Hydraulik in HKLS Anlagen - herzmediaserver.comherzmediaserver.com/data/01_product_data/06_broschure/deu/hkls... · 4 Einleitung Die wichtigste Voraussetzung für eine funktionierende

www.herz.eu

Hydraulik in HKLS Anlagen

2

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 Heizungs- oder 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.)

3

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 .................................................... 8Drosselschaltungen .................................................................................................................................................... 8

Dimensionierungsbeispiel ....................................................................................................................................... 9Umlenkschaltung (Verteilschaltung) ........................................................................................................................... 10

Dimensionierungsbeispiel ..................................................................................................................................... 11Einspritzschaltung mit Durchgangsventil ................................................................................................................... 12

Dimensionierungsbeispiel ..................................................................................................................................... 13Einspritzschaltung mit Dreiwegeventil ........................................................................................................................ 14

Dimensionierungsbeispiel ..................................................................................................................................... 14

Hydraulische Schaltungen für differenzdruckfreie Anschlüsse in Heizungsanlagen .......................................................... 16Beimischschaltung .................................................................................................................................................... 16

Dimensionierungsbeispiel ..................................................................................................................................... 17Doppelte Beimischschaltung ..................................................................................................................................... 17

Dimensionierungsbeispiel .................................................................................................................................... 18

Literatur- & Abbildungsverzeichnis ................................................................................................................................ 20

Anlagen mit statischer Regulierung und Strangregulierventil, Umlenkschaltung, Einspritzschaltung mit Durchgangsventil, Doppelter Beimischschaltung.

4

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.

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.

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.

Bezeichnungskonventionen

Für sämtliche Schemata und Berechnungsbeispiele gelten folgende Bezeichnungskonventionen:

∆pL Druckverlust über den Verbraucher kPa]

∆pV Druckverlust über das Regelventil [kPa]

∆pSRV Druckverlust über das Strangregulierventil [kPa]

∆pab Druckverlust über das Absperrventil [kPa]

∆pSchmu Druckverlust über den Schmutzfänger [kPa]

qp Massenstrom im Fernwärmekreislauf [l/h]

qs Massenstrom im Verbraucherkreislauf [l/h]

tv Vorlauftemperatur im Verbraucherkreislauf [°C]

tR Rücklauftemperatur [°C]

tP Vorlauftemperatur im Fernwärmekreislauf[°C]

Es werden die wichtigsten Grundschaltungen erklärt sowie die Vor- und Nachteile dargestellt. Grundsätzlich werden im Rohrnetz drei Bereiche unterschieden – Erzeuger, Verteilung und Verbraucher.

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.

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.

∆H Differenzdruck am Verteiler [kPa]

∆pmv Differenzdruck 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 = ∆pV

∆pmv + ∆pV

5

Hydraulische Grundschaltungen

Übersicht über die Schaltungen

Schaltung

Fernwärmekreis Verbraucherkreis

BesonderheitRücklauf-anhebung

MassestromRücklauf-anhebung

Massestrom

Dru

ckb

ehaf

tete

r Ve

rtei

ler

Drosselschaltung Nein Variabel Konstant VariabelBeeinflussung anderer

Verbraucher

Umlenkschaltung Ja Konstant Variabel VariabelKeine Beeinflussung

andererVerbraucher

Einspritzschaltungmit Durchgangs-

ventilNein Variabel Konstant Konstant

KombinationFußbodenheizung

/ Radiatorenmöglich

Einspritzschaltungmit Dreiwegeventil

Ja Konstant Variabel Konstant

Immer Fernwärmetemperatur

am Ventil, guteRegelfähigkeit

Dru

cklo

ser

Vert

eile

r Beimischschaltungeinfach

Nein Variabel Variabel Variabel

Immer Fernwärmetemperatur

am Ventil, guteRegelfähigkeit

Beimischschaltungdoppelt

Nein Konstant Variabel Konstant


/ Radiatorenmöglich

Tabelle 1: Übersicht der Schaltungen

6

Schnellauswahltabelle

Schaltung

Anwendungsfall

Druckbehafteter Verteiler Druckloser Verteiler

Drossel-schaltung

Umlenk-schaltung

Einspritz-schaltung

Einspritz-schaltung

Beimisch-schaltung

Beimischschaltung

Durchgangsventil Durchgangsventil Einfach doppelt

Fernwärme

Brennwertgeräte

Heizkörpersysteme

Fußbodenheizung


/ Radiatoren

Luftheizregister

Kühlregister

Zonenregelung

Abbildung 1: Schnellauswahl

Heizungsanlagen mit Hydraulischer Weiche. Wärmeerzeuger parallel angeschlos-sen. Erster Verbraucher statische Regulierung, Verbraucher zwei bis vier mit Beimischschaltung.

