Building Technologies s

Hydraulik in der Gebudetechnik

1.1 Hauptteile einer hydraulischen Anlage 51.2 Darstellung hydraulischer Kreise 61.3 Verbraucher Grundschaltungen 91.3.1 Mengenvariable und mengenkonstante Kreise 91.3.2 Durchfluss- und Mischregelung 91.4 Hydraulische Grundschaltungen 101.4.1 Drosselschaltung 101.4.2 Umlenkschaltung 111.4.3 Beimischschaltung 121.4.3.1 Beimischschaltung mit fester Vormischung 131.4.4 Einspritzschaltung 141.4.4.1 Einspritzschaltung mit Dreiwegventil 141.4.4.2 Einspritzschaltung mit Durchgangsventil 151.5 Komponenten im Verbraucherkreis 161.5.1 Stellgert 161.5.2 Abgleichdrossel 171.5.3 Umwlzpumpe 181.6 Verteiler 191.6.1 Verteilertypen 191.6.1.1 Verteiler ohne Hauptpumpe (Typ 1), fr Verbraucher-

gruppen in Beimischschaltung 201.6.1.2 Verteiler mit Hauptpumpe (Typ 2), fr Verbrauchergruppen

in Drosselschaltung oder Einspritzschaltung mit Durchgangsventil 21

1.6.1.3 Verteiler mit Hauptpumpe (Typ 3), fr Verbrauchergruppen in Verteilschaltung oder Einspritzschaltung mit Drei-wegventil 22

1.6.1.4 Verteiler mit Hauptpumpe (Typ 4), fr druckdifferenzlosen Verbraucheranschluss in Beimischschaltung 23

1.6.1.5 Schematische Darstellung von Verteilern 24

2.1 Wrmebertrager-Kennlinie und a-Wert 252.2 Ventilkennlinie 272.2.1 kV-Werte 272.2.2 Stellverhltnis SV eines Ventils 282.2.3 Ventil-Kennlinien 282.3 Streckenkennlinie 292.3.1 Ventil-Betriebskennlinie und Ventilautoritt PV 312.3.2 berdimensionierung eines Ventils 332.3.3 Regeln im Schwachlastbereich 342.4 Netz- und Pumpenkennlinie 352.4.1 Parallelschaltung von Pumpen 36

3.1 Leitungsteile mit variabler Wassermenge in verschiedenen hydraulischen Schaltungen 37

3.2 Beispiel zur Ventildimensionierung 393.2.1 Dimensionierung des Ventils (Stellglied) fr die Heiz-

gruppe "Altbau" 393.3 Spezielle Punkte bei der Dimensionierung von 2- und

3-Weg Ventilen 423.3.1 Einfluss von Gesamtvolumenstrom und Ventilautoritt

PV bei 3-Weg-Ventilen 423.3.2 Druckverhltnisse bei der Dimensionierung von

2-Weg-Ventilen 443.4 Beispiel Brauchwarmwasser-Laderegelung 453.5 Beispiel Luftkhler-Regelung 49

1. Hydraulische Kreise

2. Hydraulische Kennlinien

3. Dimensionierung von Stellgliedern

Inhaltsverzeichnis

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Einfhrung

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Damit in Gebuden unserer Klimazone ein behagliches Raumklimabesteht, muss Wrme aber auch Klte bereitgestellt und richtigdosiert zur richtigen Zeit an den richtigen Ort verteilt werden. Umdiese Aufgaben

Bereitstellen, Verteilen und Abgeben von Energiezu lsen, werden in HLK-Anlagen hydraulische Schaltungen eingesetzt.

Das Ziel der Hydraulik ist es, die fr diesen Prozess erforderlichenElemente so in einen Kreislauf zwischen Energiebereitstellung undEnergieabgabe (Verbraucher) einzubinden, dass optimaleBetriebsbedingungen geschaffen werden fr: Wrme-/ Klteerzeuger (Temperatur, Wasserfluss) den Transport des Wrme-/Kltetrgers wie Wasser, Dampf, ...

