Hydraulischer Abgleich 4.0

Volumenströme in Heizungsanlagen dynamisch verteilen

Den hydraulischen Abgleich von Heizungsanlagen fordern viele Gesetzes- und Regelwerke und fördern zahlreiche Programme finanziell. Die Erkenntnis, wie wichtig diese oft vernachlässigte Maßnahme für die Energieeffizienz von Heizungsanlagen ist, hat sich also durchgesetzt. Aber die typische Einregulierung über feste hydraulische Widerstände ist noch nicht der Weisheit letzter Schluss.

Ein solcher Abgleich ist auf den seltenen Volllastbetrieb ausgelegt und führt im überwiegenden Teillastbetrieb oft zu unnötigen Druckverlusten. Hohe Kosten für Pumpenenergie sind unter anderem die Folge. Mit moderner Regelungstechnik ist nun allerdings eine neue Qualität des hydraulischen Abgleichs möglich: Er funktioniert automatisch und passt sich dynamisch jedem Betriebszustand an.

Die Rohre einer Fußbodenheizung in einem Raum.
Quelle: Viega
Unterschiedliche Heizkreislängen in Fußbodenheizungen bedingen unterschiedliche Druckverluste. Derzeitiger Standard ist, den hydraulischen Abgleich über feste Widerstandswerte an den Ventileinsätzen herzustellen. Damit sind jedoch Energie- und Komfortverluste verbunden.

Die enorme Verschwendung von Brennstoff durch hydraulisch nicht abgeglichene Heizungsanlagen sowie der unnütze Stromverbrauch durch ungeregelte Umwälzpumpen sind durch viele Erhebungen belegt. Wenn Heizungsbauer sich mit diesem Thema auseinandersetzen, ist das also keine theoretische Betrachtung der letzten Nachkommastelle möglicher Energieeinsparungen. Hydraulisch abgeglichene Wärmeverteilungen und Wärmeübergaben entlasten tatsächlich den Geldbeutel und die Umwelt.

Doch der konventionelle hydraulische Abgleich greift eigentlich noch zu kurz. Schließlich sind die statischen Voreinstellungen von hydraulischen Widerständen, die eine gleichmäßige Verteilung des Volumenstroms im Verteilsystem erzwingen, für den Volllastbetrieb ausgelegt – also für wenige Wintertage im Jahr mit maximalen Minusgraden, die in den wenigsten Heizperioden real erreicht werden.

Durch die Installation und exakte Voreinstellung von Strangregulierventilen, Differenzdruckreglern und Thermostatventilen ist zwar auch im Teillastbetrieb die gewünschte Verteilung der Volumenströme zu erreichen. Aber bei variierender Wärmeabnahme in den Räumen verändern sich die Druckverluste im System ständig. Hierauf kann ein statischer hydraulischer Abgleich nur ungenügend reagieren.

Selbst bei elektronisch geregelten Pumpen kommt es zu unnützen Leistungsanforderungen. Denn die festen hydraulischen Widerstände geben unabhängig von der Durchflussmenge einen Mindestdruck vor. Im Zusammenspiel von durchdachter Netzplanung mit moderner Regelungstechnik lässt sich das jedoch optimieren und dynamisieren, wie am Beispiel von Fußbodenheizungen deutlich wird.

Wärmeverteilung: jeder Widerstand ein Verlust

Die Wärmeverteilung schon bei der Planung auf möglichst geringe Druckverluste hin auszulegen, spart im Laufe des Lebenszyklus einer Anlage enorme Pumpenenergie. Gerade unter diesem Aspekt ist es sinnvoll, auch Differenzdruckregler "sparsam" einzusetzen. Denn jeder Differenzdruckregler erhöht den Druckverlust um 100 bis 150 mbar. Dieser Druck muss konstruktionsbedingt anliegen, damit die Regelfunktion gegeben ist.

Die Wahl strömungsoptimierter Armaturen und Verbinder sowie optimierte Rohrleitungsdimensionen verringern die Druckverluste ebenfalls. In der Summe lässt sich dadurch oft sogar die Pumpengröße reduzieren.

Wärmeübergabe: statische Widerstände kosten Energie

Der hydraulische Abgleich der Wärmeübergabe ist ebenfalls statisch auf den maximalen Wärmebedarf ausgelegt, kann also auf geringere Durchflussmengen und damit sinkende Druckverluste nicht vollständig reagieren.

Der damit einhergehende unnötige Bedarf an Pumpenförderleistung durch hydraulische Festwiderstände wird am Beispiel einer Fußbodenheizung deutlich: Die Druckverluste der einzelnen Heizkreise weichen aufgrund sehr unterschiedlicher Rohrlängen oft stark voneinander ab. Hinzu kommen in der Regel variierende Bodenbeläge, die die tatsächliche Wärmeabgabe beeinflussen.

Der typische hydraulische Abgleich an einem Heizkreisverteiler sieht so aus: Für jeden Heizkreis wird der Volumenstrom bei maximalem Wärmebedarf ermittelt. Zu berücksichtigen ist dabei der spezifische Wärmewiderstand des jeweiligen Bodenbelags, der Druckverlust der Heizrohre sowie die Temperaturdifferenz von Vor- und Rücklauftemperatur als Pauschalwert. Zu dem Druckverlust der einzelnen Heizkreislängen ist der Widerstand des Ventils im geöffneten Zustand zu addieren.

Sind der Gesamtvolumenstrom aus der Addition der einzelnen Heizkreise sowie deren jeweilige spezifische Druckverluste bekannt, kann der hydraulische Abgleich berechnet werden. Damit es zu einer gleichmäßigen Verteilung der Volumenströme kommt, muss jeder Heizkreis den gleichen Widerstand aufweisen. Heizkreise mit kleineren Rohrlängen und damit geringeren Druckverlusten sind über den "künstlichen" Widerstand des Ventileinsatzes auf den gleichen Druckverlust zu bringen, wie der Heizkreis mit der größten Rohrlänge.

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

Dienstag, 03.10.2017

Von Peter Buchner
Produktmanager für Flächenheiz- und -kühlsysteme, Viega GmbH & Co. KG