Heizungsregelung - energiesparend und umweltschonend · bei digitaler Steuerung auch die Steuerfunktionen über Software programmieren: SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen)

Heizungsregelung (Weiterverwendung nur nach Absprache) Seite 1

Dieter Wolff, Wolfenbüttel

Heizungsregelung - energiesparend und umweltschonend Der umweitschonende und energetisch optimale Betrieb heiztechnischer Anlagen erfordert, bereits in der Planungs- und Auslegungsphase eine große Zahl von Aus-wahl und Anwendungskriterien für Mess-, Regel- und Überwachungseinrichtungen zu beachten. Gerätehersteller, Planer und ausfahrendes Handwerk sind hierdurch ver-stärkt gefordert. Die vorliegende Veröffentlichung basiert auf den Ergebnissen der Richtlinienarbeit an der voraussichtlich bis zum Ende dieses Jahres erscheinenden VDI-Richtlinie 2068 "Mess-, Überwachungs- und Regelgeräte in heiztechnischen Anlagen mit Wasser als Wärmeträger". Der Autor, Obmann des Richtlinienausschusses VDI 2068, dankt an dieser Stelle allen Kollegen für die geleistete Arbeit. Abb. 1 zeigt als Übersicht die gegenseitigem Abhängigkeiten in einer Heizungsanla-ge zur Auslegung und Planung regeltechnischer Einrichtungen und der Hydraulik. Das nachfolgende Kapitel ist zum Verständnis der weiteren Ausführungen nur z. T. erforderlich und kann deshalb vom "Schnellleser" auch überschlagen werden. Es gibt jedoch einen kurzen Überblick der wichtigsten Begriffe in der Regelungstechnik.

Abb. 1 Abhängigkeiten in einer Heizungsanlage zur Auslegung der Regeltechnik und Hydraulik


Begriffe Wie jedes andere technische Fachgebiet benötigt auch die Regelungs- und Steue-rungstechnik einen "Grundstock" von Begriffen, die in der DIN 19 226 festgelegt sind. Am Beispiel einer Einzelraumregelung (Abb. 2) werden die wichtigsten Begriffe und Benennungen, wie sie in der DIN 19 226 genormt sind, erläutert.

Abb. 2 Grundbegriffe der Regelungstechnik – Beispiel Einzelraumregelung. Die Größe, die geregelt werden soll, ist die Raumtemperatur als Regelgröße X. Der Teil der Anlage, in dem die Regelgröße konstant gehalten werden soll - in unserem Beispiel der Raum - wird als Regelstrecke RS bezeichnet. Ziel der Regelung ist, die Regelgröße X auf dem fest vorgegebenen Sollwert Xs, bzw. auf einen veränderlichen Wert der Führungsgröße W zu halten. Anders ausgedruckt, die Regelabweichung xw als Differenz von Regelgröße (Istwert) und Führungsgröße (Sollwert) soll möglichst klein gehalten werden. Dies erreicht die Regeleinrichtung (RE) selbsttätig dadurch, dass über die Stellgröße Y (Ausgangsgröße des Reglers, z.B. elektrisches Signal zur Veränderung des Ventilhubes) das Stellglied die Regeistrecke so beeinflusst, dass einwirkende Störgrößen z, wie z.B. Witterungseinflüsse, Temperatur- und Druck-schwankungen des Heizmediums sowie Fremdwärmeanfall, ausgeregelt werden. Der beschriebene geschlossene Regelkreis bestehend aus Regeistrecke RS (vom Stellort Ventil bis zum Messort Raumtemperaturfühler) und Regeleinrichtungen RE, wird häufig in Blockdarstellung verdeutlicht. Abb. 3a zeigt am Beispiel einer witterungsgeführten Vorlauftemperaturregelung als Folgeregelung die Kombination von Steuerung und Regelung. Im Steuerglied wird der aktuelle Außentemperaturwert in einen Sollwert für die Heizungsvorlauftempera-tur umgewandelt: (Heizkurve). Hierbei handelt es sich um einen offenen Wirkungsab-lauf (Steuerung) - im Gegensatz zum geschlossenen Regelkreis - da ja der Außen-temperaturfühler keine Rückmeldung über die Vorlauftemperaturänderung erhält. Die Vorlauftemperaturregelung hingegen besteht aus einem geschlossenen Wir-kungsablauf, mit der Regelstrecke Dreiwegemischer (Stellglied) - Pumpe - Vorlauf-temperaturfühler und der Regeleinrichtung - Messsignal - Regler - Stellsignal Stellan-trieb.


Abb. 3a Witterungsgeführte Vorlauftemperaturregelung. Abb. 3b zeigt als letztes Beispiel eine witterungsgeführte Kesseltemperaturregelung mit der Regeistrecke vom Brenner als Stellglied bis zum Kesseltemperaturfühler zur Erfassung des Istwertes der Regelgröße Kesseltemperatur. Der Steuerteil ist iden-tisch mit dem vorhergehenden Beispiel, wobei untere und obere Kesseltemperatur-begrenzungen im Steuerteil in vielen Fällen hinzukommen.

Abb. 3b Witterungsgeführte Kesseltemperaturregelung. Für die regelungstechnische Analyse, insbesondere der Regelstrecke, sind weiterhin deren: ▪ Beharrungsverhalten und deren ▪ Zeitverhalten

von Bedeutung.


Der Übertragungsbeiwert Ks, der Regelstrecke ist das Verhältnis der Regelgrößen-änderung X zur Stellgrößenänderung Y nach Eintreten eines Beharrungszustandes. Bei proportionalen Regelstrecken besteht ein "möglichst" linearer Zusammenhang zwischen Regelgrößenänderung (z.B. Raum und Vorlauftemperatur) und Stellgrö-ßenänderung (z. B. Ventilhub oder Mischerdrehwinkel). Ein weiterer Kennwert ist der Regelbereich der Strecke XhS, häufig auch Stellwirkung genannt. XhS gibt an, um welchen Betrag sich die Regelgröße ändert, wenn der Stellbereich des Stellgliedes durchfahren wird. Das Zeitverhalten kann in den meisten Fällen durch Aufnahme der "Sprungantwort" bestimmt werden. Am Stellglied wird eine sprunghafte Änderung vorgenommen und am Messort die zeitliche Änderung der Regelgröße bis zum Beharrungszustand re-gistriert. Die das dynamische Verhalten kennzeichnenden Parameter Tu (Verzugs-zeit) und Tg, (Ausgleichszeit) können Abb. 4 entnommen werden. Das Verhältnis Tu/Tg ist ein Maß für den Schwierigkeitsgrad S der Regelstrecke.

Tu Verzugszeit, Tg Ausgleichszeit, WP Wendepunkt, Auswertung: S = Tu/Tg, KS = ∆x/∆y bei linearer Kennlinie.

Abb. 4 Kenngrößen zur Kennzeichnung des dynamischen Verhaltens von Regelstrecken. Tabelle 1 zeigt typische Werte der erläuterten Kenngrößen für Regelstrecken in Hei-zungsanlagen. Tabelle 1 Kenngrößen für Regelstrecken in der Heizungstechnik Regelgröße Kenngrößen der Regelstrecke, Werte Tu Tu/Tg XhS 1. Kesselwassertemperatur 1 ... 5 min 0,05 ... 0,15 ~ 20 K 2. Kaminzug 1 ... 3 s 0,3 ... 1 3 ... 10 mbar 3. Mischwassertemperatur

(Vor- und Rücklaufbeimischung) einschließlich Fühler

5 ... 20 s 0,2 ... 0,5 20 ... 70 K

4. Raumtemperatur Wohnbereich Treibhaus/Zelt

3 ... 5 min 3 ... 5 min

0,1 ... 0,3 0,1 ... 0,3

6 ... 10 K 20 ... 30 K

5. Warmwasser- Mischung temperatur Wärmeübertrager

0,5 ... 2 s 5 ... 30 s

0,1 ... 0,4 0,1 ... 0,8

30 ... 60 K 30 ... 60 K

6. Schwimmbad- Vorlauf wassertemperatur Rücklauf

10 ... 60 s 6 ... 8 h

0,1 ... 0,3 2 ... 8 K

7. Wärmeübertrager 10 ... 60 s 0,1 ... 0,6 10 ... 100 K


Unterschieden werden unstetige (meist Zweipunkt- oder Dreipunktregler) und stetige Regeleinrichtungen (meist P oder PI-Verhalten). Unstetige Regler, z. B. Zweipunkt-regler, gestatten nur zwei Schaltzustände (Ein oder Aus) in Abhängigkeit vom Istwert der Regelgröße, dem Sollwert und von der gewählten Schaltdifferenz. Dreipunktreg-ler weisen die Schaltzustände Auf-Zu-Halt auf. Stetige P-Regler geben ein zur Regelabweichung proportionales Stellsignal Y aus, dessen Größe vom gewählten Proportionalbereich abhängig ist. Der Proportionalbe-reich Xp gibt an, welche Regelabweichung vorhanden sein muss, damit der gesamte Steilbereich des Stellorgans durchfahren wird. So bedeutet ein Proportionsbereich Xp, von 2 K für ein Thermostatventil, dass bei Sollwerteinstellung entsprechend 20 °C das Ventil bei 20 °C Raumtemperatur dem Auslegungshub entsprechend geöffnet und bei 22 °C Raumtemperatur vollständig geschlossen ist. Kennzeichen von P-Reglern ist die bleibende Regelabweichung und die Neigung zur Instabilität (Schwingungen bei zu klein gewähltem Xp), beides in Abhängigkeit vom gewählten P-Bereich. Stetige PI-Regler kommen in der Regelung von Heizungsanlagen sehr häufig zum Einsatz. Mit dem zusätzlichen lntegralanteil (Einstellparameter am Regler ist die Nachstellzeit Tn) wird die Stellgröße Y so lange verändert, bis eine anstehende Re-gelabweichung beseitigt ist. Auch bei PI-Reglern besteht die Gefahr der Instabilität bei zu klein gewählten Werten für Xp und Tn. Ausführung und Anforderungen an Mess- und Regeleinrichtungen Messeinrichtungen Voraussetzung für jede Heizungsregelung ist eine genaue und zuverlässige Erfas-sung der Regelgröße mit Hilfe einer Messeinrichtung. Auch diese läßt sich - wie die Regelstrecke - durch das Beharrungs-(Übertragungs-)Verhalten und durch das Zeit-verhalten beschreiben. In vielen, v. a. ausgedehnten heiztechnischen Anlagen, werden die Messgrößen mit Hilfe von Messumformern in Einheitssignale, z. B. 0 bis 10 V, umgewandelt. Tabelle 2 fasst die wichtigsten Messgrößen in einer Heizungsanlage zusammen. Zukünftige Sensoren, z. B. zur Temperatur- oder Druckmessung, beinhalten Messfühler, An-passelektronik - u.a. zur Linearisierung der Fühlerkennlinie - und Ausgangsbaustein in einem Chip.


Tabelle 2 Messgrößen in einer Heizungsanlage Brennstoffvorrat Brennstoffverbrauch Betriebsstunden für Brenner Betriebsstunden für Pumpen Betriebsstunden für Ventilatoren Temperatur - Kesselvorlauf Temperatur - Kesselrücklauf Temperatur – Heizungsvorlauf Temperatur – Heizungsrücklauf Wärmemengenmessung – Verbraucher Abgastemperatur mit Signal O2-Anzeige mit Aufzeichnung CO-Anzeige mit Aufzeichnung (bei Gas) Leitfähigkeit – Speisewasser Außentemperatur Raumtemperatur Temperatur im Schornsteinkopf

Regeleinrichtungen Anforderungen an analoge und digitale Regeleinrichtungen und an ihre Komponen-ten für Heizungsregelungen finden sich in dem z.Zt. in Bearbeitung befindlichen Neuentwurf der DIN 32 729. Die wichtigsten Kriterien sind im folgenden Abschnitt zusammengefasst. Anforderungen an analoge und digitale Regeleinrichtungen für Heizungsanlagen

• Datensicherung Alle ab Inbetriebnahme von Betreiber und Fachpersonal eingegebenen Daten müssen mindestens 12 Stunden gesichert sein.

