Hydraulik in HKLS Anlagen

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Hydraulik in HKLS Anlagen
Vorwort
Mit dem Einsatz der Pumpenwarmwasserheizung traten in
Gebäuden neben dem Nutzen der Komfortsteigerung und
dem Gewinn an Behaglichkeit auch Probleme auf, die im
Zusammenhang mit immer größeren Heizungsanlagen für die
Versorgung der Gebäude standen.
Das Problem war, dass es in Wohnungen, die sich weiter
weg von der Heizzentrale befanden, zu kalt war, während es
in den Wohnungen, die näher bei der Heizzentrale lagen, oft
viel zu warm war. Offensichtlich suchte das Wasser in den
Rohrleitungen immer den Weg des geringsten Widerstandes,
was dazu führt, dass der Durchfl uss an Heizwasser in der
Nähe von Pumpen bei gleicher Rohrnennweite weit aus größer
ist, als die Menge, die weiter entfernte Leitungen durchströmt.
Die Frage die sich nunmehr stellte war, ob sich die Durchfl
ussmenge bei künstlich eingebauten Widerständen, wenn
diese in Pumpennähe größer und bei weiterer Entfernung
kleiner sind, so ändern könnte, dass in jeder Entfernung von
der Pumpe eine gleiche Menge an Heizmedium für gleich
große Verbraucher vorhanden wäre.
Die Idee für hydraulische Einregulierungen und die Art diese
umzusetzen war geboren.
Während der Energiekrise in den 70er- Jahren erkannte man,
dass mit Einregulierungsventilen zusätzlich auch Energie
gespart werden kann, da nämlich durch eine hydraulische
Einregulierung die durchschnittlichen Temperaturen in
Gebäuden herabgesetzt werden können, obwohl es im
gleichen Zug zu einer Komfortsteigerung im beheizten
Gebäude kommt.
Das primäre Ziel einer Einregulierung, sei es im Heizungsoder Kältebereich, liegt darin, die Durchfl ussmengen an allen
Wärmeverbrauchern bei Nennbedingungen zur Verfügung zu
stellen. Weiters soll sich der Differenzdruck über alle Kreise
kaum ändern und die Durchfl ussmengen an den Schnittstellen
der Systeme kompatibel bleiben.
Die hydraulische Einbindung des Verbraucher- und
Fernwärmesystems ist in einer sehr variantenreichen
Zahl von Schaltungen möglich. Die Wahl der richtigen
Möglichkeit dieser Einbindung hängt von vielen Faktoren ab.
Zu diesen zählen unter anderem die Nutzung der jeweiligen
Anlage, sowie die Energiequelle, die für die Wärmeversorgung
notwendig ist und zur Verfügung steht. Es werden in der
vorliegenden Schrift die wichtigsten Grundschaltungen erklärt
und die Berechnung dieser Grundschaltungen beispielhaft
dargestellt.
Anlagen mit automatischer Regulierung und Drosselschaltung, Differenzdruckregler, Umlenkschaltung,
Einspritzschaltung mit Durchgangsventil, Doppelter Beimischschaltung. (v.l.n.r.)
2
Inhaltsverzeichnis
Hydraulics in HKLS-Anlagen.............................................................................................................................................. 1
Vorwort ............................................................................................................................................................................ 3
Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................................................................. 4
Einleitung .......................................................................................................................................................................... 5
Bezeichnungskonvention .................................................................................................................................................. 5
Hydraulische Grundschaltung ........................................................................................................................................... 6
Übersicht über die Schaltungen ........................................................................................................................................ 6
Schnellauswahltabelle ...................................................................................................................................................... 7
Hydraulische Schaltungen für differenzdruckbehaftete Anschlüsse in Heizungsanlagen..................................................... 8
Drosselschaltungen ..................................................................................................................................................... 8
Dimensionierungsbeispiel........................................................................................................................................ 9
Umlenkschaltung (Verteilschaltung) ............................................................................................................................ 10
Dimensionierungsbeispiel...................................................................................................................................... 11
Einspritzschaltung mit Durchgangsventil .................................................................................................................... 12
Dimensionierungsbeispiel...................................................................................................................................... 13
Einspritzschaltung mit Dreiwegeventil......................................................................................................................... 14
Dimensionierungsbeispiel...................................................................................................................................... 14
Hydraulische Schaltungen für differenzdruckfreie Anschlüsse in Heizungsanlagen...........................................................
Beimischschaltung.....................................................................................................................................................
Dimensionierungsbeispiel......................................................................................................................................
Doppelte Beimischschaltung......................................................................................................................................
Dimensionierungsbeispiel .....................................................................................................................................
16
16
17
17
18
Literatur- & Abbildungsverzeichnis................................................................................................................................. 20
Anlagen mit statischer Regulierung und Strangregulierventil, Umlenkschaltung, Einspritzschaltung mit Durchgangsventil,
Doppelter Beimischschaltung.
3
Einleitung
Die wichtigste Voraussetzung für eine funktionierende Anlage
ist das vorhanden sein einer richtigen Hydraulik im System.
Ohne diese Tatsache sind später auftretende Probleme bereits
in der Planungsphase vorprogrammiert.
Es werden die wichtigsten Grundschaltungen erklärt sowie die
Vor- und Nachteile dargestellt. Grundsätzlich werden im
Rohrnetz drei Bereiche unterschieden – Erzeuger, Verteilung
und Verbraucher.
Bei der Auswahl der hydraulischen Schaltungen ist daher
besonderes Augenmerk auf die Funktion der einzelnen
Schaltung, aber auch auf das Zusammenspiel mit den
anderen, im System vorhandenen Schaltungen und deren
gegenseitige Beeinfl ussung zu legen.