7

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.

1

2

7

3

6

4

45

TI

TI

pv

pS

RV

H

Abbildung 2: Drosselschaltung

Pos Bezeichnung Artikelnr.

1 Strangregulierventil 4217 4117 4017 4218

2Regulierventil mitAntrieb

40377712

21177712

3 Heizungsregler 7793

4 Absperrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218

5 Schmutzfänger 4111

6 Temperaturfühler 7793

7 Überströmventil 4004

Tabelle 2: Drosselschaltung

Merkmale: 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.

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.

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

8

Im konkreten Fall ist diese Schaltung:

• bei der Verteilung von Fernheizwerken anzutreffen,• bei Anbindungen an Pufferspeichern,

sowie• bei Einbindungen des Verbrauchernetzes an

Brennwertgeräten.

Weitere Anwendungsgebiete sind:

• Zonenregelungen bei Radiator und Fußbodenhei-zungssystemen mit nach Außentemperatur geregelter Vorlauftemperatur und des Weiteren für

• kleine Nachwärmer und Luftkühler aller Größen.

Dimensionierungsbeispiel

Q = 70 kWtV = 90 °CtR = 50 °C∆pL = 10 kPa∆H = 30 kPa

qS = 3600 . =

= 3600 . = 1504 l/h

Qc . (tV - tR)

704.19 . (90 - 50)

! Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und der zulässigen Rohrreibung.

Forderung 1:∆pv ≥ ∆pL (Der Differenzdruck über das Regelventil muss größer oder gleich dem Differenzdruck über dem Verbraucher sein).

Schritt 1:Berechnung des minimal zur Verfügung stehenden Differenzdrucks:

Forderung 2:∆H ≥ ∆Hmin (Der zur Verfügung stehende Differenzdruck am Verteiler muss größer oder gleich dem minimal benötigten Differenzdruck sein)

∆Hmin = ∆pV,min + ∆pL + ∆pSRV + ∆pAb + ∆pSchmu

! ∆pSRV minimal 3 kPa

Für den Druckverlust über das Absperrventil (4115) und den Schmutzfänger (4111) - Maschenweite wurden die kvs-Werte für die Dimension DN 25 herangezogen.

∆Hmin = 10 + 10 + 3 + 0.7 + 1.2 = 24.9 [kPa]

Nachdem ∆H = 30 kPa ist Forderung 2 erfüllt.

Schritt 2:Berechnung des theoretischen kv-Wertes des Regelventils: (∆pV,min = 10 kPa)

kv,theo = = = 4.75qs

100 . √ ∆pv,min

1504100 . √ 10

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.

Bei kvs = 6.3

∆pv = = = 5.7 kPaqS

100 . Kvs

1504100 . 6.3

2 2

Forderung 1 wurde nicht erfüllt!

Bei kvs = 4.0

∆pv = = = 14.1 kPaqS

100 . Kvs

1504100 . 4.0

2 2

Forderung 1 wurde erfüllt!

Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 4,0 und die Dimension DN 15

Die Ventilautorität beträgt:

а = = = 0.47∆pv

∆H14.130

Die Ventilautorität sollte zwischen 0,35 und 0,75 liegen, darf den Wert 0,25 aber nicht unterschreiten, da das System sonst instabil wird.

Schritt 4:Die Auslegung des Strangregulierventils im Vorlauf

9

Ermittlung des abzubauenden Differenzdrucks:

∆pSRV = ∆H - (∆pV + ∆pL) = = 30 - (14.1 + 10) = 5.9 kPa

Ermittlung des kv-Wert:

kv,SRV = = = 6.2qS

100 . √ ∆pSRV

1504100 . √ 5.9

Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension 1” ergibt sich eine Voreinstellung von 3,3.