• Heizkennlinie und Kesselwasser-/Vorlauftemperatur Der Arbeitsbereich der Heizkennlinie kann für die Kesselwasser-/Vorlauftemperatur im Bereich von 20 bis 90 °C, für die Außentemperatur im Bereich von -20 °C bis +20°'C eingegeben werden. In den Technischen Unterlagen des Herstellers ist für die Heizkennlinie z. B. die Darstellung nach Abb. 5 zu wählen.

• Reduzierter Betrieb Die Änderung von Normalbetrieb auf reduzierten Betrieb sollte sich auf eine Raumtemperaturabsenkung beziehen. Die Absenkung der Kesselwasser-/Vorlauftemperatur muss mindestens bis 15 K einstellbar sein.

• Haltebetrieb Haltebetrieb erfolgt mit Einhalten einer Stütztemperatur des Raumes im Be-reich zwischen 5 °C und 20 °C.

• Abschaltbetrieb Bei Abschaltbetrieb erfolgt ein Abschalten der Energiezufuhr zum Heizkreis.

• Frostschutz In der Werkseinstellung und allen auf der Bedienungsebeneveränderbaren Einstellungen (Handbetrieb ausgenommen) muss bei allen Betriebsarten in-nerhalb des Heizbetriebes eine Frostschutzfunktion durch die MSR-Einrichtungen gewährleistet sein.


• Zeiteingaben - Digitaluhren Betriebszustände müssen über Zeiteingaben innerhalb eines Mindestzeitras-ters von 0,5 h einstellbar sein. Zeiteingaben müssen mindestens für 7 Tage möglich sein. Pro Tag müssen 4 Zeitschaltpunkte pro Heizkreis verfügbar sein. Die Zusammenfassung von Zeitschaltpunkten in Zeit-Blöcken ist zuläs-sig. - Analoguhren Betriebszustände müssen über Zeiteingaben bei Wochenuhren innerhalb ei-nes Mindestzeitrasters von 2 h und bei Tagesuhren von 0,5 h einstellbar sein.

• Stetige Ausgänge Bei Reglern mit stetigen Ausgängen sind vorzugsweise folgende Signale vor-zusehen: 0 (2) - 10V 0 (4) - 20 mA

• Handbetrieb Die von den MSR-Einrichtungen angesteuerten Stellgeräte wie beispielsweise Brenner, Pumpe und Stellantrieb müssen im Handbetrieb betrieben werden können.

• Die Genauigkeit der Messwerterfassung und Messwertdarstellung - s. Tabelle 3.

• Einstellmöglichkeiten Vom Betreiber mögliche Einstellungen der Bedienungsebene sind z. B.: Zeit-daten, Heizkennlinie, Betriebszustände wie Normalbetrieb, reduzierter Betrieb sowie Abschaltbetrieb und Temperaturwerte für den Normal- und reduzierten Betrieb. Die Einstellelemente müssen gut zugänglich und hinsichtlich der Ver-stellung von Richtung und Größe erkennbar sein. Vom Fachpersonal nach speziellen Herstelleranweisungen zugängliche Ein-stellmöglichkeiten sind z. B.: Frostschutz, Schaltdifferenz, Totzone sowie re-gierspezifische Daten. Festwertvorgaben sind zulässig.

• Bauliche Ausführung Anforderung an verschiedene Bauformen: - Geräte für den Schalttafelfronteinbau müssen für den Einbau in Schalttafel-

ausschnitte nach DIN 43 700 geeignet sein. - Geräte für 19"-Technik müssen den Anforderungen nach DIN 41 494 genü-

gen. - Geräte für den Einbau in Schaltschränken, sowie Geräte für Wandmontage

und zum Anbau am Stellorgan (z. B. Mischer) unterliegen keiner maßlichen Festlegung.


Abb. 5 Beispiel für gekrümmte Heizkennlinie (anderer Kurvenverlauf der Heizkennlinie ist mög-lich). Tabelle 3 Genauigkeit der Messwerterfassung und Messwertdarstellung Temperatur Temperaturbereich Sensorgenauigkeit im

vorgenannten Tempera-turbereich

Genauigkeit bei elekt-ronischer Messwertdar-stellung unter Nenn-Prüfbedingungen

Raumtemperatur Kesselwassertemperatur oder Vorlauftemperatur Außentemperatur

15 °C - > 25 °C 40 °C - > 60 °C - 10 °C - > 18 °C

± 0,8 K ± 1 K ± 1 K

± 1 K ± 2 K

± 1 K

Stelleinrichtungen Stelleinrichtungen werden überwiegend als Kombinationen von elektromagnetischen, elektrohydraulischen, elektromotorischen, elektrothermischen oder pneumatischen Antrieben - z. T. einschließlich der eingebauten Stellungsreglern - mit Ventilen, Mi-schern bzw. Hähnen und Klappen eingesetzt. Begriffe, Definitionen und Kenngrößen sind in den VDI/VDE-Richtlinien 2173/2175/2176 und 2177 festgelegt. Die wichtigs-ten Auslegungs- und Auswahlkriterien für Stellantrieb und Stellglied finden sich in Tabelle 4. Tabelle 4 Kriterien zur Auslegung und Auswahl von Stelleinrichtungen. Stellantrieb - Art und Größe der Hilfsenergie - Abstimmung auf Ausgangssignal des Reglers - Stellzeit - Notstellungen, falls erforderlich - Notwendige Zusatzeinrichtungen (z.B. Endschaler, Stellungs-Regler, Stellungsgeber) Stellglied - Ventilautorität - Ventilkennlinie - Stellverhältnis - max. zulässiger Differenzdruck - Leckverluste bei Hähnen und Klappen


Digitaltechnik - ZLT-(GLT-)Technik Zunehmend setzen sich in ausgedehnten, aber auch in kleineren Anlagen digitale Regelkonzepte durch. GLT- und DDC-Technik für Anlagen mit vielfältigen Mess-, Regelungs- und Steuerungsaufgaben sind heute in verstärktem Maße durch eine dezentrale oder verteilte Automatisierungsstruktur mit Aufteilung in geschlossene Teilprozesse für Heizungs-, Klima- und Kälteanlagen gekennzeichnet. Die zentrale Leitebene dient der übergeordneten Betriebsführung, Betriebsüberwa-chung und Datenprotokollierung, während die Teilprozesse in DDC-Unterstationen autark optimiert werden können. Im DDC-System stehen alle Prozessgrößen in ei-nem Gerät zur Verfügung und können im Rahmen fest oder frei programmierbarer Regelfunktionen untereinander verknüpft werden. In DDC-Unterstationen lassen sich bei digitaler Steuerung auch die Steuerfunktionen über Software programmieren: SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen). Nachträgliche Korrekturen sind durch Softwaremodifikationen möglich, die Verfüg-barkeit der Anlagen wird durch die eindeutige Zuordnung der DDC-Module zu den Anlagenkomponenten erhöht. Im Rahmen der Heizungstechnik liegen die Aufgaben von DDC-Regelsystemen bei den üblichen Steuerungs-, Regelungs- und Überwachungsaufgaben sowie bei Pro-grammen, z. B. für ▪ Heizungsoptimierung, ▪ adaptive Heizungsregelung, ▪ Zeitschaltprogramme, ▪ Einzelraumregelsysteme, ▪ bedarfsabhängige und optimierte Wärmeerzeuger- und Pumpensteuerung.

Abb. 6 zeigt den schematischen Aufbau einer GLT-Anlage mit DDC-Unterstationen. Unterschiede zwischen DDC- (Direct Digital Control) und Analogtechnik zeigt die Gegenüberstellung nach Tabelle 5. Tabelle 5 Unterschiede zwischen Analog- und Digitaltechnik.

DDC Analog - Digitaltechnik mit Rechner - Digitalverarbeitung der Prozessdaten - Adernsparende Buskommunikation - Programmierbar - Integrierte Steuerung - Optimierungsfunktion integrierbar - Echtzeitverarbeitung - Buskommunikation zu übergeordneten Systemen

- Analogtechnik ohne Rechner - Volle Analogverarbeitung - Vieladernsystem - Feste Funktion - Separate Steuerung - Separate Geräte - Separate Geräte - Ohne Buskommunikation


Abb. 6 Aufbau einer Gebäudeleittechnik-Anlage mit DDC-Unterstationen. Ein Katalog der Auswahl- und Anwendungskriterien für DDC-Regelgerätesysteme kann Tabelle 6 entnommen werden. Beispielhaft wird nur die Benutzeroberfläche behandelt. Die Abgrenzung der DDC-Technik zu der ZLT (Zentrale Leittechnik) oder GLT (Gebäudeleittechnik) wird zunehmend schwieriger, weil die digitale MSR-Technik bereits fast alle Funktionen einer ZLT oder GLT beinhaltet. Tabelle 6 Anforderungen an DDC-Regelgerätesysteme. 1. Benutzeroberfläche

Die Bedienung sollte möglichst einfach sein, ohne Programmierkenntnisse über maschinenorientierte Programmiersprachen vorauszusetzen. Dies gilt für: - Systemdialog - Parametrierung in vorgegebene Losten und Masken - Adressierung (Zuordnung der Prozess-Ein- und Ausgänge) - Textzuordnung - Konfigurierung (Verknüpfung der Prozess-Ein- und Ausgänge) - Datensicherung - Rechnereigenüberwachung

2. Kommunikation über Bus-Systeme 3. Anpassung bzw. Definition von Schnittstellen an vorhandene oder neue Sensoren, Regel-

und Steuereinrichtungen sowie Optimierungseinrichtungen 4. Gerätemontage und Installation 5. Gerätetechnik (Tastatur, Bildschirm, Ausgabegeräte)

Tabelle 7 zeigt eine Aufstellung der Merkmale, Eigenschaften und Vorteile zentraler Leitsysteme. Eine wertvolle Hilfe bei der Strukturierung und der Festlegung von Beg-riffs- und Funktionsdefinitionen liefert die VDI-Richtlinie 3854, Blatt 1., Gebäudeleittechnik.


Tabelle 7 Merkmale und Vorteile zentraler Leitsysteme. Durch die zentrale Verfügbarkeit der Daten ergeben sich folgende Hauptmerkmale für ein zentrales Leitsystem: 1 . Transparenz für den Betreiber

Dank dieser Transparenz sind jederzeit Aussagen verfügbar über: • Zustand der Anlage (bezüglich Störungen, Ausfällen etc.) • Betriebsmode der Anlage (Anlage eingeschaltet/ausgeschaltet) • Wartungs- und Serviceanforderungen der Anlagen

Diese Aussagen können protokollarisch festgehalten werden, und mit ihnen können von der Zent-rale her automatisch über Reaktionsprogramme oder von Hand Eingriffe (z. B. Sollwertfernverstel-lungen) an der Peripherie eingeleitet werden.

2. Möglichkeit einer systematischen zentralen Energie-Optimierung des gesamten Gebäudes, weil • Daten jederzeit als Berechnungsgrundlagen für die übergeordnete Energieoptimierung herbei- gezogen werden können.

3. Möglichkeit der Erstellung von Statistiken, Auswertungen über beliebige Informationen, weil • Daten bei Bedarf jederzeit den entsprechenden Programmen zugeordnet werden können.

