Die hydraulische Balance finden

Anforderungen für Heiz- und Kühlsysteme kennen und umsetzen.

Eine Frau macht Yoga auf einer Matte.
Quelle: Tono Balaguer / https://pixabay.com/

Systeme zum Heizen und Kühlen sollen möglichst effizient arbeiten. Das gelingt in größeren und großen Anlagen dann, wenn die Volumenströme mit einer hydraulischen Weiche ausbalanciert werden. Welche Faktoren dabei eine Rolle spielen, wird im Folgenden erläutert.

Hydraulische Weichen kommen immer dann zum Einsatz, wenn die benötigten Wasservolumina im Primärkreis und in den Sekundärkreisen voneinander abweichen können. Dies ist häufig bei größeren und großen Heizungs- und Kühlanlagen der Fall, etwa in Mehrfamilienhäusern, Bürogebäuden sowie gewerblichen und industriellen Anlagen. In solchen Systemen sind die benötigten Volumenströme auf der Erzeuger- und der Verbraucherseite (Primär- und Sekundärkreis) unterschiedlich groß.

Ohne eine hydraulische Trennung ist es nur äußerst schwer möglich, einen effizienten Betrieb zu erreichen. So würden die Pumpen nicht im optimalen Bereich laufen, was die Betriebskosten erhöht. Zudem würde das System anfälliger für Störungen (Stichwort: Kavitation) und die Lebensdauer geringer. Als weiterer Nachteil ist zu nennen, dass die Temperaturregelung im Verbraucherkreis schwieriger würde. Das liegt unter anderem daran, dass es eine häufige Änderung der Druckverluste gibt, etwa durch Öffnen und Schließen von Heizkörperventilen.

Eine hydraulische Weiche wird senkrecht zwischen dem Primär- und Sekundärkreis platziert und entkoppelt diese beiden Systembereiche. Dabei wird jeweils der Vor- und Rücklauf an die Weiche angebunden. Es besteht im Prinzip gleichzeitig eine Trennung und eine Verbindung mithilfe des Bauteils. Hier wird sich zunutze gemacht, dass durch die unterschiedlichen Temperaturen im Innern eine Schichtung entsteht: Durch die oberen Anschlüsse fließt das wärmere Vorlaufwasser, durch die unteren das kältere Rücklaufwasser.

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Quelle: Spirotech bv, Helmond/Düsseldorf
Der Blick in die Praxis: "SpiroCross All-in-one", DN 100, als hydraulische Weiche installiert.

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Quelle: Spirotech bv, Helmond/Düsseldorf
Die neue Gerätegeneration steht in den Größen DN 50 bis 300 zur Verfügung und besitzt unter anderem einen drehbaren Ablasshahn. Außerdem sind keine langen Beruhigungsstrecken erforderlich, was vor allem bei beengten Platzverhältnissen im Bestand vorteilhaft ist.

Das optimale Gesamtsystem sieht so aus, dass die Volumenströme des Vor- und Rücklaufs praktisch gleich sind. Dieser Zustand tritt nur dann auf, wenn Angebot und Nachfrage identisch sind. Im realen Betrieb stellt dies jedoch eher die Ausnahme als die Regel dar. Stattdessen variieren Angebot und Nachfrage permanent. Unter Umständen moduliert der Wärmeerzeuger in unterschiedlichen Lastbereichen, während sich die Wärmeabnahme ebenfalls ständig verändern kann. Daher lassen sich neben den ausgeglichenen Volumenströmen zwei Betriebszustände unterscheiden, bei denen eine Mischung von Vor- und Rücklaufwasser erfolgt:

1. Ist die Abnahme größer als das Angebot, gelangt ein Teil des Rücklaufwassers in den Vorlauf. Die Vorlauftemperatur sinkt, ein moderner modulierender Wärmeerzeuger regelt nach und erhöht die Leistung.

2. Ist die Abnahme geringer als das Angebot, fließt Vorlaufwasser in den Rücklauf. Die Rücklauftemperatur steigt und ein modulierender Wärmeerzeuger verringert seine Leistung, um seinen hohen Wirkungsgrad beizubehalten. Moderne Wärmeerzeuger haben zudem sehr geringe Wasserinhalte, die schnell ihre Solltemperatur erreichen. Ohne den Einsatz einer hydraulischen Weiche fangen die Geräte häufig an zu takten.

Mit beiden Varianten soll demnach die festgelegte Vorlauftemperatur erreicht und möglichst konstant gehalten werden. Dazu werden die Volumenströme der Heizkreispumpen so geregelt, dass sie sich in der hydraulischen Weiche so wenig wie möglich mischen. Je schneller das geschieht, umso eher ist ein guter Betriebszustand erreicht. Verbrauch und Kosten bleiben auf dem gewünscht niedrigen Niveau.

Die Schwankungen in der Anlage wirken sich auf das Systemwasser innerhalb der hydraulischen Weiche aus. Im Korpus entstehen deutlich mehr Turbulenzen, was zu einer starken Vermischung von Vor- und Rücklauf führen kann. Diese Strömungen lassen sich mit verschiedenen Methoden nachweisen, etwa durch Wärmebildaufnahmen. Solche Turbulenzen und Vermischungen sind jedoch nicht erwünscht, denn sie wirken sich negativ auf die Effizienz aus. Ausgleichen ließe sich der Zustand durch eine Verringerung der Fließgeschwindigkeit, was aber nur in geringem Maße möglich ist. Auch diverse Einbauten im Körper einer hydraulischen Weiche, beispielsweise sogenannte Schichtungs- oder Prallbleche, helfen hier nur bedingt.

Weiterführende Informationen: https://www.spirotech.de/

Montag, 30.11.2020

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