Umlenkschaltung(Verteilschaltung)

Bei dieser Schaltung handelt es sich um eineAbwandlung der Drosselschaltung.

TI

TI

1a

1b 2

3

6

4 4

45

H

Abbildung 3: Umlenkschaltung



2 Mischventil mitAntrieb

40377712

21177712


4 Absperrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218

5 Schmutzfänger 4111 2662

6 Temperaturfühler 7793

Tabelle 3: Umlenkschaltung

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 Durch- flussmenge in diesem.

Anwendung: Luftheizregister, Kühlregister, Zonenregelung.

Vorteile: Durch die konstante Durchflussmenge Fern-wärmeseitig kann auf eine leistungsgeregelte Pumpe verzichtet werden. Der Differen-zdruck ändert sich nicht und die einzelnen Verbraucher beeinfl ussen sich nicht gegen-seitig.

Nachteile: Die Temperatur am Verbraucher entspricht immer der Fernwärmetemperatur.

Die hydraulischen Vorteile dieser Schaltung liegen in der konstanten Menge an Heizmedium im Fernwärmekreis, durch die leistungsgeregelte Pumpen entfallen können.

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 Fernwärme- und 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, Wärme- oder 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.

10


Q = 40 kWtV = 6 °CtR = 12 °C∆pL = 25 kPa∆H = 70 kPa

qS = 3600 . =

= 3600 . =~ 5730 l/h

Qc . (tV - tR)

404.19 . (12 - 6)

! Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und der zulässigen Rohrreibung

Forderung 1:∆pV ≥ ∆pL (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:∆H ≥ ∆Hmin (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.

∆Hmin = 25 + 25 + 3 + 0.8 = 53.8 [kPa]

Nachdem ∆H = 70 kPa ist Forderung 2 erfüllt.

Schritt 2:Berechnung des theoretischen kv-Wertes des Regelventils: (∆pV, min = 25 kPa)

kv,theo = = = 11.46qS

100 . √ ∆pv,min

5730100 . √ 25

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

∆pv = = = 12.82 kPaqS

100 . Kvs

5730100 . 16

2 2

Forderung 1 wurde nicht erfüllt!

Bei kvs = 10

∆pv = = = 32.8 kPaqS

100 . Kvs

5730100 . 10

2 2

Forderung 1 wurde erfüllt!

Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 10 und die Dimension DN 25


а = = = 0.57∆pV

∆pL + ∆pV

32.825 + 32.8

Die Ventilautorität sollte zwischen 0,35 und 0,75 liegen, darf den Wert 0,25 aber nicht unterschreiten, das System sonst instabil wird.

Schritt 4:Die Auslegung des Strangregulierventils 1a im Rücklauf


∆pSRV1a = ∆H - (∆pV + ∆pL + ∆pSchmu) = = 70 - (32.8 + 25 + 0.8) = 11.4 kPa


kv,SRV1a = = = 17.0qS

100 . √ ∆pSRV1

5730100 . √ 11.4

11

Für ein Geradsitzventil 4217 mit der Dimension DN 40 ergibt sich eine Voreinstellung von 4,8.

Schritt 5:Auslegung Bypass:Sollte der Verbraucher keine Leistung abnehmen muss der gesamte Massenstrom über den Bypass abgeleitet werden können.

Forderung 3:∆pSRV2 = ∆pL

Forderung 4:qBypass = qS

Aus diesen Forderungen kann der kv-Wert des Ventils im Bypass ausgelegt werden:

kv,SRV1b = = = 11.46qBypass

100 . √ ∆pSRV2

5730100 . √ 25


Einspritzschaltung mit Durchgangsventil

In diesem System ist die Wassermenge, im Gegensatz zur Drosselschaltung im Verbrauchersystem, mengenkonstant.