Regelungstechnik auf der Wärmeerzeugerseite Für die Auslegung und Analyse einer Heizungsanlage hat sich die konsequente hyd-raulische und regeltechnische Gliederung in ▪ den Wärmeerzeugerteil, ▪ das Wärmeverteilnetz und in ▪ den Wärmeverbraucherteil bewährt

Einrichtung Gesamtfeuerungswärmeleistung Lfd.-Nr.

Messgröße Einrichtung

Gerät Kennzeichen (Abb.)

Messort < 5 MW ≥ 5 MW ... < 50 MW

1 Betriebsüberdruck Manometer 1) P WE/Vorlauf x x 2 Wasserstand Anzeiger 1) H WE/Vorlauf

Ausdehnungsgefäß

x x

3 Kesselwassertem-peratur

Thermometer Drucker / Schreiber

T DS

WE x x 0

4 Vorlauftemperatur Thermometer Drucker / Schreiber

T DS

WE/Vorlauf x x 0

5 Rücklauftempera-tur


T DS

WE/Rücklauf 0 0 0

6 Raumlufttempera-tur


T DS

beheizter Raum im Ge-bäude

0 0

7 Außentemperatur Thermometer Drucker / Schreiber

T DS

Außenfassade 0

8 Verbrennungsluft-temperatur


T DS

Heizzentrale 0 0

9 Abgastemperatur Thermometer Drucker / Schreiber

T DS

zwischen WE und Schorn-stein 2)

0 0 0

10 Sauerstoff oder Kohlendioxid

Anzeiger E DS

wie bei Abgas-temperatur

0 0

11 Kohlenmonoxid Anzeiger E DS


x 3) x

12 Schwefeldioxide Anzeiger E DS


x 4)

x


13 Stickstoffoxide Anzeiger E

DS wie bei Abgas-temperatur

14 Staub Anzeiger E DS


x 3)

x 15 Abgastrübung Anzeiger E wie bei Abgas-

temperatur x 5)

x 16 Abgasdruck Anzeiger P


0 0

17 Ölmenge Zähler Z DS

Brenner

18 Ölfüllstand Anzeiger H Öllagerbehälter x x 19 Feuerungsbe-

triebszeit Zähler Z

DS Brenner-Magnetventile

0 0 0

20 Wärmemenge Zähler Z DS

Heizzentrale 0 6) 0

0 6)

21 Füllwassermenge Heizzentrale Z Heizzentrale 0 Abb. 7 Mess-, Überwachungs- und Anzeigeeinrichtungen ölbefeuerter Wärmeerzeuger. X vorgeschrieben, 0 empfohlen. 1) Manometer in geschlossenen Anlagen. Wasserstandshöhenan-zeiger in offenen Anlagen nach DIN 4751, T. 1, und in geschlossenen Anlagen an Ausdehnungsgefä-ßen ohne Membrane. 2) Der Messort ist entsprechend 1. BImSchV oder TA Luft festzulegen. 3) Vor-geschrieben nur bei Einzelfeuerungen > 25 MW (TA Luft). 4) Vorgeschrieben nur bei Emissionsmas-senstrom größer 50 kg/h, nicht aber bei Verwendung von Heizöl mit Schwefelgehalt kleiner 1 % (TA Luft); gemessen werden Schwefeldioxid (SO2) und Schwefeltrioxid (SO3) als SO2 angegeben. 5) Vorgeschrieben nur bei Einzelfeuerungen 5 bis 25 MW oder 5 bis 50 MW bei Verwendung von Heizöl mit Schwefelgehalt kleiner 0,3 % (TA Luft). 6) Die Verordnung über die verbrauchsabhängige Abrech-nung der Heiz- und Warmwasserkosten ist zu beachten.

Mess-, Überwachungs- u. Anzeigeeinrichtun-gen

Gesamtfeuerungswärmeleistung Lfd.-Nr.

Messgröße

Einrichtung

Kennzeichen (Abb.)

Messort < 10 MW

≥ 10 MW ... < 100 MW

1 Betriebsüberdruck Manometer 1) P Wärmeerzeu-ger WE

x x

2 Wasserstand Anzeiger 1) H Ausdehnungsgefäß oder WE

x x

3 Kesselwassertem-peratur


T DS

WE x x 0

4 Vorlauftemperatur Thermometer Drucker / Schreiber

T DS

WE/Vorlauf x x 0

5 Rücklauftempera-tur


T DS

WE/Rücklauf 0 0 0

6 Raumlufttempera-tur


T DS

beheizter Raum im Ge-bäude

0 0

7 Außentemperatur Thermometer Drucker / Schreiber

T DS

Außenfassade 0 0

8 Verbrennungsluft-temperatur


T DS

Heizzentrale 0 0

9 Abgastemperatur Thermometer Drucker / Schreiber

T DS

zwischen WE und Schorn-stein oder hinter der Strömungssi-cherung2)

0 0

10 Sauerstoff oder Kohlendioxid

Anzeiger E DS


0 0

11 Kohlenmonoxid Anzeiger E DS


x 3) x


12 Abgasdruck Anzeiger P


0 0

13 Gasdruck Anzeiger P DS

Gaszuleitung x 4) x 4)

14 Gasmenge Zähler Z DS

Brenner 0 0

15 Feuerungsbe-triebszeit

Zähler Z DS

Brennermag-netventil

0 0 0

16 Wärmemenge Zähler Z DS

Heizzentrale 0 5) 0

0 5) 0

17 Füllwassermenge Anzeiger Z

Heizzentrale 0

Abb. 8 Mess-, Überwachungs- und Anzeigeeinrichtungen gasbefeuerter Wärmeerzeuger. X vorgeschrieben, 0 empfohlen. 1) Manometer in geschlossenen Anlagen. Wasserstandshöhenan-zeiger in offenen Anlagen nach DIN 4751, T. 1, und in geschlossenen Anlagen an Ausdehnungsgefä-ßen ohne Membrane; 2) Der Messort ist entsprechend 1. BImSchV oder TA Luft festzulegen. 3) Vor-geschrieben nur bei Einzelfeuerungen > 50 MW (TA Luft). 4) Vorgeschrieben bei Einzelfeuerung mit Gebläsebrenner > 350 kW (DIN 4788 Teil 2): empfohlen bei Brenner ohne Gebläse. 5) Die Verord-nung über die verbrauchsabhängige Abrechnung der Heiz- und Warmwasserkosten ist zu beachten. Hydraulik Vorschläge für hydraulische Schaltungen in Ein- und Mehrkesselanlagen finden sich in der z. Z. in Bearbeitung befindlichen VDI-Richtlinie 2073: "Hydraulische Schaltun-gen in heiz- und raumlufttechnischen Anlagen", sowie im VDMA Einheitsblatt 24770: "Kesselfolgeschaltungen, Grundschaltungen, hydraulische Forderungen, Zu- und Abschaltkriterien". Mit dem Ziel eines umweltschonenden Betriebes und einer hohen Gesamtwirtschaft-lichkeit sind die Anforderungen an Heizungsanlagen und an den Wärmeerzeuger gegenüber älteren Anlagen deutlich erhöht. Hierzu zählen: ▪ Schnell regelbare Feuerungen für Kessel mit z.T. kleinem Wasserinhalt, das heißt

hoher Aufheizgeschwindigkeit. ▪ Z.T. variable Wasservolumenströme durch Einsatz von vielfältigen Heizkreisrege-

lungen und hydraulischen Schaltungen ohne hydraulischen Entkoppler (s. u.) ▪ Entwicklung von besonders wirtschaftlichen Heizkesseln mit hohen Kesselwir-

kungsgraden und sehr niedrigen Abgastemperaturen. ▪ Häufige Betriebsunterbrechung einschließlich Totalabschaltungen des Heizkes-

sels im abgesenkten Heizbetrieb. ▪ Einsatz von Optimierungsschaltungen, dadurch extrem lange Absenkzeiten, zum

Beispiel Wochenendabschaltungen. ▪ Betrieb der Heizkessel mit zweistufigen oder modulierenden Brennern. Um die Funktionen und Betriebssicherheit der gesamten Heizungsanlage sicherzu-stellen, sind daher die von den Herstellern genannten Betriebsbedingungen einzuhal-ten. Für die ordnungsgemäße Funktion der Heizungsanlage und den bestimmungs-gemäßen Einsatz sind verschiedene Kriterien zu beachten: ▪ Zulässige Temperatur des Heizkessels (mindest bzw. maximal). ▪ Volumenströme durch den Wärmeerzeuger. ▪ Mindestrücklauftemperaturen. ▪ Mindestabgastemperaturen. ▪ Totalabschaltung des Heizkessels.


▪ Mindestkesselleistung.

Die Gewichtung der einzelnen Punkte ist abhängig von der Konstruktion des Wärme-erzeugers bzw. von dessen nachfolgend genannten Anwendungs- und Einsatz-merkmalen: ▪ Heizkessel mit konstanten Betriebstemperaturen. ▪ Niedertemperaturheizkessel gem. HeizAnlV ▪ Brennwertheizkessel.

Die Forderung nach definierten Betriebsbedingungen von Wärmeerzeugern hat ent-scheidende Auswirkungen auf die hydraulische Schaltung und auf die notwendigen Regel- und Steuerfunktionen. Dieses trifft im besonderen für Heizkessel größerer Leistung, Wärmeerzeuger mit Sonderfunktionen, wie zum Beispiel Brennwertheiz-kessel, und für Mehrkesselanlagen zu. Eine Sammlung bevorzugt einzusetzender hydraulischer Schaltungen für Ein- und Mehrkesselanlagen findet sich in Abb. 11a bis 11g.

Abb. 11a Hydraulischer Entkoppler: Rücklaufanhebung durch Rückgriff auf Heizgruppenregel-ventile.


Abb. 11b Hydraulischer Entkoppler: Stetige Rücklaufanhebung je Kessel. Lastabhängige Kes-sel- und Brennerfolgeregelung mit Kesseltemperaturfühlern. Gleitende Regelung der Kessel-temperatur nach der Außentemperatur.

Abb. 11c Hydraulischer Entkoppler: Stetige Rücklaufanhebung mit gemeinsamem Stellorgan (Dreiwegemischventil).


Abb. 11d Druckbehafteter Verteiler: Rücklaufanhebung mit Kesselbeimischpumpe (bei Moder-nisierung bestehender Anlagen und Übernahme der Hydraulik).

Abb. 11e Druckbehafteter Verteiler: Brennwertkessel und konventioneller Kessel (mit eigener stetiger Rücklaufanhebung) in Serie geschaltet.

Abb. 11f Druckbehafteter Verteiler: Brennwertkessel ohne Rücklaufanhebung.


Abb. 11g Hydraulischer Entkoppler: Einbindung eines Kessels mit Abgaswärmetauscher. Gegenüber den früher eingesetzten Kesseln mit konstant geregelter Kesseltempera-tur und mit hohen Betriebsbereitschafts- und Strahlungsverlusten sind bei modernen Wärmeerzeugern nur noch die Abgasverluste von Bedeutung. Strahlungs-, Konvekti-ons- und Betriebsbereitschaftsverluste heutiger Kessel sind vernachlässigbar. Die Nutzungsgrade sind deshalb im Teillastbetrieb am größten (Abb. 12); dies gilt nicht nur, wie dargestellt, für Brennwertkessel, sondern für alle modernen Kessel, auch mit einstufigem Brennerbetrieb.

Abb. 12 Teillastnutzungsgrad von Brennwertkesseln.