Steht im Verteilnetz zwischen Vor- und Rücklauf ein
Differenzdruck an, so kommen differenzdruckbehaftete
Anschlüsse zum Einsatz. Bei hydraulisch entkoppelten
Verteilern, durch einen Puffer oder eine hydraulische Weiche,
steht kein Differenzdruck an, es handelt sich um einen
drucklosen Verteiler.
Die hydraulische Einbindung des Verbraucher und
Fernwärmesystems ist in einer sehr variantenreichen Zahl von
Schaltungen möglich. Die Wahl der richtigen Möglichkeit dieser
Einbindung hängt von vielen Faktoren ab. Zu diesen zählen
unter anderem die Nutzung der jeweiligen Anlage, sowie die
Energiequelle, die für die Wärmeversorgung notwendig ist.
Hier werden differenzdruckfreie Anschlüsse verwendet. Das
Einsatzgebiet für drucklose Verteiler fi ndet sich vor allem
in kleineren Heizungsanlagen. Zu beachten ist, dass jeder
Verbraucher über eine eigene Pumpe verfügen muss.
Bezeichnungskonventionen
Für sämtliche Schemata und Berechnungsbeispiele gelten
folgende Bezeichnungskonventionen:
∆pL
Druckverlust über den Verbraucher kPa]
∆pVDruckverlust über das Regelventil [kPa]
∆pSRVDruckverlust über das Strangregulierventil [kPa]
∆pabDruckverlust über das Absperrventil [kPa]
∆pSchmu Druckverlust über den Schmutzfänger [kPa]
qpMassenstrom im Fernwärmekreislauf [l/h]
qsMassenstrom im Verbraucherkreislauf [l/h]
t v
Vorlauftemperatur im Verbraucherkreislauf [°C]
tR
Rücklauftemperatur [°C]
tP
Vorlauftemperatur im Fernwärmekreislauf[°C]
∆HDifferenzdruck am Verteiler [kPa]
∆pmvDifferenzdruck in der mengenvariablen
Strecke [kPa]
(Bei mehreren Einbauteilen der selben Art fi ndet eine
Indizierung statt)
Grundsätzliches zur Berechnung:
Für die Berechnung der hydraulischen Schaltungen werden
nur die Einbauteile (Regel- und Regulierventile) herangezogen,
da die Verluste in den Rohrleitungen (auf Grund der geringen
Leitungslängen) im Gegensatz zu den Einbauteilen praktisch
vernachlässigbar sind.
Die Ventilautorität per Definition:
a=
4
∆pV
∆pmv + ∆pV
Hydraulische Grundschaltungen
Übersicht über die Schaltungen
Fernwärmekreis
Druckbehafteter Verteiler
Schaltung
Besonderheit
Rücklaufanhebung
Massestrom
Rücklaufanhebung
Massestrom
Drosselschaltung
Nein
Variabel
Konstant
Variabel
Beeinflussung anderer
Verbraucher
Umlenkschaltung
Ja
Konstant
Variabel
Variabel
Keine Beeinflussung
anderer
Verbraucher
Konstant
Kombination
Fußbodenheizung
/ Radiatoren
möglich
Konstant
Immer
Fernwärmetemperatur
am Ventil, gute
Regelfähigkeit
Variabel
Immer
Fernwärmetemperatur
am Ventil, gute
Regelfähigkeit
Konstant
Kombination
Fußbodenheizung
/ Radiatoren
möglich
Einspritzschaltung
mit Durchgangsventil
Einspritzschaltung
mit Dreiwegeventil
Druckloser Verteiler
Verbraucherkreis
Beimischschaltung
einfach
Beimischschaltung
doppelt
Nein
Ja
Nein
Nein
Variabel
Konstant
Variabel
Konstant
Konstant
Variabel
Variabel
Variabel
Tabelle 1: Übersicht der Schaltungen
5
Schnellauswahltabelle
Schaltung
Druckbehafteter Verteiler
Drosselschaltung
Anwendungsfall
Umlenkschaltung
Einspritzschaltung
Druckloser Verteiler
Einspritzschaltung
Durchgangsventil Durchgangsventil
Beimischschaltung
Beimischschaltung
Einfach
doppelt
Fernwärme
Brennwertgeräte
Heizkörpersysteme
Fußbodenheizung
Kombination
Fußbodenheizung
/ Radiatoren
Luftheizregister
Kühlregister
Zonenregelung
Abbildung 1: Schnellauswahl
Heizungsanlagen mit Hydraulischer Weiche. Wärmeerzeuger parallel angeschlossen. Erster Verbraucher statische Regulierung, Verbraucher zwei bis vier mit
Beimischschaltung.
6
Hydraulische Schaltungen für differenzdruckbehaftete Anschlüsse in
Heizungsanlagen
Verschiedene regelungstechnische Schaltungen erfordern einen Differenzdruck am Verteiler. Um die Regelventile richtig
auszulegen, muss der Differenzdruck bekannt sein, da sonst die Regelventile falsch dimensioniert werden.
Vier Grundschaltungen kommen bei differenzdruckbehafteten Anschlüssen in Frage
Drosselschaltung
Bei dieser Form der hydraulischen Schaltung erfolgt
die Leistungsanpassung über die Drosselung des
Volumenstromes. In diesem Fall übernehmen Stellventile
die Aufgabe der Volumenstromänderung im Regelkreis
um so z.B. die Wärmeleistung eines Wärmeüberträgers
zu beeinflussen.
6
4
Wassermenge
Fernwärmeseitig
und
Vebraucherseitig
variabel.
Temperatur
Fernwärmeseitig konstant (in Abhängigkeit
der
zentralen
Temperaturregelung),
Verbraucherseitig
konstant.
Die
Leistungsregelung
erfolgt
durch
die
Veränderung der Durchflussmenge.