1a

1b

6

2

3

8

4

4

5

7

Abbildung 4: Einspritzschaltung Durchgang



2 Regulierventil mitAntrieb

40377712

21177712


4 Absperrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218


6 Anlegetemperaturfühler 7793

7 Rückschlagventil 2622


Tabelle 4: Einspritzschaltung Durchgang

Mermale: Wassermenge Fernwärmeseitig variabel und Verbraucherseitig konstant Temperatur beim Verbraucher variabel

Anwendungen: Heizkörpersysteme, Fußbodenheizung, Luftheizregister, Niedertemperaturheizung

Vorteile: Für Systeme mit niedrigen Rücklauftem-peraturen (Fernheizung, Brennwertgeräte), unterschiedliche Temperaturniveaus für Fern-wärme- und Verbraucherseite (z.B. 45 °C an 90 °C)

Nachteile: Für die Dimensionierung des Regelventils muss der Differenzdruck bekannt sein, bei Vorheizregistern besteht bei langen Rohrlei-tungen Frostgefahr.

Dimensionierungsbeispiele

Q = 25 kWtV = 45 °CtR = 35 °C∆H = 25 kPa∆tprimär = 70 °C

qp = 3600 . =

= 3600 . = 614 l/h

Qc . (tp - tR)

254.19 . (70 - 35)

12


qS = 3600 . =

= 3600 . = 2148 l/h

Qc . (tV - tR)

254.19 . (45 - 35)

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)


kv,theo = = = 1.2qS

100 . √ ∆pv,min

614100 . √ 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 gewähltwerden. Der restliche Differenzdruck wird über das Strangregulierventil 2 abgebaut.

Bei kvs = 1.6

∆pv = = = 14.7 kPaqp

100 . Kvs

614100 . 1.6

2 2

Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 1,6 und die Dimension DN 10


а = = = 0.59∆pV

∆H14.725

Die Ventilautorität sollte zwischen 0,35 und 0,75 liegen, darf den Wert 0,25 aber nicht unterschreiten, das System wird sonst instabil.

Schritt 3:Die Auslegung des Strangregulierventils 1a im Vorlauf


∆pSRV1a = ∆H - ∆pV = 25 - 14.7 = 10.3 kPa


kv,SRV1a = = = 1.9qp

100 . √ ∆pSRV2

614100 . √ 10.3

Die erforderlichen 10,3 kPa werden über das Strangregulierventil abgebaut.


Schritt 4:Auslegung des Strangregulierventils 1b: Das Strangregulierventil 1b ist mit einem Nenndruckverlust von 3 kPa auszulegen.

kv,SRV1b = = = 12.4qS

100 . √ ∆pstad2

2148100 . √ 3


13

Einspritzschaltung mitDreiwegeventil

Bei dieser hydraulischen Schaltung sind die Volumenströme im Fernwärmekreis und im Verbraucherkreis mengenkonstant.

1a

1b

2

6

3

8

4

4

7

5

Abbildung 5: Einspritzschaltung 3-Weg



2 Mischventil mitAntrieb

40377712

21177712


4 Absperrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218





Tabelle 5: Einspritzschaltung 3-Weg

Merkmale: Wassermenge Fernwärmeseitig konstant, Verbraucherseitig konstant. Temperatur Verbraucherseitig variabel.

Anwendung: Heizkörpersystem, Niedertemperaturheizung mit annähernd gleichen Fernwärme und

Verbrauchertemperaturen, Luftheizregister, bei unbekanntem Differenzdruck.

Vorteile: Durch den konstanten Volumenstrom Verbraucherseitig ergibt sich eine ausgezeichnete Regelfähigkeit.

Nachteile: Temperatur muss Fernwärme und Verbraucherseitig annähernd gleich sein. Kann nicht beim Anschluss einer Niedertemperaturheizung (z.B. 45 °C auf 90 °C) verwendet werden.

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.


Q = 90 kWtV = 75 °CtR = 55 °C∆H = 40 kPaTprimär = 90 °C

qp = 3600 . =

= 3600 . = 2209 l/h

Qc . (tp - tR)

904.19 . (90 - 55)


qS = 3600 . =

= 3600 . = 3866 l/h

Qc . (tV - tR)

904.19 . (75 - 55)

14

Forderung 1:∆pv > 3 kPa

Schritt 1:Calculation of the theoretical kv value of the Control valve:

kv,theo = = = 22.3qS

100 . √ ∆pv,min

3866100 . √ 3

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.