Zur Realisierung umwelttechnischer und wirtschaftlicher Forderungen, wie geringe Schalthäufigkeit und hoher Nutzungsgrad, wird sich die hydraulische Entkopplung zwischen Wärmeerzeuger- und Wärmeverbraucherseite (differenzdruckarmer Vertei-ler) in der Praxis immer stärker durchsetzen. Die wesentliche Forderung ist hierbei das Einhalten konstanter Kesselwasservolumenströme unabhängig von der Verbrau-cher- und von der Kesselbelastung. Kessel mit Abgaswärmetauscher (Bild 11 g) und Brennwertkessel (Bild 11 e und f) erfordern eigene hydraulische und regelungstechnische Lösungen mit zum Teil recht hohem Zusatzaufwand. Hier kommt es darauf an, dem Kessel das niedrigstmögliche Rücklauftemperaturniveau anzubieten. Dabei kann der Kesselwasservolumenstrom in weiten Bereichen schwanken, wenn dies von der Kesselkonstruktion her erlaubt ist. Bei Brennwertkesseln sollten modulierende Brenner mit kleiner Grundlaststufe eingesetzt werden. Kessel- und Brennerstufenfolge Die steuerungs- bzw. regelungstechnische Zu- und Abschaltung der Kessel- und Brennerstufen bei Mehrkesselanlagen richtet sich nach dem angeschlossenen Verteilernetz, den zugehörigen Verbrauchern und der Hydraulik auf der Wärmeerzeuger- und Wärmeverbraucherseite. Für das Anfahren eines Kessels aus dem kalten Zustand sind verschiedene Verfahren möglich: ▪ Aufheizen ohne Durchfluss bis zu einer unter der Kesselnenntemperatur liegen-

den Grenztemperatur, dann Durchflussfreigabe. ▪ Aufheizen mit sofortiger Durchflussfreigabe. ▪ Aufheizen im internen Zirkulationsbetrieb, früher häufig mit sogenannten Kes-

selbeimischpumpen und einer sogenannten Anheizsperre, heute bei Einsatz hyd-raulischer Entkoppler mit eigenem, dem Kessel zugeordneten stetigen Dreiwege-stellglied (Abb. 11 b) oder Rückgriff auf einen oder mehrere Verbraucherheiz-kreisregler (Abb. 11 a).

Die zuletzt beschriebenen Methoden dienen auch zur Kesselrücklauftemperaturan-hebung. Die Entscheidung darüber, ob eine Kessel oder Brennerstufe zu- oder weg-geschaltet werden muss, kann sich auf verschiedene Parameter abstützen. Hierfür kommen in Frage: ▪ Die gemeinsame Kesselvorlauftemperatur, ▪ die Übergabetemperatur, ▪ die Rücklauftemperatur, ▪ die Außentemperatur, ▪ die Brennerbelastung, bei Zweipunktregelung ermittelt aus dem Ein-/ Ausschalt-

verhältnis, bei stetiger Regelung aus dem Stellsignal oder davon abgeleiteten Größen,

▪ die abgegebene Wärmeleistung (Wärmezähler), ▪ Die Ventilstellung der Netzbeimischung.


Die zweckmäßigsten Lösungen erhält man, wenn von einem einzigen Parameter aus die Stufen zu- und abgeschaltet werden können. Als besonders geeignet für die Kes-selfolgeschaltung sind zu nennen: ▪ Die Gesamtwärmemenge aller Verbraucher oder ersatzweise das Brennerein-/ -

ausschaltverhältnis bzw. das stetige Ausgangssignal bei modulierenden Bren-nern.

▪ Die intelligente und mit einem Mikroprozessor mögliche Auswertung der Einzel-kesseltemperatur (Abb. 11 b) und/oder der gemeinsamen Kesselvorlauftempera-tur bzw. der Übergabetemperatur.

Der Sollwert der Kesseltemperatur kann von der Außentemperatur oder von einer anderen Größe geführt werden (Niedertemperatur- oder Brennwertkessel mit gleiten-der Betriebsweise), wobei in größeren Anlagen die Möglichkeit der Koordination von Wärmeerzeuger- und Wärmeverbraucherregelung, z.B. bei Einsatz von Optimie-rungseinrichtungen, von Bedeutung ist. Führungs-, Folge- und Parallelbetrieb Wegen der eindeutigen Priorität der Abgasverluste wird zukünftig bei modernen Mehrkesselanlagen die konventionelle Kesselfolgeschaltung durch einen weitgehen-den Parallelbetrieb bei Kesseln mit zweistufigen und modulierenden Brennern ersetzt werden: Abb. 13a bis d.



Abb. 13a bis d Variationen der Kessel- und Brennerstufenfolge. Ein sinnvoller Kompromiss zwischen Minimierung der Kesselbetriebsbereitschaft und hohen Nutzungsgraden bei niedrigen Abgasverlusten stellt z. B. folgender Ablauf der Kessel- und Brennerstufenschaltung für eine Zweikesselanlage mit zweistufigen Brennern dar: Reihenfolge bei steigender Last: ▪ Kessel 1, Brennerstufe 1 ▪ Kessel 1, Brennerstufe 2 ▪ Kessel 2, Brennerstufe 1 (gleichzeitig Abschaltung von Brennerstufe 2, Kessel 1) ▪ Kessel 1, Brennerstufe 2 ▪ Kessel 2, Brennerstufe 2. Vorausgesetzt wird, dass die Kesselleistung bei Betrieb der beiden ersten Brenner-stufen mehr als 50 % der max. Kesselleistung mit beiden Brennerstufen beträgt (Abb. 13c). Ein weitgehender Parallelbetrieb der beiden ersten Brennerstufen bei niedrigen Abgas- und Betriebsbereitschaftsverlusten ist hierbei gewährleistet. Die verschiede-nen Regel- und Steuerfunktionen für Mehrkesselanlagen werden immer weniger durch die konventionelle Analogregeltechnik bzw. durch eine Steuerungstechnik mit Schützen, Zeitrelais usw. erfüllt werden. Vielmehr werden sich auch hier durch Einzug der Mikroprozessortechnik fest pro-grammierte oder frei programmierbare Steuerungen und Regelungen durchsetzen:


▪ Mikroprozessorregelgeräte in Kompakt oder Modulbauweise. ▪ DDR-Regelsysteme (Direct Digital Control). ▪ SPS-Systeme (Speicherprogrammierbare Steuerungen). Im Bereich mittlerer Leistungen (bis ca. 10 MW) weisen Kompakt- und Modulgeräte vielfach Vorteile gegenüber frei programmierbaren Systemen auf, da sie keine allzu hohen Anforderungen an das Anlageverständnis und an das Bedienungspersonal stellen. Regelungstechnik auf der Wärmeverbraucherseite Die Varianten zentraler und dezentraler Regeleinrichtungen für Wohngebäude kön-nen einer älteren Aufstellung in der VDI-Richtlinie 3808 "Energiewirtschaftliche Beur-teilungskriterien heiztechnischer Anlagen" entnommen werden: Abb. 14.


Zentrale Regeleinrichtungen Wohnbauten Nichtwohnbauten Ausführungs-form ------------ Regelprogram-me

Witterungsgeführ-te Vorlauftempe-raturregelung mit/ ohne Adaption

Raumtemperatur-regelung

Bemerkungen Witterungsgeführte Vorlauftemperaturrege-lung mit/ohne Adaption

Bemerkungen

Mischer oder Ventil

Mischer oder Ventil

und/oder Kessel und/oder Kessel evtl. separate oder gekoppelte Kessel-folgeschaltung

und/oder Kessel Kesselfolgeschaltung

Ausgangsschal-tung

Pumpenabschal-tung

Pumpenabschal-tung

Pumpenabschaltung

Vorlauftempera-tur-Absenkung

Raumtemperatur-Absenkung

Vorlauftemperatur-Absenkung

Totalabsenkung bis ca. +2°C Außentemperatur

Totalabsenkung bis ca. +2°C Außentemperatur

Absenkpro-gramme

Temperaturvari-able Optimierung (Raumerfassung)

Zeitvariable Optimie-rung (Raumerfassung) mit/ohne Adaption

Wochen- und/oder Jahresuhr

Raumaufschal-tung

Witterungsauf-schaltung

Raumaufschaltung

Sonnenaufschal-tung

Bedingt Teilung nach Himmelsrich-tung

Sonnenaufschaltung Bedingt Teilung nach Himmelsrichtung

Zusatzaufschal-tung

Windaufschaltung Windaufschaltung Integrierter Brauchwasser-regelkreis mit/ohne Vor-rangschaltung mit Kesselbeein-flussung mit/ohne Uhren-schaltung

x x x

x x x

teilweise mit integ-riert oder externer Uhr

wie bei Wohnbauten

größere Nichtwohnbauten verfügen meist über eine separate Brauchwasser-bereitung und Regelung

Dezentrale Regeleinrichtung (Wohn- und Nichtwohnbauten) Ausführungsform ------------------ Absenkprogramme

Raumtemperatur-Regelung ohne Hilfsenergie mit Hilfsenergie Thermostatische Raumtemperatur- Raumtemperatur Heizkörperventil Regeleinrichtung Regeleinrichtung Zwei-Punkt stetig (mit Ventil) (mit Ventil)

Bemerkungen

manuell x x x zentrale Uhr x (teilweise mit Zusatz) x x auch als Wochen-

und/oder Jahresuhr dezentrale Uhr x x zeitvariable Optimie-rung über zentralen Computer

x x

Abb. 14 Übersicht: Regelungstechnische Ausstattungsvarianten von heiztechnischen Anla-gen. Die weitgehend auf analoger Technik basierenden Funktionen sind heute durch wei-tere, nur mit Digitaltechnik zu realisierende Regelfunktionen erweitert worden: Tabel-le 8.


Tabelle 8 Spezifische Funktionen digitaler Regler. Der digitale Regler ermöglicht:

• Eine Vielfalt von Funktionen, wie mathematische Verknüpfungen, z.B. zur Berechnung von Ge-bäudekennlinien, zur Adaption der Heizkennlinien, Zeitverknüpfungen, z.B. Blockierschutz für Pumpen und Mischer

• Automatische, jahreszeitliche oder temperaturbedingte Einschalt- und Abschaltfunktionen • Zugriffschutz von anlagen- oder kesselspezifischen Einstellungen • Anzeige von Informationen • Anpassungen an den Kessel • Anpassungen an die Anlage • Kleine Baugröße

Auswahl- und Anwendungshinweise für die wichtigsten zentralen und dezentralen Regelungsarten finden sich in den Abb. 15a bis e. Abb. 15a bis e Auswahl- und Anwendungshinweise für zentrale und dezentrale Regelungen.