Vorteile: Es ergibt sich eine hohe Spreizung, diese
Schaltung ist daher für Brennwertgeräte und
für Fernwärme geeignet.
Nachteile: Bei mehreren Drosselschaltungen im
Rohrnetz verschiebt sich durch die
Hubänderung am Ventil und der daraus
resultierenden
Druckänderung
der
Arbeitspunkt für die Pumpe. Die auftretende
Differenzdruckänderung führt zu einer
Beeinflussung der einzelnen Verbraucher.
TI
3
TI
Merkmale:
p
H
1
SRV
pv
2
5
4
7
Abbildung 2: Drosselschaltung
Pos
Bezeichnung
Artikelnr.
1
Strangregulierventil
4217 4117 4017 4218
2
Regulierventil mit
Antrieb
4037 2117
7712 7712
3
Heizungsregler
7793
4
Absperrventil
4115 4112 4113 4215 4125 4218
5
Schmutzfänger
4111
6
Temperaturfühler
7793
7
Überströmventil
4004
Das Regulierventil im Rücklauf dient zur Konstanthaltung des
Differenzdruckes, und zur Durchfl ussmengenbegrenzung.
Damit ist eine sichere Regelung ohne Beeinflussung
gewährleistet.
Die Drosselschaltung fi ndet ihre Anwendung überall dort,
wo tiefe Rücklauftemperaturen und variable Volumenströme
verlangt werden. Das thermische Verhalten zeichnet
sich durch sinkende Rücklauftemperaturen bei sinkender
Last aus.
Tabelle 2: Drosselschaltung
7
Im konkreten Fall ist diese Schaltung:
• bei der Verteilung von Fernheizwerken anzutreffen,
• bei Anbindungen an Pufferspeichern,
Für den Druckverlust über das Absperrventil (4115) und den
Schmutzfänger (4111) - Maschenweite wurden die kvs-Werte
für die Dimension DN 25 herangezogen.
sowie
∆Hmin = 10 + 10 + 3 + 0.7 + 1.2 = 24.9 [kPa]
Brennwertgeräten.
Nachdem ΔH = 30 kPa ist Forderung 2 erfüllt.
• bei Einbindungen des Verbrauchernetzes an
Weitere Anwendungsgebiete sind:
• Zonenregelungen bei Radiator und Fußbodenhei-
Schritt 2:
Berechnung des theoretischen kv-Wertes des Regelventils:
(ΔpV,min = 10 kPa)
•
kv,theo =
zungssystemen mit nach Außentemperatur geregelter
Vorlauftemperatur und des Weiteren für
kleine Nachwärmer und Luftkühler aller Größen.
Schritt 3:
Auswahl des kvs-Wertes aus der Ventilbaureihe. Die in Frage
kommenden Ventile (4037) sind das Ventil DN 15 mit einem
kvs-Wert von 4,0 und das Ventil DN 20 mit einem kvs-Wert von
6,3. In der Regel kann davon ausgegangen werden, dass der
kleinere kvs-Wert gewählt wird, um den nötigen Druckverlust
zu erreichen.
Dimensionierungsbeispiel
Q = 70 kW
tV = 90 °C
tR = 50 °C
∆pL = 10 kPa
∆H = 30 kPa
Bei kvs = 6.3
Q
=
.
c (tV - tR)
70
= 1504 l/h
= 3600 .
.
4.19 (90 - 50)
qS = 3600 .
2
2
qS
∆pv =
= 1504
= 5.7 kPa
.
100 . 6.3
100 Kvs
! Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und
der zulässigen Rohrreibung.
Forderung 1:
Δpv ≥ ΔpL (Der Differenzdruck über das Regelventil muss
größer oder gleich dem Differenzdruck über dem Verbraucher
sein).
Schritt 1:
Berechnung des
Differenzdrucks:
qs
= 1504
= 4.75
.
100 √ ∆pv,min
100 . √ 10
Forderung 1 wurde nicht erfüllt!
Bei kvs = 4.0
2
2
qS
∆pv =
= 1504
= 14.1 kPa
.
100 . 4.0
100 Kvs
Forderung 1 wurde erfüllt!
minimal
zur
Verfügung
stehenden
Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 4,0 und
die Dimension DN 15
Forderung 2:
ΔH ≥ ΔHmin (Der zur Verfügung stehende Differenzdruck am
Verteiler muss größer oder gleich dem minimal benötigten
Differenzdruck sein)
Die Ventilautorität beträgt:
∆Hmin = ∆pV,min + ∆pL + ∆pSRV + ∆pAb + ∆pSchmu
Die Ventilautorität sollte zwischen 0,35 und 0,75 liegen, darf
den Wert 0,25 aber nicht unterschreiten, da das System sonst
instabil wird.
!
∆pSRV minimal 3 kPa
а=
∆p v
= 14.1 = 0.47
30
∆H
Schritt 4:
Die Auslegung des Strangregulierventils im Vorlauf
8
Ermittlung des abzubauenden Differenzdrucks:
∆pSRV = ∆H - (∆pV + ∆pL) =
= 30 - (14.1 + 10) = 5.9 kPa
Ermittlung des kv-Wert:
kv,SRV =
qS
= 1504
= 6.2
.
100 √ ∆pSRV
100 . √ 5.9
Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension 1” ergibt sich
eine Voreinstellung von 3,3.
Umlenkschaltung
(Verteilschaltung)
Anwendung: Luftheizregister, Kühlregister, Zonenregelung.
Vorteile:
Durch die konstante Durchflussmenge Fernwärmeseitig kann auf eine leistungsgeregelte
Pumpe verzichtet werden. Der Differenzdruck ändert sich nicht und die einzelnen
Verbraucher beeinfl ussen sich nicht gegenseitig.
Nachteile:
Die Temperatur am Verbraucher entspricht
immer der Fernwärmetemperatur.
