Hydraulischer Abgleich

einfach und effizient mit dynamischen Regelventilen

Das Ziel ist klar: Weltweit soll und kann der Energieverbrauch im Gebäudesektor drastisch reduziert werden. Ein Großteil des Energieverbrauchs in Gebäuden entfällt dabei auf Heizung, Warmwasser und Klimatisierung. In Heiz- und Kühlsystemen beeinflussen gleich mehrere Komponenten gewollt und ungewollt die geforderten Durchflüsse im System. Daher ist der hydraulische Abgleich die grundlegende Voraussetzung zur energieeffizienten und bedarfsabhängigen Wärme- und Kälteversorgung. Die Aufgabe und der Sinn des hydraulischen Abgleichs werden jedoch oft verkannt – ganz zu schweigen von der Notwendigkeit der Vertragserfüllung.

Foto: Die richtige Energiemenge zur richtigen Zeit am richtigen Ort – so simpel es klingt, so schwierig gestaltet sich dies.
Quelle: Mael BALLAND/Unsplash
Die richtige Energiemenge zur richtigen Zeit am richtigen Ort – so simpel es klingt, so schwierig gestaltet sich diese zentrale Aufgabe in der Gebäudetechnik.

Auch wenn die Leistung des hydraulischen Abgleichs nicht explizit im Vertrag vereinbart ist, muss er durchgeführt werden. Laut Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB Teil C) – DIN 18380, Absatz 3.1.1 heißt es: „... Umwälzpumpen, Armaturen und Rohrleitungen sind durch Berechnung so aufeinander abzustimmen, dass auch bei den zu erwartenden Betriebsbedingungen eine ausreichende Wassermengenverteilung sichergestellt ist. … Ist z. B. bei Schwachlastbetrieb ein übermäßiger Differenzdruck zu erwarten, so sind differenzdruckregelnde Einrichtungen vorzusehen. …“. Der Begriff „hydraulischer Abgleich“ wird zwar nicht erwähnt, trotz allem deutet der Hinweis zur Berechnung sowie der Einsatz von differenzdruckregelnden Einrichtungen darauf hin.

Das VDMA-Einheitsblatt 24199 aus dem Jahr 2005 (Regelungstechnische Anforderung an die Hydraulik bei Planung und Ausführung von Heizungs-, Kälte-, Trinkwarmwasser- und Raumlufttechnischen Anlagen) erwähnt schon im Vorwort die Notwendigkeit des hydraulischen Abgleichs mit Verweis auf verschiedene Normen und Verordnungen. Seit über 15 Jahren wird auf den hydraulischen Abgleich hingewiesen und das Thema dokumentiert. Aber leider sprechen wir immer noch von über 80 Prozent der Anlagen, die nicht bzw. nicht optimal hydraulisch abgeglichen sind und damit zu viel Energie benötigen sowie die jährlichen CO2-Emissionen erhöhen. Bei der Betrachtung der Methoden, um diese Leistung zu erfüllen, kommt immer wieder eine ineffiziente und veraltete Herangehensweise zum Vorschein.

Bisherige Praxis: Auslegung bei Nennlast

Bisher war es gängige Praxis, vom sogenannten Auslegungszustand/der Nennlast einer Anlage auszugehen, um den hydraulischen Abgleich durchzuführen. Für diesen Zustand werden entsprechende statische Armaturen zur Drosselung des Volumenstroms im Auslegungszustand berechnet, ausgewählt und eingestellt. Diese Vorgänge erfordern viel Zeit bei der Berechnung der Ventile und Strangarmaturen und eine aufwändige Inbetriebnahme. Geht es darum, sich dieser Aufgabe in einer Bestandsanlage zu widmen, ist es undenkbar, alle notwendigen Informationen zu bekommen. Dies macht einen nachträglichen hydraulischen Abgleich fast unmöglich. Gleichzeitig stellt sich auch die Frage: Wie oft werden Anlagen bei Nennlast betrieben? In der Praxis wohl eher selten.

Kommt es bedarfsbedingt zur Volumenstromänderung, verlieren die statischen Armaturen zum hydraulischen Abgleich ihre Wirkung. Damit befindet sich das System wieder in einem undefinierten Zustand, der mit dem hydraulischen Abgleich eigentlich vermieden werden sollte. Es kommt zu Unter- und Überversorgung von Anlagenteilen und benachbarte Verbraucherkreise beeinflussen sich durch Lastwechsel gegenseitig. Eine präzise Temperaturregelung ist so nicht mehr möglich und der Energieverbrauch ist unnötig hoch.

Diese Eigenschaft wird aufgrund der quadratischen Abhängigkeit von Druckverlust zum Volumenstrom noch verstärkt. Durch eine Volumenstromreduzierung von beispielsweise 100 auf 50 Prozent nimmt der Druckverlust im System um den Faktor 4 ab (Bild 2). Bei Pumpenkennlinien mit konstanter Förderhöhe werden die Anlagenteile dementsprechend überversorgt. Die statischen Regelventile müssen dagegen arbeiten und den überschüssigen Druck abbauen. Dies kann störende Strömungsgeräusche und ein schlechtes Regelverhalten zur Folge haben. Hier sprechen wir von einem „statischen hydraulischen Abgleich“, der nicht auf die Dynamik hydraulischer Anlagen reagieren kann.

Abbildung: In einer Heizungsanlage besteht eine quadratische Abhängigkeit zwischen Druckverlust und Volumenstrom.
Quelle: Sauter
In einer Heizungsanlage besteht eine quadratische Abhängigkeit zwischen Druckverlust und Volumenstrom. So nimmt bei einer Volumenstromreduzierung von 100 auf 50 Prozent der Druckverlust im System um den Faktor 4 ab.

Sinnvolle Vorgehensweise: Teillastfall

Wichtiger wäre es, den hydraulischen Abgleich für den Teillastfall – also auf den häufigsten Betriebszustand – durchzuführen. Dies klingt auf den ersten Blick unlösbar, da sich die Betriebszustände ständig ändern und damit die Druckverhältnisse stark variieren. Eine Maßnahme, um positiv auf die Regelbarkeit in Teillastfällen einzuwirken, ist der Einsatz von Differenzdruckreglern. Allerdings sind die Kosten für Differenzdruckregler und die notwendige Pumpenenergie bei einer Vielzahl von Zonen häufig unwirtschaftlich.

Freitag, 27.08.2021

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