(Temperatur, Wasserfluss) die eingebauten Regeleinrichtungen Energieabgabe

Das Lernmodul "Hydraulik in der Gebudetechnik" besteht aus folgen-den Teilen: einem CBT (Computer Based Training), einem AbschlussWorkshop sowie dieser Broschre. Es beinhaltet eine fundierteHydraulik-Grundausbildung und hat zum Ziel, Ihnen das notwendigeWissen fr weiterfhrende Ausbildung im Bereich der Gebudetechnikzu vermitteln. Es richtet sich in erster Linie an Fachleute aus derHeizungs- und Klimabranche, die sich mit hydraulischen Anlagen oderderen Komponenten befassen und ihr Wissen auf diesem Gebiet auf-oder ausbauen mchten.Im Lernmodul "Hydraulik in der Gebudetechnik" erhalten Sie vor allemInformationen zur Hydraulik der Verbraucherseite, aber auch zurEnergieverteilung.Dies heisst nun aber nicht, dass die Energiebereitstellung nicht wichtigist ganz im Gegenteil. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklungder Wrme- und Klteerzeuger werden hydraulische berlegungenauch dort immer wichtiger. Es wrde aber den Rahmen des Lern-moduls sprengen, dies auch noch im Detail zu behandeln. VieleErkenntnisse aus der Verbraucherseite werden Sie jedoch sinngemssauch fr die Energiebereitstellung anwenden knnen.Diese Broschre beinhaltet die wichtigsten Informationen des CBT"Hydraulik in der Gebudetechnik" und ist ein Auszug in Papierform.Die gezeigten Grafiken stammen grsstenteils aus diesem Lernpro-gramm.Im CBT sind viele Grafiken animiert und interaktiv, d.h. Sie knnendort ausprobieren, wie sich z.B. Wasserfluss und Temperaturen inSchaltungen und Komponenten unter verschiedenen Bedingungen ver-ndern.Haben Sie Interesse am CBT "Hydraulik in der Gebudetechnik", dannkontaktieren Sie bitte Ihren Ansprechpartner bei Siemens BuildingAutomation oder Siemens HVAC Products.

Einleitung

1.1 Hauptteile einer hydraulischenAnlage

1. Hydraulische Kreise

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Hauptteile einer hydraulischen Anlage

Zirkulation in einer hydraulischen Anlage Zirkulation in einer hydraulischen Anlage(Ventil geschlossen) (Ventil offen)

1.2 Darstellung hydraulischer Kreise

Geographische Darstellung

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Die bisher gezeigten bildlichen Darstellungen einer hydraulischenAnlage sind fr viele Personen sehr gut nachvollziehbar, in Fachkreisenaber nicht blich, da sich damit die anlagetechnischenZusammenhnge nicht sehr gut darstellen lassen.In der HLK-Branche werden deshalb vor allem schematischeDarstellungen verwendet, die nebst der Darstellung der Anlage erlau-ben, die technischen Vorgnge und Zusammenhnge besser nachzu-vollziehen.

Bildliche Darstellung einer Anlage Schematische Darstellung einer Anlage

Von der bildlichen zur schematischen Darstellung

Die oben gezeigte schematische Darstellung wird oft fr einfacheAnlagen verwendet. Sie wird geographische Darstellung genannt undweist einen engen Bezug zur konstruktiven Lsung auf.Fr grssere Anlagen wird die geographische Darstellung bald einmalunbersichtlich, vor allem wenn komplexe Zusammenhnge derVerbraucher oder Erzeuger dargestellt werden mssen; z.B. eineGrundwasser-Wrmepumpe mit Speicher und zustzlichemHeizkessel, die mehrere verteilte Verbraucherstationen bedient.

Beispiel einer Heizungsanlage mit mehreren Verbrauchern in geographischer Darstellung

Synoptische Darstellung

Hinweis zur Darstellung vonStellgliedern

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Aus diesen berlegungen und auch durch den verbreiteten Einsatzvon CAD-Systemen kommt heute meist eine andere, strukturiertereDarstellungsweise zur Anwendung.

