Alexander Hofmann, Dmitrij DirektorIngenieurhydrologie – SS 2013 – Prof. Dr. Manfred Koch13.08.2013 Die Hydraulische Weiche

Alexander Hofmann, Dmitrij DirektorIngenieurhydrologie – SS 2013 – Prof. Dr. Manfred Koch13.08.2013

Die HydraulischeWeiche


Inhalt

• Heizanlagen

• Hydraulischer Abgleich

• Funktionsweise/Aufbau

• Dimensionierung

• Überprüfung nach

Turbulenzen

• Probleme in der Praxis


Heizanlagen

Wärmeerzeuger• Gaskessel

• Ölkessel

Wärmeübergabe• Leitungssystem• Vorlauf• Rücklauf

• Pumpen

• Ventile

• Verteiler

Wärmeverteilung• Heizkörper

• Wärmetauscher

• Fußbodenheizung


Hydraulischer Abgleich

• Ermittlung Norm-Heizlastnach DIN EN 12831

• Festlegung der Temperaturspreizung

• Überprüfen/Auslegung der HeizflächenWatt-Zahl maßgebend, nicht die Größe!


Hydraulischer Abgleich

• Ermittlung der Volumenströme

• Überprüfung/Dimensionierung des Rohrnetzes

• Wahl der Pumpen

• Einstellung der Ventile/Pumpen (Regelung)


• Hydraulischer Abgleich erforderlich

• Hoher Regelaufwand

• Ohne AbgleichUngleichmäßige

Wärmeverteilung Mehrverbrauch durch

ÜberversorgungGeräuschbelästigungTakten des Kessels

Heizanlage


• Regelung wird einfacher

• Umwälzpumpe muss ausgelegt werden

• Pumpen für sämtliche Verbraucher notwendig

Heizanlage mit Weiche


• Verbindung Vor- und Rücklauf

• Großer Innendurchmesser

• Entkopplung der Erzeuger von Verbrauchern

• Bildung einer Temperaturschichtung

Aufbau


Primärkreislauf

Sekundärkreislauf I

Sekundärkreislauf II


Betriebszustand I

• Optimaler Betrieb der Anlage

• Allgemein gilt für diesen Fall:

[Volumenstrom l/s][Temperatur °C][Temperatur °C][Wärmestrom W]


Betriebszustand II

• Gründe:

Überdimensionierte Primärpumpen

Unterdimensionierte Sekundärpumpen




Betriebszustand III

• Gründe:

Unterdimensionierte Primärpumpen

Überdimensionierte Sekundärpumpen




Rund-Weiche• Höhere Betriebsdrücke

möglich

Kompakt-Weiche• Langer Weg zwischen

Primär- und Sekundärseite

Bauformen


Dimensionierung einer Hydraulischen Weiche

• Gewährleistung optimaler Funktionalität

• An bestimmte konstruktive Anforderungen genügend

• Laminare (beruhigte) Strömungsverhältnisse auch unter Volllast

• Mittlere Fließgeschwindigkeit maximal 0,2 m/s


Fehlerquellen der Dimensionierung

• Unterdimensionierte Weiche: Zu hohe FließgeschwindigkeitTurbulenzenDurchmischung der TemperaturphasenAbkühlung des Vorlaufs

• Überdimensionierte Weiche:Physikalisch nie negativFließgeschwindigkeiten stets < 2 m/s


Effizienzverluste in der Weiche

• Näherungsweise Berechnung des DruckverlustesDarcy-Weisbach-Gleichung

• Bei laminarer Strömung vernachlässigbar geringGeringer Effizienzverlust

Beispiel zwecks genauerer Betrachtung


Beispiel einer Auslegung

• Rechenbeispiel am fiktiven Einfamilienhaus• Wohnfläche 130 m²• Fußbodenheizung• Heizkörper• Durchlauferhitzer

Kalkulation des Wärmebedarfs

Nennwärmeleistung:

Heizleistung 70 W/m²

Warmwasserleistung + ca. 30 %


Berechnung

• Nennwärmeleistung

• Nennheizleistung

Übliche Heizleistung mitTrinkwassererwärmung:


Parameter

• Primärkreis (Erzeuger)

• Temperaturspreizung

• Sekundärkreis(Verbr.)

• Temperaturspreizung Maximale Fließgeschwindigkeiten:

In der hydraulischen Weiche 0,2 m/sIm Kellerbereich 0,7 m/sIm Strangbereich 0,5 m/sIm Wohnbereich 0,3 m/s


Fließgeschwindigkeit Primärkreis

• Wärmestrom

• Massestrom• spez. Wärmekapazität• Temperaturdifferenz

• Volumenstrom• Querschnitt• Fließgeschwindikeit

von Wasser

Bei


Fließgeschwindigkeit Sekundärkreis

Bei


Fließgeschwindigkeit Hydraulische Weiche

Maximaler Massestrom ist zu wählen!

Bei

Hydraulische Weiche ist mit mindestens DN 32 (1“) zu bauen!


Turbulenzen mit Reynolds

𝑅𝑒=𝑣𝑚∙𝐷h

𝜗=0,18

𝑚𝑠∙3,59 ∙10−3𝑚

5,537 ∙10−7𝑚 ²𝑠

=1167

Laminare Strömung!

𝐷h=4 ∙𝐴𝑈

=4 ∙10,122 ∙10−4𝑚 ²

𝜋 ∙0,359𝑚=3,59 ∙10−3𝑚


Probleme in der Praxis

Fall 1: Primärkreispumpe unterdimensioniert• Erzeugerseite fährt Volllast• Taktung• Höherer Bedarf im Sekundärkreislauf wird durch Rücklauf

„aufgefüllt“• Verbraucherseite heizt nicht richtig auf

Fall 2: Primärkreispumpe vergessen• Kesselanlage heizt auf • Abnehmerseite bleibt unberührt• Kurzschlussstrecke zwischen Abnehmervorlauf und

Rücklauf


Fazit

• Hydraulische Entkopplung• Konstante Durchflussmenge• Sanfte Regelung

• hoher Wirkungsgrad• geringe Emissionen

• Hohe Leistung der Verbraucher• Geringe, preiswerte Regelung

• Entschlammung• Luftabscheider


Quellen

http://www.ikz.de/1996-2005/1996/06/9606028.php

http://www.sinusverteiler.com/files/ausgleich_von_last_und_leistung_01.pdf

https://de.wikipedia.org/wiki/Viskosit%C3%A4t

http://www.bosy-online.de/Hydraulische_Weiche.htm

http://www.vaillant.de/Heizung-finden/Heizung-im-Neubau/article/Wie_hoch_ist_mein_Waermebedarf.html

http://www.dimplex.de/fileadmin/dimplex/downloads/planungshandbuecher/fussbodenheizung/FBH_Handbuch_0409_Druckversion_opt.pdf Seite 6

http://www.sinusverteiler.com/4-0-Hydraulische+Weichen.html

http://www.buderus.de/sixcms/media.php/1141/die_richtige_dimensionierung_0605200302.pdf

http://www.gentner.de/Gentner.dll/SBZm-2008-07-s20-23-0717-heizung_MjA2NDc4.PDF

http://www.maschinenbau-wissen.de/skript/fluidtechnik/hydraulik/70-reynoldszahl


Ende

Danke für Eure Aufmerksamkeit

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