Wirkungsweise

Zentrale Raumtemperatur-Regelung direkt auf Brenner wirkend. Umwälzpumpe kann angesteuert werden Zweipunktregelung mit Rückfüh-rung Witterungsgeführte Regelung der Vorlauftemperatur (oder nach einer anderen Führungs-größe, z.B. nach der Heizlast) Gleitende Kesseltemperatur bei Niedertemperaturkesseln a) nur auf Brenner wirkend b) auf Brenner und nachgeschal-tete Mischerregelung c) konventionelle Kessel mit nachgeschalteter Mischerrege-lung. Bedarfsgeführte Pumpensteue-rung

Anwendungshinweise Einzeletagenheizung kleinere EFH, üblich sind Umlauf-Gaswasserheizer und Kombi-Gaswasserheizer (für Heizung und Warmwasser) Kombi-Wasserheizer EFH, MFH und NWB mit Kesseln für Gebläsebrenner und atmo-sphärische Brenner Nachgeschaltete Mischerregelung für: gleichmäßige Vorlauftempera-tur - Vermeiden von Übertemperatu ren nach Brauchwasserladung - mehrere Heizkreise (siehe auch Zonenregelung), zusätzli- che Raumtemperaturerfassung in Referenzraum für - Erfassen von Fremdwärme (Raumtemperaturaufschaltung) - eingeschränkten Heizbetrieb (Heizoptimierungsfkt.) - Überwachung einer Gebäude- schutztemperatur - Raumtemperaturregelung mit Vorlauftemp.-Regel. in Kaskade - Adaption der Heizkennlinie und der Optimierungsparameter

Bemerkungen

Eine zentrale Raumtempera-turregelung kann eingesetzt werden, wenn ein Raum dau-ernd als vorwiegend genutzter Aufenthaltsraum dient. Eine Vorlauftemperaturrege-lung wird eingesetzt, wenn mehrere Räume als dauernd genutzte Aufenthaltsräume dienen. (Heutige Standardlösung zu-sätzlich Einzelraumregelung gesetzlich vorgeschrieben) Meist zusammen mit separat geregeltem Warmwasserspei-cher, Warmwasservorrang-schaltung über Ladepumpe Nachgeschaltete Mischerrege-lung zum Vermeiden von Übertemperaturen nach Warmwasservorrangschaltung

Abb. 15a


Wirkungsweise

Getrennte Vorlauftemperatur-Regelung für Heizkreise (Regel-gruppen) nach der Außentempe-ratur oder nach anderer Füh-rungsgröße. Getrennte Einstellmöglichkeiten der Heizkurve sowie der Zeiten für eingeschränkten Heizbetrieb Autonome Einzelregler oder Gesamtsystem (DDC-Technk) Möglichkeit des Rückgriffs bzw. der Regelung des Wärmeerzeu-gerkreises (s. dort)

Anwendungshinweise Bei unterschiedlichen Betriebs-zeiten. Bei unterschiedlichen Heizungssystemen. Bei unterschiedlichen Gebäude-konstruktionen. Bei Aufteilungen hinsichtlich der Himmelrichtungen. Bei verschiedenen Verbrauchern mit unterschiedlichen Regelsys-temen. Bei Kombinationen von Hei-zungs- und Lüftungssystemen. Bei Gebäudeteilen mit unter-schiedlichen Formen des zeitlich eingeschränkten Heizbetriebes. Bei Anlagen, wo noch Erweite-rungen vorgesehen werden sol-len. Bei Verteilerstationen mit unter-schiedlichen hydraulischen Schaltungen.

Bemerkungen

Entscheidung über autonome Einzelregler oder Gesamtsystem nach technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunk-ten

Abb. 15b

Wirkungsweise

Vorlauftemperaturregelung für Fußbodenheizungen nach der Außentemperatur oder nach der Heizlast oder konstant. Eine zentrale RT-Regelung von Fußbodenheizsystemen ist falsch. Regler für kombinierte Radiato-ren-Fußbodenheizungen sollten für beide Regelkreise getrennte Einstell- und Ausgangsglieder aufweisen. Zeitprogramme sind ebenfalls getrennt einzustellen.

Anwendungshinweise EFH (z.T. MFH und NWG) Häufig kombiniert mit Heiz-körpern. Getrennte Regel(misch-)kreise wegen unterschiedli-chen Temperaturniveaus in jedem Fall erforderlich.

Bemerkungen

Grundsätzlich sind FBH vor Über-schreiten der höchstzulässigen Temperaturen durch Einbau eines gesonderten Temperaturwächters (Abschalten der Pumpe) zu schüt-zen. Günstig ist hierbei der Einsatz eines T-Fühlers für Regel- und Sicherheitsfunktionen. Bei kombinierten Systemen (Radia-toren und Fußbodenheizungen) sollte bevorzugt die FBH die Grundlast decken, die Radiatoren Heizlastschwankungen ausgleichen. Die Regelungsfähigkeit von FBH, v.a. mit hohen Speichermassen, ist ungünstiger als bei flinken Heizkör-perheizungen Dies ist gültig für FBH in konventioneller, schwerer Bauweise. Wärmeabgabeverhalten, Dynamik des eingeschränkten Heizbetriebes sowie der Fremd-wärmeausnutzungsgrad unter-scheiden sich wesentlich vom Ver-halten bei Heizkörpern. Gesonderte Einstellung bzw. Adap-tion (Selbsteinstellung) der Regel-parameter ist daher unumgänglich.

Abb. 15c


Wirkungsweise

Einzelraumregelung Dezentrale Raumtemperaturre-gelung bestehend aus Ventilteil und Regler (ohne Hilfsenergie) Dezentrale Raumtemperaturre-gelung durch Änderung des Heizkörpervolumenstromes mit herkömmlichem Ventilunterteil und separatem Antriebs- und Reglerteil Zeitlich eingeschränkter Heizbe-trieb erfolgt selbsttätig und ist für jeden Raum individuell einstell-bar.

Anwendungshinweise Wohn- und Nichtwohngebäude Allgemein gilt für ERR: Zum Erreichen einer befriedigen-den Regelgüte: Vorregelung (z.B. Witterungsge-führt) und sorgfältige Auslegung und hydraulischer Abgleich erfor-derlich (siehe VDI-2073) Wohn- und Nichtwohngebäude

Bemerkungen

Nicht in Räumen einsetzen, in denen Raumtemperaturfühler für zentrale Regeleinrichtun-gen installiert sind. Durch unterschiedliche Metho-den der Voreinstellung Anpas-sung an Auslegungsvolumen-strom Auslegung nach VDI 2073 Einsparpotential durch selbst-tätigen Absenkbetrieb abhän-gig von - Dauer der Heizunterbrechung - Gebäudekonstruktion - Größe und Wärmeleistung der Heizkörper

Abb. 15d

Wirkungsweise

Einzelraumregelung Zentral und/oder dezentral steu-erbare Einzelraumtemperaturre-gelung (FER) Zentrale (ferngesteuerte) Einstellung der Einzelraumtemperatursollwerte und der Einzelraum-zeitprogramme Dezentrale Korrekturmöglichkeit durch Sollwertsteller im Raum Ausbaumöglichkeiten durch - Präsenzfühler - Fensterkontakte . . . System besteht aus - Ventil mit - thermischen - elektromagnetischen oder - elektromotorischem Stellantrieb für jeden Heizkör- per oder für mehrere Heizkör- per eines Raumes gemeinsam - Raumtemperaturregler - Sollwertsteller mit Gradeintei- lung - RT-Fühler - Leitungsinstallation

Anwendungshinweise FER mit zentraler Warte in - Schulen, Ausbildungszentren (Bedienung bevorzugt im Haus meisterdienstraum) - Kasernen - Krankenhäusern - Hotels FER mit dezentraler Einstellung: - Kranken- und Schwestern- zimmern - Verwaltungsräume

Bemerkungen

Für die Wiederaufheizung ist eine generelle Anhebung der Vorlauftemperatur oder eine Kommunikation mit der zentra-len Vorlauftemperaturregelung erforderlich. Wirtschaftlichkeit gegenüber zentraler Vorrege-lung mit zentral gesteuertem eingeschränktem Heizbetrieb sowie nachgeschalteten Ein-zelraumreglern als Thermos-tatventile oder als elektroni-sche Heizkörperregler in je-dem Fall zu untersuchen. Nachträgliche Leistungsinstal-lation v.a. bei der Nachrüstung ist in vielen Fällen erforderlich.

Abb. 15e


Wesentliche Energieeinsparungen sind durch eine optimierte Wärmeverbraucherre-gelung möglich; im wesentlichen durch stärkere Ausnutzung des zeitlich einge-schränkten Heizbetriebes (Absenkung, Abschaltung, Heizungsoptimierung) mit neu-en zentralen Digitalreglern und dezentral angeordneten, digitalen Einzelraumreglern und -systemen. Heizungsoptimierung Die Zielsetzung frühestmöglicher Abschaltung (optimum off) und spätestmöglicher Wiedereinschaltung (optimum on) wird mit sogenannten Heizungsoptimierungsfunk-tionen erreicht: Abb. 16. Gleichbleibende Komfortbedingungen in den Nutzungszeit-räumen sind dabei trotzdem zu gewährleisten. Aufgabe der Heizungsoptimierungs-funktion ist die bedarfsgerechte Abschaltung bzw. Freigabe der Heizenergie.

Abb. 16 Temperaturverlauf bei Heizungsoptimierungsfunktionen mit zeitvariabler Aufheizung. Unterschieden werden Verfahren: ▪ Mit Raumtemperaturfühler, ▪ ohne Raumtemperaturfühler, die nach einem Modell für die Gebäudeaufheizung

bzw. -abkühlung arbeiten. Um einen erfolgreichen Betrieb der Optimierungseinrichtungen sicherzustellen, müs-sen die Heizungsanlage, die Geräte sowie die Abstimmung der Geräte auf die Hei-zungsanlage eine Reihe von Anforderungen erfüllen.


In Tabelle 9 sind die Anforderungen an die Heizungsanlage, an die Hydraulik und an die notwendigen Regelfunktionen für den Einsatz der Heizungsoptimierungsfunktion zusammengestellt. Anerkannte Berechnungsverfahren, z. B. der VDI-Richtlinie 3808 und der neu bearbeiteten VDI 2067, ermöglichen die Vorausberechnung der Ener-gieeinsparung durch Einsatz von Heizungsoptimierungsfunktionen im Vergleich zur konventionellen Nachtabsenkung des Vorlauftemperaturniveaus: Abb. 17. Tabelle 9 Anforderungen für den Einsatz von Heizungsoptimierungsfunktionen

• Gebäudeteile mit unterschiedlichen Nutzungsanforderungen sollten separate Heizkreise aufweisen. • Es sollte ständig die gleiche oder außentemperaturabhängig variable, jedoch reproduzierbare Leistung zum Aufhei-

zen zur Verfügung stehen. Bei Anlagen mit Fernwärmeversorgung muss die Einhaltung dieser Voraussetzung über-prüft werden.

• Wärmeerzeuger und Heizflächen sollten genügend Aufheizleistung haben, um bei Normaußentemperatur die Raum-temperatur um ca. 8 K innerhalb von 8 bis 10 h zu erhöhen. Ist das nicht der Fall, muss ein System gewählt werden, das die Absenkung in Abhängigkeit der Außentemperatur reduziert oder die Absenkung ab einer bestimmten Außen-temperatur unterdrückt.

• Ist eine Pumpe mit Drehzahlregelung vorhanden, so ist diese gemäß dem Optimierungsprogramm zu schalten. Anforderungen an die Abstimmung der Geräte an die Heizungsanlage • Bei Kesselanlagen mit Kesselfolgeschaltung, Mehrstufenbrenner, gleitender Kesseltemperatur u.ä. sollte eine Schal-

tung zur Realisierung der maximalen Aufheizleistung möglich sein. • Die Rücklauftemperaturbegrenzung der Kessel muss sichergestellt sein. • Die Anlage sollte hydraulisch abgeglichen sein. Kesselkreis- und Heizkreisvolumenströme sollten weitgehend kon-

stant sein. • Alle Gebäudeteile und Leitungsabschnitte müssen frostgeschützt sein. • Der Referenzraum für einen Raumfühler muss repräsentativ für die Hauptnutzung der vom Optimierungssystem be-

einflussten Räume sein (z.B. keine innenliegenden Räume, Foyers, Flure, Lagerräume, Wandelgänge). • Zur Sicherheit sollte als Referenzraum der thermisch ungünstigste Raum gewählt werden (z.B. Eckräume an

Nord/Nord-West-Seite, alle Räume mit großem Außenflächenanteil und geringem Fremdwärmeaufkommen). • Sind im Referenzraum Thermostatventile montiert, müssen diese auf einen Sollwert oberhalb des Tagessollwertes

des Optimierungsgerätes eingestellt werden. • Vom Referenzraum können nicht parallel andere Systeme, z.B. Klima, Lüftung, Heizung, geregelt werden.