Bei dieser Schaltung handelt es sich um eine
Abwandlung der Drosselschaltung.
Die hydraulischen Vorteile dieser Schaltung liegen in der
konstanten Menge an Heizmedium im Fernwärmekreis, durch
die leistungsgeregelte Pumpen entfallen können.
6
4
TI
4
TI
3
1b
2
1a
H
5
4
Abbildung 3: Umlenkschaltung
Pos
Merkmale: Wassermenge Fernwärmeseitig konstant,
Verbraucherseitig
variabel.
Temperatur
Fernwärmeseitig konstant (in Abhängigkeit
der
zentralen
Temperaturregelung),
Verbraucherseitig
konstant.
Die
Leistungsregelung
im
Verbraucherkreis
erfolgt durch die Veränderung der Durchflussmenge in diesem.
Bezeichnung
Die Autorität des Regelventils ist nur von der Last abhängig,
d.h. dass der Einbau des Dreiwegventils unabhängig
von dem Verteilnetz erfolgt, da keine Wechselwirkungen
zu befürchten sind. Der Nachteil der Umlenkschaltung
liegt darin, dass immer die maximale Temperatur des
Fernwärmevorlaufes am Verbraucher anliegt, und man daher
kein getrenntes Temperaturniveau zwischen Fernwärmeund Verbraucherkreis nutzen kann. Weiters ist der Einbau
für Pufferspeicher, Brennwertanlagen und Fernheizungen
ungeeignet bzw. nicht gestattet, da im Teillastbetrieb immer
warmes Vorlaufmedium mit in den Rücklauf gemischt wird
und so die Rücklauftemperatur angehoben wird.
Die schnelle Verfügbarkeit von heißem Fernwärmemedium hat
regelungstechnisch für die Verbraucher einen großen Vorteil.
Ein stromkonstanter Betrieb der Energiequelle, Wärmeoder Kälteerzeuger, hat weiters einen regelungstechnischen
und teilweise auch einen betriebstechnischen Vorteil.
Energetisch betrachtet bringt ein konstanter Volumenstrom
im Fernwärmekreis aber einen Nachteil mit sich, da keine
Einsparung an Pumpenenergie möglich ist.
Artikelnr.
1
Strangregulierventil
4217 4117 4017 4218
2
Mischventil mit
Antrieb
4037 2117
7712 7712
3
Heizungsregler
7793
4
Absperrventil
4115 4112 4113 4215 4125 4218
5
Schmutzfänger
4111 2662
6
Temperaturfühler
7793
Tabelle 3: Umlenkschaltung
9
Dimensionierungsbeispiel
Q = 40 kW
tV = 6 °C
tR = 12 °C
∆pL = 25 kPa
∆H = 70 kPa
Q
=
.
c (tV - tR)
40
~
= 3600 .
= 5730 l/h
.
4.19 (12 - 6)
qS = 3600 .
! Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und
der zulässigen Rohrreibung
Forderung 1:
ΔpV ≥ ΔpL (Der Differenzdruck über das Regelventil muss
größer oder gleich dem Differenzdruck über dem Verbraucher
sein)
Schritt 1:
Calculation of the minimum available differential pressure:
Forderung 2:
ΔH ≥ ΔHmin (Der zur Verfügung stehende Differenzdruck am
Verteiler muss größer oder gleich dem minimal benötigten
Differenzdruck sein)
∆Hmin = ∆pV,min + ∆pL + ∆pSRV + ∆pSchmu
!
∆pSRV minimal 3 kPa
Für den Druckverlust über das Absperrventil (4115) und den
Schmutzfänger (4111) wurden die kvs-Werte für die Dimension
DN 40 herangezogen.
Schritt 3:
Auswahl des kvs Wertes aus der Ventilbaureihe. Die in Frage
kommenden Ventile (4037) sind das Ventil DN 25 mit einem
kvs-Wert von 10,0 und das Ventil DN 32 mit einem kvs-Wert
von 16. In der Regel kann davon ausgegangen werden,
dass der kleinere kvs-Wert gewählt wird, um den nötigen
Druckverlust zu erreichen.
Bei kvs = 16
2
2
qS
5730 = 12.82 kPa
∆pv =
=
. 16
.
100
100 Kvs
Forderung 1 wurde nicht erfüllt!
Bei kvs = 10
2
2
qS
∆pv =
= 5730
= 32.8 kPa
.
100 . 10
100 Kvs
Forderung 1 wurde erfüllt!
Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 10 und die Dimension
DN 25
Die Ventilautorität beträgt:
∆p V
32.8 = 0.57
а = ∆p ∆p =
25 + 32.8
L +
V
Die Ventilautorität sollte zwischen 0,35 und 0,75 liegen, darf
den Wert 0,25 aber nicht unterschreiten, das System sonst
instabil wird.
∆Hmin = 25 + 25 + 3 + 0.8 = 53.8 [kPa]
Schritt 4:
Die Auslegung des Strangregulierventils 1a im Rücklauf
Nachdem ΔH = 70 kPa ist Forderung 2 erfüllt.
Ermittlung des abzubauenden Differenzdrucks:
Schritt 2:
Berechnung des theoretischen kv-Wertes des Regelventils:
(ΔpV, min = 25 kPa)
∆pSRV1a = ∆H - (∆pV + ∆pL + ∆pSchmu) =
= 70 - (32.8 + 25 + 0.8) = 11.4 kPa
kv,theo =
10
qS
= 5730
= 11.46
.
100 √ ∆pv,min
100 . √ 25
Ermittlung des kv-Wert:
kv,SRV1a =
qS
5730
=
= 17.0
.
100 √ ∆pSRV1 100 . √ 11.4
Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension DN 40 ergibt
sich eine Voreinstellung von 4,8.
