruppe "Altbau" beschrieben. Der Volumenstrom bei Nennlast, d.h. bei voll geöffnetem Regelventil, kann aus der Leistungsformel berechnet oder mit Hilfe eines Ventilschiebers bestimmt werden. Für dieses Beispiel wird der Ventilschieber von Siemens Landis & Staefa verwendet (Bild 13).

1. Schieben Sie die Zeile 2‚ mit dem Wert = 70 kW unter den Wert von DT = 20 K in Zeile 1.

2. Nun können Sie in Zeile 4 den Volumenstrom ablesen: = 3 m3/h oder 50 l/min.

Zur Bestimmung der maßgeblichen Druckverluste im mengenvariablen Teil wird folgende Vorgehensweise empfohlen:

1. Bestimmen Sie in der hydraulischen Schaltung, welche Leitungsteile im Betrieb mit variabler Wassermenge durchflossen werden.

2. Bestimmen Sie den Druckverlust in den Leitungsteilen, die mit variabler Wassermenge betrieben werden. (Für dieses Beispiel nehmen wir einen Druckverlust in mengenvariablen Leitungsteilen von 3 kPa an.)

3. Berücksichtigen Sie Armaturen wie z.B. Wärmezähler (3 m3/h), die in den Leitungsteilen mit variabler Wassermenge eingebaut sind. Für dieses Beispiel ist ein Wärmezähler (3 m3/h) zu berücksichtigen. Aus den Herstellerunterlagen kann der Druckverlust herausgelesen werden: Dp = 65 mbar = 6.5 kPa.

4. Summieren Sie alle Druckverluste der Leitungsteile mit variabler Wassermenge und der darin eingebauten Komponenten. Dp total = 3 kPa + 6.5 kPa = 9.5 kPa (Bild 14).

Bild 14: Leitungsteile mit variabler Wassermenge im Betrieb.

kVS-Wert bestimmen

1. Lesen Sie den kVS-Wert in Zeile 7 bei DpV100 (Zeile 5) = 9.5 kPa ab.

2. Aus dem Ventilschieber bei Volumenstrom 3 m3/h (Zeile 4) und DpV100 von 9.5 kPa (Zeile 5) ergibt sich ein kVS-Wert von 10, und damit ein effektives D pV100 = 9 kPa.

3. Überprüfen Sie kurz die daraus resultierende, effektive Ventilautorität

= 9 kPa/(9 + 9.5) kPa. Resultierende Ventilautorität PVeff = 0.48 (Bild 15).

Bild 15: Bestimmung des kVS-Wertes, basierend auf DpV100 mit Ventilschieber (Ausschnitt).

Auswahl von geeignetem Ventil und Antrieb

Bestimmen Sie nun mögliche Ventile, die einen kVS-Wert von 10 haben. Verschieben Sie dazu Zeile 8 (kVS-Wert), bis der Wert "10" im eingerahmten Feld erscheint. Nun können Sie unterhalb in dieser Spalte die möglichen Ventiltypen ablesen (Bild 16). Bei unserem Beispiel wäre sowohl das Dreiwegventil "VXG 41.25-10" als auch das Dreiwegventil "VXG44.25-10" geeignet. Als Antrieb kann ein Dreipunkt-Antrieb (z.B. SQX 32 oder SQS 35) eingesetzt werden, da keine speziellen Anforderungen bestehen und diese Antriebe ein gutes Preis-/Leistungsverhältnis aufweisen. Entsprechende Ventil-/Antriebs-Kombinationen finden Sie auf dem Ventilschieber oder auch in technischen Unterlagen.

Bild 16: Mögliche Ventile bei kVS-Wert 10 m3/h; Ausschnitt aus Ventilschieber.

* B i l d e r : Landis & Staefa, Frankfurt am Main

* Harald R. Zieger, Leiter Marketing-Communication und Weiterbildung, Landis & Staefa GmbH, Frankfurt am Main

** Die Broschüre und der im Text genannte Ventilschieber sind kostenlos, das CBT zum Preis von 320,–  erhältlich. Interessierte Leser können sich an das jeweilige Regionalbüro der Landis & Staefa GmbH wenden oder direkt an die Landis & Staefa GmbH, Friesstr.20-24, 60388 Frankfurt am Main, E-Mail: info@de.sibt.com

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