Klein, leicht und effizient

Zwar macht eine nach VDMA 24770 ausgelegte hydraulische Weiche einen bestimmungsgemäßen Betrieb möglich, doch vor allem bei Kälteanlagen führen die ausladenden Dimensionen der Behälter häufig zu räumlichen und statischen Problemen. Werden infolgedessen Änderungen an den Behältern vorgenommen, wie eine Verringerung der Bauhöhe oder des Durchmessers, führt dies zu einer ungewollten Durchmischung der Vor- und Rücklaufströme. Statt einem stehenden Rohr als hydraulische Weiche werden im System Wiebracht der DMS Metall- und Schweisstechnik GmbH zwei liegende Behälter verwendet, die über- oder nebeneinander angeordnet werden können. Primär- und Sekundärkreis verlaufen jeweils durch einen der Behälter, die durch ein Ausgleichsrohr verbunden sind. Dadurch ist die Kälteweiche deutlich niedriger in der Bauhöhe – bei geringerem Betriebsgewicht.

Bei einer Kälteleistung von beispielsweise 1400 kW und einem Volumenstrom von 200 m3/h muss in eine Kälteanlage mit vier Kaltwassersätzen und vier Verbrauchern nach VDMA-Einheitsblatt 24770 eine Weiche mit einem Durchmesser von 900 mm und einer Gesamthöhe von 5300 mm eingebaut werden. Damit übersteigt die Weiche jede Standardraumhöhe bei Weitem. Hinzu kommt, dass diese Einrohrweiche ein Betriebsgewicht von etwa 4 t erreicht, das punktuell auf dem Boden lastet, was auch an die Statik des Betriebsraums besondere Anforderungen stellt. Über die zwei Sammler und zwei Verteiler, die an die Weiche angeflanscht oder separat aufgestellt werden, strömen jeweils 200 m³/h (entsprechend 3,3 m³/min) in die Einrohrweiche ein und erzeugen dort starke Turbulenzen. Eine Vermischung der Primär- und Sekundärvolumenströme lässt sich nicht ausschließen, da bei dem insgesamt niedrigen Temperaturniveau von beispielsweise 6 °C Vorlauf sowie 11 bis 12 °C Rücklauf und den daraus resultierenden geringen Temperaturdifferenzen der Kreisläufe von sechs oder weniger Grad die Dichten annähernd gleich sind, was eine Schichtung innerhalb der Weiche verhindert. In der Folge stoßen Architekten und Planer häufig an ihre Grenzen, wenn es um die Auswahl einer geeigneten Kälteweiche geht.

Geringe erforderliche Raumhöhe durch liegende Behälter
Die Idee zu der neuartigen Weiche kam Dipl.-Ing. Herbert Wiebracht, unabhängiger Planer für kältetechnische Anlagen, bei einem Projekt in Hamburg. Dort musste eine verlässliche Weiche bei gleichzeitig geringer Raumhöhe eingebaut werden. „Solche Situationen treten immer wieder auf“, weiß Dietrich Schöps, Produktmanager bei der DMS-Metall- und Schweisstechnik GmbH. Eine Weiche nach VDMA 24770 kam nicht infrage. Um das Problem zu lösen, konstruierte Wiebracht gemeinsam mit DMS das nach ihm benannte System: Statt aus einem einzigen stehenden, großvolumigen Rohr besteht das System aus zwei liegenden Behältern. „Die Volumenströme werden auf diese Weise in den Vor- und Rücklaufvolumenstrom aufgeteilt und durch separate Behälter geführt. Diese sind nur durch eine Ausgleichsleitung miteinander verbunden, damit die Hydraulik im System wirksam werden kann“, so Schöps weiter. „Der hydraulische Nullpunkt der Anlage liegt in der Ausgleichsleitung, die Volumenströme sind weitgehend voneinander getrennt.“ Mit dieser Bauweise reduziere sich die Gesamthöhe um mehr als die Hälfte.
Geht man von den oben genannten Voraussetzungen aus, sind pro Behälter Durchmesser von lediglich 800 mm notwendig, wodurch sich eine Gesamthöhe von 2250 mm inklusive Aufbauten ergibt. Da die Behälter deutlich kleiner sind als bei stehenden Einrohrweichen und in der Folge weniger Wasser beinhalten, wird das Betriebsgewicht ebenfalls erheblich reduziert. Je nach dem Platzbedarf oder der Statik des Betriebsraums ist es möglich, die Behälter über- oder nebeneinander anzuordnen.