Pos
Bezeichnung
Artikelnr.
1 Strangregulierventil
4217 4117 4017 4218
Schritt 5:
Auslegung Bypass:
Sollte der Verbraucher keine Leistung abnehmen muss der
gesamte Massenstrom über den Bypass abgeleitet werden
können.
Regulierventil mit
2
Antrieb
4037 2117
7712 7712
3 Heizungsregler
7793
4 Absperrventil
4115 4112 4113 4215 4125 4218
5 Schmutzfänger
4111 2662
Forderung 3:
∆pSRV2 = ∆pL
6 Anlegetemperaturfühler
7793
7 Rückschlagventil
2622
Forderung 4:
qBypass = qS
8 Überströmventil
4004
Tabelle 4: Einspritzschaltung Durchgang
Aus diesen Forderungen kann der kv-Wert des Ventils im
Bypass ausgelegt werden:
kv,SRV1b =
qBypass
= 5730 = 11.46
.
100 √ ∆pSRV2 100 . √ 25
Mermale:Wassermenge Fernwärmeseitig variabel und
Verbraucherseitig konstant Temperatur beim
Verbraucher variabel
Anwendungen:Heizkörpersysteme,
Fußbodenheizung,
Luftheizregister, Niedertemperaturheizung
Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension DN 40 ergibt
sich eine Voreinstellung von 4,0.
Einspritzschaltung mit
Durchgangsventil
Vorteile:
Für Systeme mit niedrigen Rücklauftemperaturen (Fernheizung, Brennwertgeräte),
unterschiedliche Temperaturniveaus für Fernwärme- und Verbraucherseite (z.B. 45 °C an
90 °C)
Nachteile: In diesem System ist die Wassermenge, im Gegensatz zur
Drosselschaltung im Verbrauchersystem, mengenkonstant.
Für die Dimensionierung des Regelventils
muss der Differenzdruck bekannt sein, bei
Vorheizregistern besteht bei langen Rohrleitungen Frostgefahr.
Dimensionierungsbeispiele
Q = 25 kW
tV = 45 °C
tR = 35 °C
∆H = 25 kPa
∆tprimär = 70 °C
6
1a
4
3
7
5
2
4
1b
Q
=
c . (t p - tR)
25
= 614 l/h
= 3600 .
4.19 . (70 - 35)
qp = 3600 .
8
Abbildung 4: Einspritzschaltung Durchgang
11
! Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und
der zulässigen Rohrreibung.
Q
=
.
c (t V - tR)
25
= 2148 l/h
= 3600 .
4.19 . (45 - 35)
qS = 3600 .
Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und
der zulässigen Rohrreibung, die Daten werden aus dem
berechneten Strang übernommen.
Forderung 1:
∆pv ≥ ∆H (Der Differenzdruck über das Regelventil muss
größer oder gleich dem Differenzdruck über den Verteiler sein)
Schritt 1:
Berechnung des theoretischen kv-Wertes des Regelventils:
(∆pV,min = 25 kPa)
kv,theo =
qS
614
=
= 1.2
100 . √ ∆pv,min
100 . √ 25
Schritt 2:
Auswahl des kvs Wertes aus der Ventilbaureihe. Die in Frage
kommenden Ventile des 7762 sind das Ventil DN 10 mit einem
kvs-Wert von 1,0 oder 1,6. Hier kann ein größere Wert gewählt
werden. Der restliche Differenzdruck wird über das
Strangregulierventil 2 abgebaut.
2
2
qp
∆pv =
= 614.
= 14.7 kPa
100 1.6
100 . Kvs
Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 1,6 und die Dimension
DN 10
Die Ventilautorität beträgt:
12
Schritt 3:
Die Auslegung des Strangregulierventils 1a im Vorlauf
Ermittlung des abzubauenden Differenzdrucks:
∆pSRV1a = ∆H - ∆pV = 25 - 14.7 = 10.3 kPa
Ermittlung des kv-Wert:
qp
kv,SRV1a =
= 614
= 1.9
100 . √ ∆pSRV2 100 . √ 10.3
Die erforderlichen 10,3 kPa werden über das Strangregulierventil
abgebaut.
Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension DN 15 ergibt
sich eine Voreinstellung von 2,9.
Schritt 4:
Auslegung des Strangregulierventils 1b:
Das Strangregulierventil 1b ist mit einem Nenndruckverlust
von 3 kPa auszulegen.
qS
kv,SRV1b =
= 2148
= 12.4
.
100 √ ∆pstad2 100 . √ 3
Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension DN 32 ergibt
sich eine Voreinstellung von 4,3.
Bei kvs = 1.6
а=
Die Ventilautorität sollte zwischen 0,35 und 0,75 liegen, darf
den Wert 0,25 aber nicht unterschreiten, das System wird
sonst instabil.
∆p V
= 14.7 = 0.59
25
∆H
Einspritzschaltung mit
Dreiwegeventil
Vorteile:
Durch den konstanten Volumenstrom
Verbraucherseitig
ergibt
sich
eine
ausgezeichnete Regelfähigkeit.
Bei dieser hydraulischen Schaltung sind die Volumenströme
im Fernwärmekreis und im Verbraucherkreis mengenkonstant.
Nachteile: Temperatur
muss
Fernwärme
und
Verbraucherseitig
annähernd
gleich
sein. Kann nicht beim Anschluss einer
Niedertemperaturheizung (z.B. 45 °C auf
90 °C) verwendet werden.
1b
4
Die Vorteile dieser Schaltung liegen in der geringen oder
ganz vermiedenen Totzeit, da permanent heißes Wasser am
Regelventil zur Verfügung steht. Diese Charakteristik nütztman
bei der Montage von Heizregistern aus, wo man rasch
große Energiemengen benötigt. Ein weiterer, schon vorher
angesprochener Vorteil ist die Ventilautorität von fast 1, da in der
mengenvariablen Strecke fast kein Widerstand vorhanden ist.