Abb. 17 Wärmeverbrauchsminderung durch Einsatz von zentralen Heizungsoptimierungsfunk-tionen im Vergleich zur konventionellen Nachtabsenkung.


Adaption der Heizkennlinie Um die Bedienung und die Einstellung moderner Regler zu vereinfachen, werden heute "selbstlernende" Regler mit Selbstadaption der Heizkurve und der für die Vor-lauftemperaturregelung und für die Heizungsoptimierung notwendigen Regelparame-ter eingesetzt. Unter Adaption versteht man die Fähigkeit eines Regelgerätes, eine heizflächen- und gebäudespezifische Heizkurve selbsttätig zu ermitteln. Durch den Adaptionsvorgang wird die Heizkennlinie so eingestellt, dass unter Vernachlässigung von Fremdwärme bei allen Außentemperaturen eine konstante Temperatur im Referenzraum herrscht. Die vor der Adaption vorgegebene Grundeinstellung der Heizkennlinie wird dabei in Krümmung und Steilheit korrigiert, wobei die Festlegung von Grenzwerten sinnvoll ist. Die Adaption ist nach Ablauf einer Adaptionszeit abgeschlossen. Die Adaption arbeitet mit folgenden Parametern: ▪ Außentemperatur ▪ Raumtemperatur ▪ Vorlauftemperatur ▪ Täglicher Adaptionszeitraum. Für den Adaptionsvorgang gelten folgende Bedingungen: ▪ Ermittlung nur bei durchgehendem Heizbetrieb (möglicherweise Koppelung an ▪ Einschaltdauer der Heizkreispumpe oder zeitliche Begrenzung über Zeitfenster). ▪ Vermeidung von Störeinflüssen wie Lüften, Fremdwärme, Sollwertänderung u. ä. ▪ Keine dezentrale Raumtemperaturregelung im Referenzraum. Einzelraumregelung Dezentralen Einzelraumreglern und Einzelraumregelsystemen für den Wohn- und Nichtwohnbau fällt zukünftig neben der Wärmeerzeuger- und der zentralen Wärme-verbraucher-(Vorlauftemperatur)-Regelung eine bedeutende Rolle in bezug auf Kom-fort und Energieeinsparung zu. In Kombination mit Zeitprogrammen lässt sich die Einzelraumregelung exakt in ihrer Sollwertvorgabe den Nutzungsverhältnissen anpassen. Das bedeutet, dass die jeweiligen Räume nur dann beheizt werden, wenn dies von der Raumnutzung her notwendig ist.


Die Vorteile der Einzelraumregelung liegen begründet in: ▪ Exakte Einhaltung der Komfortbedingungen im Raum (auch bei Einwirken von

Störgrößen,. wie Kälte und Fremdwärme). ▪ Automatische Reduzierung der Energiezufuhr pro Raum um den Betrag des

Fremdwärmeaufkommens (Menschen oder Maschinen, Beleuchtung etc.). ▪ In Verbindung mit Zeitprogrammen und/ oder Präsenzmeidung Anpassung an die

effektiven Raumnutzungszeiten und damit kein unnötiges Heizen, wenn der Raum nicht belegt ist.

▪ In Verbindung mit Fensterkontakt die automatische Drosselung der Heizenergie-zufuhr bei geöffnetem Fenster.

Eine Einzelraumregelung - in der Regel mit thermostatischen Heizkörperventilen - ist gem. Heizanlagenverordnung in allen Nichtwohnbauten mit Räumen größer 8 m² Nutzfläche bindend vorgeschrieben. Eine Ausnahme bilden lediglich Nichtwohnbau-ten mit Räumen gleicher Art und Nutzung, wo statt Einzelraumregelung eine witte-rungsgeführte Gruppenregelung zulässig ist. Folgende Formen der Einzelraumregelung werden unterschieden: a) Dezentrale Einzelraumregelung in

▪ analoger oder ▪ digitaler Technik

b) Zentrale Einzelraumregelung meist in ▪ digitaler Technik.


Die Differenzierung von Einzelraumreglern hinsichtlich ihres Funktionsumfangs und ihrer Anwendung ist in Abb. 18 dargestellt.

Differenzierung der elektr. Installation Anwendung Gruppierung Art der Einzelraum-regelung

ohne

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Thermostatventil x x x x x x Thermostatventil zeitgesteuert, Tag/Woche

x

x

x

2-Punkt-Regler x x x x x x 2-Punkt-Regler mit Präsenzmelder oder –taster

x

x

x

x

x

x

2-Punkt-Regler mit Zeitprogramm Tag/Woche

x

x

x

stetiger Regler x x x x x

Dezentrale Einzel-raumregelung analog

stetiger Regler mit Zeitprogramm Tag/Woche

x

x

autarker Regler mit Zeitprogramm Tag/Woche

x

x

x

x

x

x

x

Dezentrale Einzel-raumregelung digital autarker Regler mit

zentraler Beein-flussung

x

x

x

x

x

x

x

x

Zentralregler für mehrere Räume mit dezentralem Zeitprogramm Tag/Woche

x

x

x

x

Zentrale Einzel-raumregelung digital Zentralregler für

mehrere Räume mit zentralem Zeitprogramm Tag/Woche/Jahr

x

x

x

x

x

x

Abb. 18 Funktionsumfang von Einzelraumreglern. In vielen Anwendungsfällen ist es sinnvoll, die Einzelraumregelung mit der zentralen Vorregelung und auch mit der Wärmeerzeugerregelung zu verknüpfen. Für diese Funktion sind insbesondere zentrale und dezentrale Einzelraumregelsysteme in digi-taler Technik prädestiniert. Während im zentralen Einzelraumregler alle Regelpara-meter und die Stellgrößen vorliegen, werden diese bei busfähigen dezentralen Ein-zelraumreglern bidirektional mit einer Zentrale ausgetauscht. In dieser Zentrale kann im Rahmen einer "Angebot-Nachfrageregelung" die "Nachfrage" an einen Vorregel-kreis weitergesendet werden. so z. B.: ▪ Freigabe der witterungsgeführten Vorregelung. ▪ Freigabe des Kessels bzw. der Kesselfolgeschaltung. ▪ Lastabhängige Führung der Vorlauftemperatur. ▪ Führung der zentralen Luftaufbereitung (z.B. Heizregister und Luftmenge). ▪ Führung des Kältebedarfs in Klimaanlagen, ▪ Führung der Luftbefeuchtung. ▪ Führung drehzahlgeregelter Umwälzpumpen.


Als Kriterium für die Freigabe und Führung von Vorregelkreisen können je nach Sys-tem folgende Größen der einzelnen Regelkreise dienen: ▪ Die Regelabweichung, ▪ die Ventilstellung, ▪ die berechnete Stellgröße, ▪ eine Kombination dieser Größen.

Häufig gilt der Raumregelkreis als Führungskreis, dessen Ventil zu 100 % geöffnet ist und der die größte Regelabweichung aufweist. Die Führung der Vorregelkreise wird von einer Zentrale in Form eines stetigen Ausgangs (0 ... 10 V/0 ... 20 mA) oder ei-nes binären Ausgangs (z. B. Freigabe der Vorregelung und des Kessels bei 30 % der Nennlast) vorgenommen. In Kombination mit einer Einzelraumregelung wird bei der witterungsgeführten Vorre-gelung ein höheres Niveau der Vorlauftemperatur benötigt. Dies ist dadurch begrün-det, dass durch die Aufheiz- und Absenkzyklen der Einzelräume kein stationäres Verhalten erreicht wird, und somit im Aufheizbetrieb des Raumes (= Laden des In-nenspeichers) mehr Energie benötigt wird als im stationären Betrieb. Als Richtwert gilt bei Einzelraumregelung eine um 12 bis 15 K erhöhte Vorlauftemperatur. Bei optimierter Aufheizung (kürzeste Aufheizzeit) der Einzelräume erhöht sich dieser Richtwert auf 15 bis 18 K. Für den Einbau von Einzelraumregelsystemen sind anla-genseitige Vorkehrungen zu treffen. Primär müssen die Heizflächen im Raum exakt ausgelegt sein. Zu berücksichtigen sind dabei ggf. größere Transmissionswärmever-luste zu kälteren Nachbarräumen. Ein besonderes Augenmerk sollte der hydrauli-schen Konzeption der Anlage dienen. Damit sich bei größeren Einzelraumregelsystemen keine schlagartigem Massen-stromänderungen ergeben, sollten die zentral oder dezentral angesteuerten Raum- oder Zonenventile nicht gleichzeitig öffnen oder schließen. D.h. auch beim morgend-lichen Aufheizbeginn öffnen nicht alle Ventile gleichzeitig, sondern zeitlich gestaffelt, auch wenn nach dem Zeitprogramm alle zum selben Zeitpunkt öffnen müssten. Dasselbe gilt beim Schließen der Raum- und Zonenventile. Zur Bewältigung der Massenstromänderungen sollten drehzahlgeregelte Umwälzpumpen und ggf. eine Überströmregelung vorgesehen werden. Bei fehlender Massenstromanpassung muss insbesondere bei geschlossenen und leicht geöffneten Ventilen mit Geräusch-belästigung ("pfeifende Ventile") gerechnet werden. Für den Stellantrieb der Heizkörperventile, Klappen u. ä. haben sich verschiedene Alternativen herauskristallisiert: Neben der klassischen 3-Punkt-Ansteuerung reversierbarer Antriebe und Ventilan-triebe für stetige Signale 0 ... 10 V/ 0 ... 20 mA haben sich für die Einzelraumregelung thermische Ventilantriebe und elektrische Ventilantriebe mit impulsbreiten Modulation durchgesetzt. Begünstigt wird dies durch einen relativ einfachen Algorithmus in der Ausgangsstufe mikroprozessorgesteuerter Regler und ein günstiges Preis/Leistungsverhältnis.


Auch für Einzelraumregler lässt sich das zusätzliche Energieeinsparpotential nach der neu bearbeiteten VDI 2067, Blatt 2 vorausberechnen: Abb. 19.

Abb. 19 Wärmeverbrauchminderung durch Einzelraumregelung im Vergleich zur konventio-nellen witterungsgeführten Vorlauftemperaturregelung mit Thermostatventilen. Brauchwasser-Regelung In Kleinkesselanlagen bis ca. 100 kW ist die Brauchwasserbereitung in vielen Fällen integrierter Bestandteil der sog. Units: Da die Temperatur des Kesselwassers nach den, Erfordernissen der Heizkreise gefahren wird, ist für die Boilerladung die Kessel-wassertemperatur nicht immer genügend hoch, so dass bei Brauchwasseranforde-rung der Sollwert für die Kesselwassertemperatur auf einen (oft einstellbaren) Maxi-malwert angehoben werden muss. Außerdem muss dafür gesorgt werden, dass nach der Brauchwasserbereitung die erhöhte Kesselwassertemperatur nicht in die Heiz-kreise gelangt. Dazu dienen bestimmte Vorrangschaltungen. Absoluter Vorrang Bei absolutem Vorrang werden die Heizkreispumpen der direkt angeschlossenen Heizkreise abgeschaltet, der Mischer geschlossen und die Boilerladepumpe einge-schaltet.