Keine Durchmischung trotz ähnlicher spezifischer Dichten
Bei stehenden Rohrweichen kommt es immer wieder zu Durchmischungen aufgrund der annähernd identischen Dichten: Mit 6 °C hat der Primärkreislauf eine Dichte von 999,94 kg/m³, der Sekundärstrom eine Dichte von 999,50 kg/m³ bei 12 °C. Eine Trennschicht kann sich also kaum ausbilden. Die Kreisläufe im System Wiebracht sind voneinander getrennt. Durch die Konstruktion ist eine Schichtung in diesem Fall gegeben. Ist der Primärvolumenstrom, wie bei jeder hydraulischen Weiche grundsätzlich erforderlich, gleich oder größer als der Sekundärvolumenstrom, kann das Rücklaufwasser aus dem Verteilerkreis nicht in den Vorlaufstrom gelangen. Außerdem entfällt die Notwendigkeit von Sammlern und Verteilern. Die einzelnen Kreisläufe werden direkt über Anschlüsse in den Böden der Vorlauf- und Rücklaufbehälter geführt.
Da der Volumenstrom in der Kältetechnik gegenüber der Heizungstechnik bei gleicher Leistung aufgrund der unterschiedlichen Temperaturdifferenzen in der Regel um den Faktor 3,3 größer ist, kommt es zu vergleichsweise starken Turbulenzen innerhalb der Behälter. „In der Kältetechnik wird im Verhältnis zur Leistung sehr viel mehr Wasser umgewälzt als in der Heizungstechnik“, bestätigt Schöps. Die Turbulenzen führen im System Wiebracht dank der separaten Vorlauf- und Rücklaufbehälter nicht zu Durchmischungen. „Große und turbulente Volumenströme in den übereinander liegenden Vor- und Rücklaufbehältern beeinflussen den Wirkungsgrad der Gesamtanlage nicht, im Gegensatz zu den herkömmlichen stehenden Einbehälter-Weichen, die laminar betrieben werden müssen“, führt Schöps aus. In der Summe würden durch das System nicht nur Platz und Kosten eingespart werden, es werde auch ein sicherer bestimmungsgemäßer Betrieb erreicht.

Individuell anpassbar
Die hydraulische Weiche wird stets an die durch die Kälteanlage und die Verbraucher gegebenen Anforderungen angepasst. Der Behälterdurchmesser kann beispielsweise zwischen 300 und 1500 mm betragen, auch die Länge ist variabel. Abhängig davon, wie viele Kreisläufe eingebunden werden sollen, sind eine unterschiedliche Anzahl Anschlüsse mit verschiedenen Nennweiten an einem Behälter möglich. „Sowohl an den Vor- als auch an den Rücklaufbehälter kann eine entsprechende Anzahl an Kaltwassersätzen beziehungsweise Verbrauchern angeschlossen werden“, bemerkt Schöps. Wenn gewünscht oder erforderlich, kann bei übereinander angeordnetem Aufbau der untere Behälter größer ausgeführt werden, um gleichzeitig als Puffer zu dienen. Außerdem verfügen die Behälter über einen Entschlammungsanschluss am tiefsten Punkt, wo sich Rostpartikel oder Eisenschlamm absetzen und entfernt werden können. In der Regel besteht die Weiche aus Stahl, S235JR beziehungsweise P265GH. Auf Wunsch sind auch Ausführungen in Edelstahl möglich.

www.dms-metall.de

Zum Unternehmen
Die DMS Metall- und Schweisstechnik GmbH wurde 1974 von Dirk Mühlena und Dietrich Schöps in Hamburg gegründet. Ursprünglich lag der Fokus auf der Entwicklung und Fertigung von Fern- und Nahwärmesystemen und von Trinkwasser-Erwärmungsanlagen in objektbezogener, spezieller Ausführung. Inzwischen fokussiert sich das Unternehmen auf die Anlagenfertigung und hat mit der Entwicklung von Komponenten für Heiz- bzw. Kühlanlagen eine neue Richtung eingeschlagen. Das Produktangebot von DMS Metall- und Schweisstechnik umfasst nun auch hydraulische Weichen, Verteiler und Sammler, Energie-Pufferspeicher und vieles mehr.
Am Hauptsitz in Oststeinbeck und am Fertigungsstandort in Wismar beschäftigt das Unternehmen 25 Mitarbeiter.