Bei dieser Schaltung ist es ebenso möglich, unterschiedliche
Temperaturen im Fernwärme- und Verbraucherkreis zu fahren.
6
7
3
2
5
1a
4
8
Abbildung 5: Einspritzschaltung 3-Weg
Pos
Bezeichnung
Artikelnr.
1 Strangregulierventil
4217 4117 4017 4218
Mischventil mit
2
Antrieb
4037 2117
7712 7712
3 Heizungsregler
7793
4 Absperrventil
4115 4112 4113 4215 4125 4218
5 Schmutzfänger
4111 2662
6 Anlegetemperaturfühler
7793
7 Rückschlagventil
2622
8 Überströmventil
4004
Q = 90 kW
tV = 75 °C
tR = 55 °C
∆H = 40 kPa
Tprimär = 90 °C
Q
=
.
c (t p - tR)
90
= 2209 l/h
= 3600 .
.
4.19 (90 - 55)
qp = 3600 .
! Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und
der zulässigen Rohrreibung.
Q
=
.
c (t V - tR)
90
Wassermenge Fernwärmeseitig konstant, = 3600 .
= 3866 l/h
.
Verbraucherseitig konstant. Temperatur
4.19 (75 - 55)
Tabelle 5: Einspritzschaltung 3-Weg
Merkmale: Dimensionierungsbeispiel
qS = 3600 .
Verbraucherseitig variabel.
Anwendung:Heizkörpersystem, Niedertemperaturheizung
mit annähernd gleichen Fernwärme und
Verbrauchertemperaturen, Luftheizregister,
bei unbekanntem Differenzdruck.
13
Forderung 1:
∆pv > 3 kPa
Schritt 3:
Die Auslegung des Strangregulierventils 1a im Vorlauf
Schritt 1:
Calculation of the theoretical kv value of the Control valve:
Ermittlung des abzubauenden Differenzdrucks:
qS
3866
kv,theo =
=
.
100 √ ∆pv,min
100 . √ 3
∆pSRV1a = ∆H - ∆pV = 40 - 5.8 = 34.2 kPa
= 22.3
Ermittlung des kv-Wert:
qp
3866 = 6.6
=
100 . √ ∆pSRV2 100 . √ 34.2
Schritt 2:
Auswahl des kvs-Wertes aus der Ventilbaureihe. Die in Frage
kommenden Ventile des 4037 sind das Ventil DN 32 mit einem
kvs-Wert von 16 und das Ventil DN 40 mit einem kvs-Wert
von 25.
kSRV2 =
Bei kvs = 25
Schritt 4:
Auslegung des Strangregulierventils 1b im Rücklauf Das
Strangregulierventil 1b ist mit einem Nenndruckverlust von 3
kPa auszulegen.
2
2
qS
3866 = 2.4 kPa
∆pv =
=
. 25
.
100
100 Kvs
Bei kvs = 16
2
2
qS
3866 = 5.8 kPa
∆pv =
=
. 16
.
100
100 Kvs
Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 16 und eine Dimension
von DN 32.
Die Ventilautorität beträgt:
∆p V
а = ∆p = 5.8 = 1
5.8
v
(Die mengenvariable Strecke beschränkt sich auf den Bypass)
14
Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension DN 40 ergibt
sich eine Voreinstellung von 3,0.
qS
kSRV1b =
= 3866 = 22.3
100 . √ ∆pSRV1 100 . √ 3
Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension DN 40 ergibt
sich eine Voreinstellung von 5,8.
Schritt 5:
Auslegung des Bypass Der Bypass muss in der Lage sein die
gesamte Verbraucherwassermenge aufzunehmen.
Hydraulische Schaltungen für differenzdruckfreie Anschlüsse in
Heizungsanlagen
Verschiedene regelungstechnische Schaltungen erlauben keinen Differenzdruck am Verteiler. Bei diesen Schaltungen muss
beachtet werden, dass jeder Verbraucher - selbst mit geringen Leistungen - eine eigene Pumpe benötigen.
Zwei Grundschaltungen kommen bei differenzdruckfreien Anschlüssen in Frage. Hydraulische Schaltungen für differenzdruckfreie
Anschlüsse und drucklos hydraulisch entkoppelter Verteiler.
Die Praxis hat gezeigt, dass die hydraulische Entkopplung von Wärmeerzeugerkreisen und Wärmeverbraucherkreisen
vorteilhaft ist. Durch den Einsatz eines hydraulischen Entkopplers werden trotz stark variierender Volumenströme auf der
Wärmeerzeugerseite konstante Verhältnisse auf der Verbraucherseite sichergestellt. Dadurch ergeben sich verbesserte
Voraussetzungen für das Gesamtverhalten der Anlage.
Beimischschaltung
Diese hydraulische Schaltung arbeitet im Gegensatz zur
Umlenkschaltung mit einer Fernwärmeseitig variablen
Wassermenge und einer konstanten Menge an Heizmedium
im Verbraucherkreislauf. Bei der Regelung handelt es sich
bei der Beimischschaltung für den Verbraucher um eine
temperaturvariable und mengenkonstante Regelung. Diese
Form der hydraulischen Schaltung ist in der Heizungstechnik
am weitesten verbreitet, da sie sehr einfach realisiert
werden kann.
Pos
Bezeichnung
Artikelnr.
1 Strangregulierventil
4217 4117 4017 4218
Dreiwegeventil mit
2
Antrieb
4037 2117
7712 7712
3 Heizungsregler
7793
4 Abpserrventil
4115 4112 4113 4215 4125 4218
5 Schmutzfänger
4111 2662
6 Aussentemperaturfühler 7793
6
1
TI
7
7 Anlegetemperaturfühler
7793
8 Rückschlagventil
2622
Tabelle 6: Beimischschaltung
4
3
TI
8
Merkmale: Wassermenge Fernwärmeseitig variabel,
Verbraucherseitig konstant. Temperatur
Fernwärmeseitig variabel.