Gleitender Vorrang Bei gleitendem Vorrang - dieser ist nur möglich für Heizkreise mit Mischer - läuft der Heizkreis bei Brauchwasseranforderung parallel mit. Solange die angehobene Kes-selwassertemperatur für die Boilerladung aufrecht gehalten werden kann, regelt der Mischer die gewünschte Vorlauftemperatur für den Heizkreis. Sinkt die Kesselwassertemperatur jedoch unter den angehobenen Wert, wird durch Zubefehle für den Mischer dafür gesorgt, dass die Kesselwassertemperatur wieder den angehobenen Wert erreicht. Nach der Brauchwasserladung ist ein Nachlaufen der Brauchwasserladepumpen von 3 bis 10 min sinnvoll, um zu hohe Verbraucher-vorlauftemperaturen bei Anlagen ohne Mischer oder ggf. ein Ansprechen des Si-cherheitstemperaturbegrenzers bei Anlagen mit Mischer zu verhindern. Für die Brauchwasserbereitung, evtl. für eine gesonderte Zirkulationspumpe, besteht die Möglichkeit, beide über ein eigenes oder mit einem Verbraucherkreis gekoppeltes Zeitprogramm freizugeben. Zentrale, separat beheizte Brauchwasserbereiter in größeren Anlagen sind unab-hängig von der Kesselregelung geschaltet. Die Beheizung des Brauchwasserkreises kann ähnlich wie eine Heizgruppe über ein Regelmischventil erfolgen sowie im Sommerbetrieb mit einem kleineren "Sommer"-Kessel bei Mehrkesselanlagen: Abb. 20.

Abb. 20 Zentrale Brauchwasserbereitung. In vielen Anlagen mit Warmwasser als Heizmedium, u. a. aber auch mit Heißwasser oder Dampf werden außerhalb des Speichers liegende Umformer eingesetzt.


Pumpenregelung Veränderliche Betriebszustände durch unterschiedliche Verbraucher- und Kesselbe-lastungen in Heizungsanlagen rufen immer auch veränderliche Volumenströme und Druckdifferenzen hervor und erfordern u. a. komplexen Anlagen eine Volumenstrom-regelung bzw. den Abgleich der schwankenden Differenzdrücke im System. Pumpe und Pumpenregelung haben dabei eine wichtige Rolle. Auch hier ist zwi-schen Auswahlkriterien für Pumpen auf der Primär-(Wärmeerzeuger)seite und auf der Sekundärseite (Ventilnetz, Verbrauchergruppen) zu unterscheiden. In vielen Fäl-len bietet sich - u. a. bei größeren Anlagenleistungen - ein Aufteilen auf mehrere Kesselkreispumpen oder der Einsatz geregelter Pumpen mit mehreren Drehzahlstu-fen an. Auf die Auslegung der immer mehr an Bedeutung verlierenden Kesselbeimischpum-pe soll nicht näher eingegangen werden. Kesselpumpen in Anlagen mit hydrauli-schem Entkoppler ergeben keinerlei Auslegungsprobleme. Auf der Verbraucherseite zeichnet sich die Hydraulik aus durch: ▪ Ständig wechselnde Lastzustände, u. a. beim heute selbstverständlichen Einsatz

von thermostatischen Heizkörperventilen. ▪ Empfindlichkeit in bezug auf Geräusche. ▪ Hohes Einsparpotential beim Energieverbrauch der Pumpen.

In der lastabhängigen Pumpenregelung durch Konstanthaltung des Differenzdruckes, zukünftig evtl. auch durch neue Verfahren der Volumenstromregelung, bestehen viel-fältige Möglichkeiten, die angesprochenen Aufgabenstellungen zu lösen. Die heute im Sekundärbereich fast ausschließlich eingesetzten Nassläuferpumpen mit manuel-ler, in Stufen oder stufenlos geregelter Drehzahlanpassung sind für diese Aufgaben-stellungen geeignet. Der Pumpenauslegung, auf die hier nicht näher eingegangen werden kann, kommt in der Gesamtplanung eine große Bedeutung zu. Auslegungshinweise, abhängig vom jeweiligen Einsatzfall, finden sich in der neuen VDI-Richtlinie 2073. Bei den Steuer- und Regeleinrichtungen für Pumpen haben sich die folgenden Sys-teme durchgesetzt (Tabelle 10): ▪ Stufenschaltung als Schütz- oder Relaisschaltung. ▪ Stufenlose Regelung mittels Phasenausschnitt. ▪ Stufenlose Regelung mittels Frequenzumformer.

Die Wahl der richtigen Führungsgröße (Signalart) ist entscheidend für die optimale Funktion der Pumpenregelung. Auswahl und Bewertungskriterien für die "richtige" Pumpenregelung finden sich in Tabelle 11, wobei der Regelung nach dem Differenz-druck besondere Bedeutung zukommt.


Stufenlos Stufenschaltung

2 bis 4 Stufen Phasenanschnitt Frequenzumforder Freie Betriebspunkteinstel-lung

nicht möglich ja ja

Drehzahlbereich ca. 100 % zu 75 % 100 % zu 60 % 100 % zu 60 % / 40 % Regelgenauigkeit ausreichend gut bis hoch hoch Wirkungsgrad annähernd 1 > 95 % > 95 % Leistungsfaktor cosϕ motorabhängig motorabhängig > 0,9 Stromeinsparung max. 30 % bis 40 % max. 40 % bis 50 % max. 50 % bis 70 % Investitionskosten niedrig mäßig höher

nur bei neuen Pumpen alle Fabrikate und Typne alle Fabrikate und Typen Nassläufer

Pumpenart Trockenläufer -

nur mit Sondermotor alle Fabrikate und Typen

elektrische Netzveränderun-gen

keine ja ja

Geräusche im Motor keine gering bis hoch umformerabhängig sehr gering bis hoch

Motormomentenveränderung stark stark ≤ 10 % Abb. 21 Erläuterungsbericht zur Tabelle 10


Benen-nung

Wirkungsweise Anwendungshinweise Bemerkung

Pumpen-regelung Drehzahl-einfluss

Eine Pumpenregelung wird eingesetzt, um • Geräusche zu

vermeiden • Stromkosten zu

senken, • den Förderstrom

spezifischen Anlagenan-forderungen anzupassen.

Pumpenregelung mittels veränderlicher Drehzahl verschlechtert weitestge-hend nicht den Pumpen-wirkungsgrad, ist automati-sierbar und erfordert keine mechanischen Eingriffe an der Pumpe.

Einsatz immer möglich bei Be-achtung sowohl der zulässigen Reglersignalart als auch der anlagenspezifischen Randbedin-gungen, z.B. ∆ρ-Regelung bei variablem Förderstrom in Zwei-rohr-Thermostatventilanlagen. - Für alle Pumpengrößen ein-setzbar in kosten- und funktions-mäßig abgestufter Ausführung. - Starke Veränderungen der Pumpenförderhöhe (H) und des Pumpenleistungsbedarfs (P2) schon bei relativ kleinen Dreh-zahlreduzierungen. (z.B. Regel-Drehzahl nReg. = 70 % entspricht Rest-Pumpendruck Hreg. ≈ 50 % bzw. Leistungsbedarf Preg. ≈ 35 %).

Regelungs-systeme

• In der techn. Ge-bäudeausrüstung werden fast ausschließlich folgen-de Pumpenregelsysteme alternativ eingesetzt:

- stufenlose Syste-me:

Leistungen unbegrenzt, auch für Trockenläufer-pumpen* u. Großleistun-gen* geeignet. *Mittels Phasenabschnitt bzw. Frequenzumformung.

- Stufenschaltung:

Fabrikatsbezogene, auf Nassläuferpumpen bis ca. 2,5 kW beschränkt. Abb. 21 zeigt die An-wendungsunterschiede auf.

▪ Sondertechniken wie

Gleichstromantriebe, polumschaltbare Moto-re, Hydraulikgetriebe etc. beschränken sich auf Einzelfälle.

Siehe Abb. 21 Erläuterungsbild zu Tabelle 10.

• Es empfiehlt sich, Pumpen zu verwenden, die in serienmäßiger Aus-führung für eine Pumpenleistungsrege-lung geeignet sind. Sonderausführun-gen sind aus Inbetriebnahme- und Ser-vicegründen zu vermeiden. - Gesetzmäßigkeit gemäß Modellgesetz für Förderstrom Q

;QQ

nn

.gRe

%100

.gRe

%100 =

Förderhöhe H

;HH

nn

.gRe

%1002

.gRe

%100 =

Leistungsbedarf P

=

3

.gRe

%100

nn

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%100

PP

Dabei sind: n100% Drehzahl der Pumpe bei Nennlast nReg. Drehzahl der Pumpe im Regelfall Q100% Pumpenförderstrom bei Nennlast QReg. Pumpenförderstrom im Regelfall H100% Pumpenförderhöhe bei Nennlast HReg. Pumpenförderhöhe im Regelfall P100% Leistungsbedarf der Pumpe bei Nennlast PReg. Leistungsbedarf der Pumpe im Regelfall

• Stufenlose Systeme sind univer-sell für alle Pumpenarten einsetzbar und mit breitem Drehzahl-Regelbereich ausgestattet. Sie erlauben: - exakte Anpassung der Pumpenleis-

tung an die Anlagenbedürfnisse durch hohe Regelgenauigkeit,

- die freie Einstellung des Betriebspunk-tes. D.h., die Pumpe kann bei Inbe-triebnahme exakt auf den Ausle-gungswert eingestellt werden.

- Um elektrische Netzbeeinflussungen zu reduzieren, können Dämpfungs-maßnahmen erforderlich sein (EVU- bzw. Betreibervorschriften beachten).

- Bei Geräuschproblemen sind Abstim-mungen auf der Motorseite erforder-lich, evtl. Spezialmotore.

- Stufenschaltungen haben einen be-grenzten Regelbereich, sind aber e-lektromagnetisch in bezug auf die Pumpe und das Elektroversorgungs-netz ohne Einflüsse.

Tabelle 10 Regelsystem für Pumpen


Benennung Wirkungsweise Anwendungshinweise Bemerkung Regelsignale Die richtige Signalart für

die Versorgungsanlage entscheidet über die optimale Funktion der Pumpenleistungsrege-lung. Eine Differenzierung ist aufgrund der verschie-denen Anlagenformen und Funktionsweisen erforderlich.

Nr. Signalart Funktionsbeschreibung Anwendungsbereich Merkmale Hinweise 1 Uhrzeit t Ein-/Aus- oder Max-/Min-

Schaltung der Pumpe mittels einstellbarer Schaltuhr und ggf. Vor-wahl der Pumpendreh-zahlen.

Heizungen in Ein- und Zweifamilienhäusern, Stockwerksheizungen, Heizungs-Anlagen mit zeitlich wiederkehrender Betriebsweise. Brauch-wasserzirkulation.

Einfach und preiswert. Schutz gegen Einfrie-ren nicht gewährleistet.

Ein-/Aus-Schaltung nicht geeignet für An-lagen mit Wärmeer-zeugern, die ständig einen Mindestheiz-wasserstrom benöti-gen. Kombinierbar mit 2, 3 und 4.

2 Vorlauf- Tempera tur TV

Selbsttätige Anpassung (abgestuft oder stufen-los) der Drehzahl propor-tional zur Vorlauftempe-ratur.

Raumheizungen mit "gleitender" Vorlauftem-peratur.

Preiswert, einfach. Pumpenleistung wird zur Außentemperatur in Beziehung gebracht. Einfache Einstellung. Belastungsänderungen einzelner Verbraucher nicht erfassbar.

Zentrale, witterungsge-führte Vorlauftempera-turregelung erforder-lich. Nicht geeignet für Anlagen mit konstanter Vorlauftemperatur.

3 Differenz temperatur ∆ T zwi-schen Vor-lauf- und Rücklauf-temperatur (Spreizung)

Selbsttätige Anpassung (abgestuft oder stufen-los) der Drehzahl propor-tional zur Temperatur-spreizung (TV – TR).