Bei kvs = 25

∆pv = = = 2.4 kPaqS

100 . Kvs

3866100 . 25

2 2

Bei kvs = 16

∆pv = = = 5.8 kPaqS

100 . Kvs

3866100 . 16

2 2

Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 16 und eine Dimension von DN 32.


а = = = 1∆pV

∆pv

5.85.8

(Die mengenvariable Strecke beschränkt sich auf den Bypass)

Schritt 3:Die Auslegung des Strangregulierventils 1a im Vorlauf


∆pSRV1a = ∆H - ∆pV = 40 - 5.8 = 34.2 kPa


kSRV2 = = = 6.6qp

100 . √ ∆pSRV2

3866100 . √ 34.2


Schritt 4:Auslegung des Strangregulierventils 1b im Rücklauf Das Strangregulierventil 1b ist mit einem Nenndruckverlust von 3 kPa auszulegen.

kSRV1b = = = 22.3qS

100 . √ ∆pSRV1

3866100 . √ 3


Schritt 5:Auslegung des Bypass Der Bypass muss in der Lage sein die gesamte Verbraucherwassermenge aufzunehmen.

15

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.

1

2

3

6

4

4 4

5

8TI TI

TI

7

Abbildung 6: Beimischschaltung



2 Dreiwegeventil mitAntrieb

40377712

21177712


4 Abpserrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218


6 Aussentemperaturfühler 7793



Tabelle 6: Beimischschaltung

Merkmale: Wassermenge Fernwärmeseitig variabel, Verbraucherseitig konstant. Temperatur Fernwärmeseitig variabel.

Anwendung: Heizkörpersysteme, Luftheizregister

Vorteile: Durch den konstanten Volumenstrom Verbraucherseitig ergibt sich eine aus-gezeichnete Regelfähigkeit.

Hydraulische Schaltungen für differenzdruckfreie Anschlüsse inHeizungsanlagen

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.

16

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.

Das Regulierventil im Rücklauf dient der Durch- flussmengenbegrenzung.


Q = 20 kWtV = 80 °CtR = 60 °C∆pL = 25 kPa

qS = 3600 . =

= 3600 . = 860 l/h

Qc . (tV - tR)

204.19 . (80 - 60)

! Die Rohrdimension ist abhängig vom Rohrmaterial und der zulässigen Rohrreibung, die Daten werden aus dem berechneten Strang übernommen


kv,theo = = = 4.9qS

100 . √ ∆pv,min

860100 . √ 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

∆pv = = = 1.86 kPaqS

100 . Kvs

860100 . 6.3

2 2

∆pv < 3 kPa!

Bei kvs = 4.0

∆pv = = = 4.62 kPaqS

100 . Kvs

860100 . 4.0

2 2

∆pv > 3 kPa

Das 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).

Die Ventilautorität beträgt

а = =

= = 0.63

∆pV

∆pv + 2 . ∆pAb + ∆pSchmu

4.624.62 + 2 . 0.7 + 1.3

Der Druckverlust im Mischventil muss zusätzlich von der Pumpe erbracht werden.

Schritt 3:Auslegung des Strangregulierventils auf 3 kPa

kv,SRV = = = 4.9qS

100 . √ ∆pSRV

860100 . √ 3


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 Dreiwegeventilenund direkter Fernwärmeseitiger Anbindung an den Erzeuger.

17

1a

1b

2

3

6

44

4

5

8

7

Abbildung 7: Beimischschaltung doppelt



2 Dreiwegeventil mit Antrieb

40377712

21177712


4 Absperrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218


6 Aussentemperaturfühler 7793



Tabell 7: Beimischschaltung doppelt

Merkmale: Wassermenge Fernwärmeseitig konstant, Verbraucherseitig konstant. Temperatur Verbraucherseitig variabel.

Anwendung: Niedertemperaturheizungen mit Fern-wärme und Verbrauchertemperaturen unter-schiedlich. Speziell Fußbodenheizungen an einem Hochtemperatursystem geeignet.

Vorteile: Beim Einsatz auf drucklosen oder druckar-men Verteilern ist die Autorität des Regelven-tils fast 1 (d.h. gute Regelfähigkeit). Kann zum Anschluss einer Niedertemperaturheizung (z.B. 45 °C an 90 °C) verwendet werden.