Anwendung:Heizkörpersysteme, Luftheizregister
2
TI
4
5
Vorteile:
Durch den konstanten Volumenstrom
Verbraucherseitig ergibt sich eine ausgezeichnete Regelfähigkeit.
4
Abbildung 6: Beimischschaltung
15
Nachteile:
Das Temperaturniveau muss Fernwärmeseitig
und Verbraucherseitig annähernd gleich
sein. Das heißt, ein Niedertemperatursystem
kann nicht an ein Hochtemperatursystem
gekoppelt werden. Es ist kein differenzdruck
Fernwärmeseitig erlaubt.
Bei kvs = 4.0
2
2
qS
860
∆pv =
=
= 4.62 kPa
100 . Kvs
100 . 4.0
∆pv > 3 kPa
Das Regulierventil im
flussmengenbegrenzung.
Rücklauf
dient
der
DurchDas Regelventil hat einen kvs-Wert von 4,0 und die Dimension
DN 15.
Im Fernwärmekreislauf befi nden sich zwei Absperrventile
(4115 3/4”) und ein Schmutzfänger (4111, 3/4” Maschenweite
0,75 mm).
Dimensionierungsbeispiel
Q = 20 kW
tV = 80 °C
tR = 60 °C
∆pL = 25 kPa
Die Ventilautorität beträgt
Q
=
.
c (t V - tR)
20
= 860 l/h
= 3600 .
.
4.19 (80 - 60)
qS = 3600 .
! Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und
der zulässigen Rohrreibung, die Daten werden aus dem
berechneten Strang übernommen
Schritt 1:
Berechnung des theoretischen kv-Wertes des Regelventils:
(∆pV,min = 3 kPa)
kv,theo =
qS
860
=
= 4.9
.
100 √ ∆pv,min
100 . √ 3
Schritt 2:
Auswahl des kvs-Wertes aus der Ventilbaureihe. Die in Frage
kommenden Ventile des 4037 sind das Ventil DN 20 mit einem
kvs-Wert von 6,3 und das Ventil DN 15 mit einem kvs-Wert von
4. In der Regel kann davon ausgegangen werden, dass der
kleinere kvs-Wert gewählt wird, um den nötigen Druckverlust
zu erreichen, um den nötigen Druckverlust zu erreichen.
Bei kvs = 6.3
2
2
qS
860
∆pv =
=
. 6.3 = 1.86 kPa
.
100
100 Kvs
∆pv < 3 kPa!
16
∆p V
=
.
∆pv + 2 ∆pAb + ∆pSchmu
4.62
= 0.63
=
4.62 + 2 . 0.7 + 1.3
а=
Der Druckverlust im Mischventil muss zusätzlich von der
Pumpe erbracht werden.
Schritt 3:
Auslegung des Strangregulierventils auf 3 kPa
kv,SRV =
qS
= 860 = 4.9
.
100 √ ∆pSRV 100 . √ 3
Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension DN 20 ergibt
sich eine Voreinstellung von 3,7.
Doppelte Beimischschaltung
Eine andere Form der Beimischschaltung ist die
Beimischschaltung mit Fix-Bypass, die bei Anwendungen, bei
denen Unterschiede der Temperaturniveaus im Fernwärme
und Verbraucherkreis auftreten, eingesetzt wird. Diesmal befi
ndet sich der Bypass im Verbraucherkreis vor dem Regelventil,
über den eine permanente Menge an Rücklaufmedium
unabhängig von der Stellung des Dreiwegventils strömt. Der
Einsatz dieser Schaltung ist bei Fußbodenheizungen, sowie
bei Brennwertgeräten, Speichern und Fernwärmesystemen
weit verbreitet. Beimischschaltung erfolgt mit Dreiwegeventilen
und direkter Fernwärmeseitiger Anbindung an den Erzeuger.
6
4
1a
8
1b
3
7
2
5
4
4
Nachteile:
Die
Vorlauftemperatur
Fernwärmeseitig
muss unbedingt höher sein als die
Vorlauftemperatur Verbraucherseitig. Es ist
kein Differenzdruck Fernwärmeseitig erlaubt.
Bei Verwendung eines druckbehafteten
Verteilers unbedingt eine “drucklose”
Beimischschaltung verwenden.
Dimensionierungsbeispiel
Q = 40 kW
tV = 45°C
tR = 35 °C
tP = 70 °C
∆pL = 25 kPa
Q
=
.
c (t p - tR)
40
= 982 l/h
= 3600 .
.
4.19 (70 - 35)
qp = 3600 .
Abbildung 7: Beimischschaltung doppelt
Pos
Bezeichnung
1 Strangregulierventil
2
Dreiwegeventil mit
Antrieb
Artikelnr.
4217 4117 4017 4218
4037 2117
7712 7712
3 Heizungsregler
7793
4 Absperrventil
4115 4112 4113 4215 4125 4218
5 Schmutzfänger
4111 2662
6 Aussentemperaturfühler 7793
7 Anlegetemperaturfühler
7793
8 Rückschlagventil
2622
Tabell 7: Beimischschaltung doppelt
Merkmale:
Wassermenge Fernwärmeseitig konstant,
Verbraucherseitig konstant. Temperatur
Verbraucherseitig variabel.
Anwendung: Niedertemperaturheizungen
mit
Fernwärme und Verbrauchertemperaturen unterschiedlich. Speziell Fußbodenheizungen an
einem Hochtemperatursystem geeignet.