Die synoptische Darstellung erlaubt auch die schematischeDarstellung von sehr komplexen und umfangreichen hydraulischenAnlagen in einer klar strukturierten und bersichtlichen Art und Weise.Bei der synoptischen Darstellung sind einige wichtige Regeln zubeachten: Der Vorlauf wird oben gezeichnet, der Rcklauf wird unten

gezeichnet. Man nennt dies oft auch die Versorgungsschiene. Erzeuger und Verbraucher werden parallel in Flussrichtung zwi-

schen Vorlauf und Rcklauf eingezeichnet.

Geographische Darstellung Synoptische Darstellung

Geographische und synoptische Darstellung einer einfachen Anlage

Bei der schematischen Darstellung von hydraulischen Schaltungen istes auch wichtig, dass gewisse Komponenten symbolisch korrektdargestellt werden.Ein Element, bei dem dies besonders wichtig ist, ist das Dreiweg-Stellglied (Ventil oder Hahn).Die beiden Tore mit variablem Durchfluss werden ausgefllt gezeich-net, das Tor mit konstantem Durchfluss unausgefllt.

Schematische Darstellung von Ventiltoren:ausgefllt = variabler Durchflussunausgefllt = konstanter Durchfluss

Vorlauf

Verbraucher

Rcklauf

Flussrichtung

Erzeuger

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In vielen der schematischen Darstellung im Lernprogramm "Hydraulikin der Gebudetechnik" und in diesen Unterlagen sind Stellgliederohne Antrieb dargestellt. Dies vor allem um die bersichtlichkeit derZeichnungen zu verbessern. Zudem wird als Stellglied immer einVentil angenommen.

Beispiele geographischer und synoptischer Darstellungen:

Geographische Darstellung Synoptische Darstellung

1.3 Verbraucher Grundschaltungen1.3.1 Mengenvariable und mengenkon-

stante Kreise

1.3.2 Durchfluss- und MischregelungDurchflussregelung

Mischregelung

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Die Leistung (Wrme-/Kltemenge) an einem Erzeuger oderVerbraucher ist proportional zum Produkt aus Massenstrom undTemperaturdifferenz ber dem Erzeuger oder Verbraucher.

Q = V * T * c *

Fr unsere berlegungen und fr bliche Anwendungen in derHaustechnik nehmen wir die Dichte und die spezifischeWrmekapazitt c als konstant an. Damit ist die Leistung an einemErzeuger oder Verbraucher proportional zum Produkt ausVolumenstrom und Temperaturdifferenz.

Q V * T

Bei hydraulischen Schaltungen knnen folglich folgende Grssen zurAnpassung der Leistung herangezogen werden:

Zur Durchflussregelung (mengenvariabel) und zur Mischregelung(mengenkonstant) gibt es jeweils zwei hydraulische Grundschaltungen.Bei der Durchflussregelung (mengenvariable Kreise) sind dies: Drosselschaltung Umlenkschaltung

Drosselschaltung Umlenkschaltung

Beide verndern die Leistung durch unterschiedlichen Volumenstromim Wrmeverbraucher.

Bei der Mischregelung (mengenkonstante Kreise) sind dies: Beimischschaltung Einspritzschaltung (mit Dreiweg- oder Durchgangsventil)

Beimischschaltung Einspritzschaltung (mit Dreiwegventil)

Beide verndern die Leistung durch unterschiedliche Eintrittstempe-ratur in den Wrmeverbraucher.

Volumenstrom wird verndertbei konstanter Temperatur

=> mengenvariabler Betrieb

=> Durchflussregelung

Temperatur wird verndertbei konstantem Volumenstrom

=> mengenkonstanter Betrieb

=> Mischregelung

1.4 Hydraulische Grundschaltungen1.4.1 Drosselschaltung

Funktionsweise

Eigenschaften

Einsa