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.


Q = 40 kWtV = 45°CtR = 35 °CtP = 70 °C∆pL = 25 kPa

qp = 3600 . =

= 3600 . = 982 l/h

Qc . (tp - tR)

404.19 . (70 - 35)


qS = 3600 . =

= 3600 . = 3437 l/h

Qc . (tV - tR)

404.19 . (45 - 35)


Schritt 1:Berechnung des theoretischen kv-Wertes des Regulierventils: (∆pV,min = 3 kPa)

kv,theo = = = 5.7qp

100 . √ ∆pv,min

982100 . √ 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 da von ausgegangen werden, dass der kleiner kvs-Wert gewählt wird um den nötigen Druckverlust zu erreichen.

18

Bei kvs = 6.3

∆pv = = = 2.4 kPaqp

100 . Kvs

982100 . 6.3

2 2

∆pv < 3 kPa

Bei kvs = 4.0

∆pv = = = 6.0 kPaqp

100 . Kvs

982100 . 4.0

2 2

∆pv > 3 kPa!

Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 4,0 und die Dimension DN 15.


а = = = 0.5∆pV

∆pv + ∆pSRV2

6,06.0 + 6.0

Der Druckverlust im Mischventil muss zusätzlich von der Pumpe erbracht werden.

Schritt 3:Auslegung des Strangregulierventils 1a erfolgt auf 3 kPa

kv,SRV1a = = = 19.8qS

100 . √ ∆pSRV1

3437100 . √ 3


Schritt 4:Auslegung des Bypass

Die Durchflussmenge des Bypass ergibt sich aus:

qBypass = qS - qp = 3437 - 982 = 2455 [l/h]

Auslegung des Strangregulierventils 1b erfolgt auf den Druckverlust des Regelventils (7,6 kPa)

kv,SRV1b = = = 10.0qBypass

100 . √ ∆pSRV2

2455100 . √ 6.0


Heizungsanlagen mit Hydraulischer Weiche. Wärmeerzeugerparallel angeschlossen. Statische Regulierung bei den Strängen. Erster Verbraucher je Strang statische Regulierung,Verbraucher zwei bis vier mit Beimischschaltung.

19

ÖNORM H 5142, Hydraulische Schaltungenfür Heizungsanlagen, 1990

VDI 2073, Hydraulische Schaltungen in heiz undraumlufttechnischen Anlagen, 1999

Regelung und hydraulische Schaltungenin heiz- und raumlufttechnischen Anlagen,VDI Verlag, 3.9.-4.9.1992

Roos, H., Hydraulik der Warmwasserheizung,Oldenbourg Verlag München, 1999

Fig. 1: Schnellauswahl .........................................7Fig. 2: Drosselschaltung ..................................... 8Fig. 3: Umlenkschaltung ................................... 10Fig. 4: Einspritzschaltung Durchgang ................ 12Fig. 5: Einspritzschaltung 3-Weg ....................... 14Fig. 6: Beimischschaltung ................................. 16Fig. 7: Beimischschaltung doppelt .................... 18

Table 1: Übersicht der Schaltungen .................... 6Table 2: Drosselschaltung ................................... 8Table 3: Umlenkschaltung ................................. 10Table 4: Einspritzschaltung Durchgang ............. 12Table 5: Einspritzschaltung 3-Weg .................... 14Table 6: Beimischschaltung .............................. 16Table 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 Einspritzschaltungmit Durchgangsventil.

Literatur- & Abbildungsverzeichnis

HERZ Armaturen GmbH DeutschlandFabrikstraße 76, D-71522 BacknangTel: +49 (0)7191 9021-0, Fax: +49 (0)7191 9021-79E-Mail: [email protected]

HERZ Armaturen GmbHRichard-Strauss-Str. 22, A-1230 ViennaTel.: +43 (0)1 616 26 31-0, Fax: +43 (0)1 616 26 31-27E-Mail: [email protected]

www.herz.eu

HK

LS-D

E-0

212-

1

Documents

Hydraulik in HKLS Anlagen - herzmediaserver.comherzmediaserver.com/data/01_product_data/06_broschure/deu/hkls... · 4 Einleitung Die wichtigste Voraussetzung für eine funktionierende