Vorteile:
Beim Einsatz auf drucklosen oder druckarmen Verteilern ist die Autorität des Regelventils fast 1 (d.h. gute Regelfähigkeit). Kann zum
Anschluss einer Niedertemperaturheizung
(z.B. 45 °C an 90 °C) verwendet werden.
! Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und
der zulässigen Rohrreibung.
Q
=
.
c (t V - tR)
40
= 3437 l/h
= 3600 .
.
4.19 (45 - 35)
qS = 3600 .
! Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und
der zulässigen Rohrreibung.
Schritt 1:
Berechnung des theoretischen kv-Wertes des Regulierventils:
(∆pV,min = 3 kPa)
kv,theo =
qp
982
=
.
100 √ ∆pv,min
100 . √ 3
= 5.7
Schritt 2:
Auswahl des kvs-Wertes aus der Ventilbaureihe. Die in Frage
kommenden Ventile des 4037 sind das Ventil DN 20 mit einem
kvs-Wert von 6,3 und das Ventil DN 15 mit einem kvs-Wert von
4. In der Regel kann da von ausgegangen werden, dass der
kleiner kvs-Wert gewählt wird um den nötigen Druckverlust
zu erreichen.
17
Bei kvs = 6.3
2
2
qp
982
∆pv =
=
. 6.3 = 2.4 kPa
.
100
100 Kvs
Schritt 3:
Auslegung des Strangregulierventils 1a erfolgt auf 3 kPa
kv,SRV1a =
qS
= 3437
= 19.8
.
100 √ ∆pSRV1 100 . √ 3
∆pv < 3 kPa
Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension DN 40 ergibt
sich eine Voreinstellung von 5,3.
Bei kvs = 4.0
2
2
qp
982
∆pv =
=
. 4.0 = 6.0 kPa
.
100
100 Kvs
Schritt 4:
Auslegung des Bypass
Die Durchflussmenge des Bypass ergibt sich aus:
∆pv > 3 kPa!
Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 4,0 und die Dimension
DN 15.
Die Ventilautorität beträgt:
а=
∆pV
6,0
=
= 0.5
6.0 + 6.0
∆pv + ∆pSRV2
Der Druckverlust im Mischventil muss zusätzlich von der
Pumpe erbracht werden.
Heizungsanlagen mit Hydraulischer Weiche. Wärmeerzeuger
parallel angeschlossen. Statische Regulierung bei den
Strängen. Erster Verbraucher je Strang statische Regulierung,
Verbraucher zwei bis vier mit Beimischschaltung.
18
qBypass = qS - qp = 3437 - 982 = 2455 [l/h]
Auslegung des Strangregulierventils 1b erfolgt auf den
Druckverlust des Regelventils (7,6 kPa)
kv,SRV1b =
qBypass
= 2455
= 10.0
.
100 √ ∆pSRV2 100 . √ 6.0
Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension DN 32 ergibt
sich eine Voreinstellung von 4,0.
Literatur- & Abbildungsverzeichnis
ÖNORM H 5142, Hydraulische Schaltungen
für Heizungsanlagen, 1990
VDI 2073, Hydraulische Schaltungen in heiz und
raumlufttechnischen Anlagen, 1999
Regelung und hydraulische Schaltungen
in heiz- und raumlufttechnischen Anlagen,
VDI Verlag, 3.9.-4.9.1992
Roos, H., Hydraulik der Warmwasserheizung,
Oldenbourg Verlag München, 1999
Fig. 1: Schnellauswahl ..........................................7
Fig. 2: Drosselschaltung ...................................... 8
Fig. 3: Umlenkschaltung .................................... 10
Fig. 4: Einspritzschaltung Durchgang ................. 12
Fig. 5: Einspritzschaltung 3-Weg ....................... 14
Fig. 6: Beimischschaltung .................................. 16
Fig. 7: Beimischschaltung doppelt ..................... 18
Table 1: Übersicht der Schaltungen ..................... 6
Table 2: Drosselschaltung .................................... 8
Table 3: Umlenkschaltung .................................. 10
Table 4: Einspritzschaltung Durchgang .............. 12
Table 5: Einspritzschaltung 3-Weg ..................... 14
Table 6: Beimischschaltung ............................... 16
Table 7: Beimischschaltung doppelt.....................18
Diese Broschüre hat reinen Informationscharakter.
Es handelt sich lediglich um Empfehlungen der Firma HERZ-Armaturen Ges.m.b.H. und es wird keinerlei Garantie gegeben.
Alle Angaben sind ohne Gewähr.
Sämtliche in dieser Broschüre enthaltenen Angaben entsprechen den zum Zeitpunkt der Drucklegung vorliegenden Informationen und
dienen nur zur Information. Änderungen im Sinne des technischen Fortschrittes sind vorbehalten. Die Abbildungen verstehen sich als
Symboldarstellungen und können somit optisch von den tatsächlichen Produkten abweichen. Mögliche Farbabweichungen sind
drucktechnisch bedingt. Länderspezifi sche Produktabweichungen sind möglich. Änderungen von technischen Spezifi kationen und der
Funktion vorbehalten. Bei Fragen kontaktieren Sie bitte die nächstgelegene HERZ- Niederlassung.
Systemtrennung durch Wärmetauscher.
Vor
Wärmetauscher
automatischer
Regulierung danach statische. Strang
zwei und drei mit dynamischer Regelung.
Erster Verbraucher mit Drosselschaltung.
Verbraucher zwei bis vier Einspritzschaltung
mit Durchgangsventil.
19
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Richard-Strauss-Str. 22, A-1230 Vienna
Tel.: +43 (0)1 616 26 31-0, Fax: +43 (0)1 616 26 31-27
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Tel: +49 (0)7191 9021-0, Fax: +49 (0)7191 9021-79
E-Mail: [email protected]