Anlagen ohne Drosse-lung des Heizwasser-stroms, z.B. Kesselkrei-se, Solarkreise, Einrohr-heizungen, Fußboden-heizungen.

Volumenstrom wird an die Wärmelast ange-passt. Achtung: Trägheitsverhalten der Anlage beachten.

Bei Zweirohr-Heizungsanlagen mit Thermostatventilen und hydraulisch ähnli-chen Anlagensyste-men nicht anwendbar, da dort bei sinkender Last die Spreizung zunimmt und ein indif-ferentes Regelverfah-ren entstehen kann.

4 Differenz- druck ∆p

Regelung der Drehzahl in der Weise, dass an einem bestimmten Punkt, z.B. direkt an der Pumpe oder bei Fernsignalge-beranschluss am Ende des ungünstigsten Strangs, ein lastunab-hängig konstanter Druck-unterschied gehalten wird.

Alle Wärmeversorgungs-anlagen mit veränderli-chem Volumenstrom, z.B. Gebäudeheizungen mit Thermostatventilen, Klimaanlagen, Fernheizungen.

Bezüglich Betrieb und Energieeinsparung sehr günstig. Belas-tungsänderungen an Verbrauchern mit last-abhängigem Heizwas-serstrom über Druck-verluste im System erfasst. Messpunkt bei Fernsignalgeber-anschluß nicht einfach und nicht in jedem Fall eindeutig im voraus bestimmbar.

Bei Fernsignalgeber-anschluß muss Mess-punkt grundsätzlich der Punkt mit der kleinsten Knotenpunkt-druckdifferenz sein, dieser kann lastab-hängig wandern. Nicht anwendbar bei Einrohrheizungen.

Tabelle 11 Auswahl- und Bewertungskriterien für Pumpenregelsysteme.


Regelkonzepte für verschiedene Gebäude Die Wahl der Regeleinrichtung hängt nicht nur, wie vorher beschrieben, von den spezifischen Anlagenbedingungen auf der Wärmeerzeuger- und -verbraucherseite, sondern wesentlich von den Einsatzkriterien. und Anforderungen in den verschiede-nen Gebäudetypen ab. Einfamilienhäuser Die Standardregelung im Einfamilienhausbereich besteht aus einer zentralen, witte-rungsgeführten Vorlauftemperaturregelung und dezentralen Einzelraumreglern, bei Heizkörpern heute noch meist Thermostatventile. Für die zentrale Regelung werden analoge und digitale Regler eingesetzt. Im analogen Regler erfolgt die Messung, Einstellung und Signalverarbeitung analog, das Ergebnis wird meist mit Schaltkontakten bzw. als stetiges Signal ausgegeben. Durch die Baugröße ist die Zahl der Funktionen des analogen Reglers begrenzt, z. B. für zwei Heizkreise, von denen einer direkt am Kessel, der andere über eine nachge-schaltete Mischerregelung angeschlossen sind. Der digitale Regler wandelt analoge Messfühlersignale in digitale Werte um, ver-knüpft und speichert diese digital und gibt das Ergebnis ebenfalls nach Umwandlung mittels Schaltkontakt oder als stetiges Signal aus. Zentrale Regeleinrichtungen in Einfamilienhäusern regeln: ▪ Die Kesselwassertemperatur, ▪ die Vorlauftemperatur, ▪ die Raumtemperatur in Kleinanlagen, ▪ die Brauchwassertemperatur. Mehrfamilienhäuser Heizungsanlagen für größere Mehrfamilienhäuser weisen als Wärmeerzeuger Ein-kesselanlagen und Mehrkesselanlagen mit mehrstufig oder modulierend geregelten Brennern auf. Die Brauchwassererwärmung erfolgt zentral von der Kesselanlage mit separat beheizten Geräten oder dezentral in der einzelnen Wohnung. Eingesetzt werden analoge und digitale Regler. Für die Folgeschaltung bei Mehrkesselanlagen werden spezielle Folgeregler eingesetzt. Da meist mehrere voneinander unabhängige Heizkreise vorhanden sind, werden für Kessel und Heizkreise mehrere Regler (meist in Analogtechnik) oder durch Steckkar-ten (analoge oder digitale Modultechnik) oder Bussysteme (ausbaubare Systeme) zum Einsatz kommen. Im Gegensatz zum Einfamilienhausbereich gibt es beim heu-tigen Anlagenstandard meist keinen individuellen Heizkreis pro Wohnung. Mehrere Wohnungen sind an einen Heizkreis angeschlossen. Weiterhin fehlt ein Referenzraum zur Raumtemperaturerfassung für ▪ Adaption, ▪ Heizungsoptimierung(nur ohne Raumfühler nach einem Gebäudemodell möglich), ▪ Raumaufschaltung.


Es gibt keine oder nur eine kurze Absenkphase unter Berücksichtigung der Gewohn-heiten aller Bewohner. Eine individuelle Regelung erfolgt meist über Mengenrege-lung (Heizkörperventil, Zonenventil). Hierdurch auftretende hydraulische Fragen (Einsatz von Überstromventilen, Druckdifferenzregelungen, Pumpendrehzahlrege-lung) werden in der VDI-Richtlinie 2073 behandelt. Eine automatische Sommer-/Winterumschaltung erfordert eine präzise Anpassung der Parameter für ein theoretisches Gebäudemodell und eine Berücksichtigung der unterschiedlichen Wohnungsorientierung nach den einzelnen Himmelsrichtungen. Die individuelle Anpassung jeder Wohnung an den Nutzwärmebedarf durch woh-nungsweise (Zonen-)Regelung und Einzelraumregelung mit individuellem Zeitpro-gramm bietet sich an und wird sich wohl in Zukunft verstärkt durchsetzen. Zum Teil ist ein Rückgriff auf den zentralen Heizungs- und Kesselregler möglich. Nichtwohngebäude Auch im größeren Nichtwohnhausbereich finden sich häufig größere Mehrkesselan-lagen mit den entsprechenden Regeleinrichtungen. Die für Mehrfamilienhäuser ge-nannten Anforderungskriterien gelten auch hier. Die Brauchwasserbereitung erfolgt zentral oder dezentral. In vielen Fällen ist die Wärmeerzeugung mit der Raumluft-technik (Lufterhitzer, Luftbefeuchter) gekoppelt. Die Heizungsoptimierungsfunktion, die Adaption der Geräteheizkennlinie, die Drehzahlregelung von Pumpen sowie der Einsatz von DDC/GLT-Technik bieten sich im Nichtwohnhausbereich an. Weiterhin ist der Frostschutzüberwachung bei Regelung mit Abschaltbetrieb, u. a. am Wochen-ende, besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Zu untersuchen ist die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Einzelraumreglern und -regelsystemen, die mit der zentralen Vorregelung verknüpft werden können. Büro- und Verwaltungsgebäude Für Büro- und Verwaltungsgebäude liegt in der Regel ein größerer Gebäudekomplex (z. B. Hochhaus) vor, der mit seiner Raumaufteilung und Raumstruktur (z. B. Groß-raumbüros, kleinere Büroeinheiten, Besprechungs- und Konferenzräume) unter-schiedliche Anforderungen an die Anlagen- und die Regelungstechnik stellt. In vie-len Fällen bieten sich hier Einzelraumregler mit Anwesenheitserfassung und Fenster-kontakt an. Der Fensterkontakt sorgt bei geöffnetem Fenster für ein Schließen der Heizenergiezufuhr. In vielen Fällen werden Büro- und Verwaltungsgebäude teil- oder vollklimatisiert. Schulen und Universitäten In Bildungseinrichtungen liegen überwiegend Räume vor, die unterschiedliche Bele-gungszeiten aufweisen und entsprechend der Nutzung unterschiedliche Raumtempe-ratur-Sollwerte verlangen. Die Einzelraumregelung mit den oben angesprochenen zusätzlichen Funktionen kann hier beträchtliche Energieeinsparungen bewirken.


Für gleichzeitig benutzte und gleich gelegene Räume können eigene Heizkreise (Regelgruppen) mit Heizungsoptimierungsfunktion vorgesehen werden. Das gleiche gilt für Sporthallen, sonstige Aufenthaltshallen und für die Hausmeisterwohnung. In Universitäten sind in der Regel Räume mit z. T. sehr großem Rauminhalt (Hörsäle, Laborräume, Verwaltungsräume, Mensa) sowie Büroräume, Hausmeisterwohnung und evtl. Operationsräume zu beheizen. Hotels Je nach Größe und Komplexität erfordern Hotels eine große Zahl von Anlagenkom-ponenten für Heizungs- und/oder Klimatisierungssysteme. Hierzu zählen Heizung, Lüftung, Klimatisierung der: ▪ Hotelzimmer, ▪ Restaurants, Küchen, ▪ Freizeiträume, Sauna, Schwimmbad, ▪ Büroräume, Betriebsräume, ▪ Hotelgarage.

Der Einzelraumregelung der Hotelzimmer mit dem meist größten Wärmebedarfsan-teil kommt besondere Bedeutung zu. Gewerbe- und lndustriebauten Die bei Gewerbe- und lndustriebauten vorliegenden Heiz- und Regelaufgaben kön-nen wegen ihrer Vielfalt nur stichwortartig angesprochen werden: ▪ Optimale und rationelle Energieanwendung in Fertigungs- und Lagerstätten (VDI

3802). ▪ Deckenheizung oder Zentralheizungen bei kleinen und mittelgroßen Fertigungs-

und Montagehallen. ▪ Aufteilung in Heizgruppen. ▪ Angepasste Formen des eingeschränkten Heizbetriebes. ▪ Wärmeerzeugungssysteme: ▪ Warmwassererzeuger, Heißwasserwärmeerzeuger, Niederdruckdampfkessel,

Fernwärmeübergabestationen. ▪ Wärmerückgewinnungssysteme. ▪ Nutzung von Prozesswärme. ▪ Fernwärme. Krankenhäuser und Sanatorien Aus Gründen der Versorgungssicherheit wird die zu installierende Heizleistung auf eine Mehrkesselanlage aufgeteilt. Für die Planung der Heizungs- und Regelungs-technik ist zu berücksichtigen, dass für die verschiedenen Zwecke Wärme unter-schiedlicher Art und Temperatur benötigt wird, z. B. für ▪ die Kochküche Dampf von 0,5 bar, ▪ Desinfektion und Sterilisation Dampf von 2 bis 4 bar, ▪ die Wäscherei Dampf von 4 bis 6 bar,


▪ Dampfanlagen und Trockner Dampf von 10 bis 14 bar, ▪ die Heizung Warmwasser mit variabler Temperatur, ▪ lufttechnische Anlagen Warmwasser oder Dampf, ▪ die Brauchwassererwärmung Warmwasser oder Dampf.

Weitere Stichpunkte sind: ▪ Nutzung von Abwärme, ▪ Brauchwasservorrang, ▪ lastabhängige Zuschaltung der Kessel und Brennerstufen, ▪ eingeschränkter Heizbetrieb differenziert für Verwaltung - Personalwohnheime

Bettenhäuser, ▪ Verknüpfung mit RLT-Anlagen, ▪ Zonenregelung.

Abb. 22 gibt zusammenfassend eine Empfehlung für die Auswahl von Regelfunkti-onsgruppen und Einzelfunktionen in Abhängigkeit vom Gebäude- und Nutzertyp. Weitergehende Unterschiede finden sich in den Möglichkeiten der elektrischen Instal-lation und der Datenfernübertragung.


Abb. 22 Regelfunktionsgruppen für verschiedene Gebäudetypen.

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Heizungsregelung - energiesparend und umweltschonend · bei digitaler Steuerung auch die Steuerfunktionen über Software programmieren: SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen)