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Sonderdruck aus 6 /2007 HUSS-MEDIEN GmbH · 10400 Berlin Hydraulischer Abgleich von Einrohranlagen

Hydraulischer Abgleich von Einrohranlagen · Hydraulischer Abgleich von Einrohranlagen Rund 35 % der Energie werden in Privathaushalten für die Beheizung benötigt. Die Heizkosten

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Sonderdruck

aus 6/2007

HUSS-MEDIEN GmbH · 10400 Berlin

Hydraulischer Abgleichvon Einrohranlagen

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www.tga-praxis.de · MODERNE GEBÄUDETECHNIK 6/20072

…Praxisberichte Heizungstechnik

Seit den 70er Jahren wurden in derehemaligen DDR viele Neubautengleicher Bauart errichtet. Die Typi-

sierung des Wohnbaus hat zur Folge,dass auch die Heizungsanlagen in derRegel nach dem gleichen Prinzip ausge-führt sind. Häufig anzutreffen ist die sogenannte „vertikale Einrohrheizung“.Dabei handelt es sich um ein Heizungs-system mit oben liegender Verteilung.Die gesamte zur Gebäudebeheizungbenötigte Wassermenge wird an denhöchsten Punkt gefördert und von dortüber vertikale Fallstränge zu den einzel-nen Heizkörpern. Bei der Einrohrhei-zung sind alle Heizkörper eines Strangshintereinander geschaltet. Der erstebzw. oberste Heizkörper wird also mitder höchsten Vorlauftemperatur betrie-ben. Für die Dimensionierung des nach-folgenden Heizkörpers muss eine entsprechend niedrigere, um die abge-gebene Heizleistung reduzierte Wasser-temperatur zur Auslegung angenom-men werden. Dies setzt sich fort bis zumletzten Heizkörper im Strang. Die Folge

ist eine kontinuierliche Vergrößerungder Heizflächen zum Ende des Stranges,also von oben nach unten. Anders als beider in Ostdeutschland kaum vertretenenhorizontalen Einrohrheizung (die meistinnerhalb einer Nutzeinheit bleibt) ver-läuft bei der vertikalen Einrohrheizungjeder Strang durch mehrere Nutzer- oderWohneinheiten und versorgt dabeinominell gleiche Räume (etwa Wohn-zimmerstrang oder Schlafzimmer-strang). Die Einbindung der einzelnenFallstränge in das Netz erfolgt in derRegel nach dem Tichelmannschen Prin-zip. Das heißt, alle Stränge haben dengleichen Druckverlust.Bei vor 1970 errichteten Gebäudenwurden zur Wärmeübergabe im Raumüberwiegend Konvektortruhen mitZwangsumlauf installiert, die vollkom-men ohne Absperr- oder Einstellmög-lichkeit konzipiert waren. Spätere Anla-gen wurden bis in die 80er Jahre hineinmit Heizplatten und Handventilennach TGL (Technische Güte- und Liefer-bedingungen) 43191 ausgestattet. Mit

diesen Ventilen konnte die Heizleis-tung beeinflusst werden, indem einTeilstrom nicht über den Heizkörpergeführt, sondern über einen Bypassumgelenkt wurde. Doch in der Regelbefanden sich die Ventile in Offenstel-lung. So waren die Einrohranlagenursprünglich auch berechnet worden:mit 100 % Wassermenge durch denHeizkörper. Bei Gebäuden, die an dieFernwärmeversorgung angeschlossenwaren, erfolgte die Auslegung der Hei-zungsanlagen nominell mit System-temperaturen von 110/70 °C.

Thermostatisierung und ersteRekonstruktionsmaßnahmen

Gemäß der damals gültigen Heizungs-anlagenverordnung vom Januar 1991wurden an diesen Heizungsanlagen inden 90er Jahren Thermostatventilenachgerüstet. Dazu bot die Armaturen-industrie passende Austauschventilemit Baulängen nach TGL 43191 an.Diese Zweiwege-, zum Teil auch als Drei-wegeventile bezeichneten Thermostat-ventile machten in der Regel ein ein-stellbares Verteilverhältnis von 20 bis60 % Volumenstrom über den Heizkör-per möglich. Der Betrieb gemäß Ausle-gung (100 % Volumenstrom über denHeizkörper) funktionierte mit den neueingebauten Thermostatventilen alsonicht mehr. Es wurde nun ein Teilvolu-menstrom über einen Bypass am Heiz-körper vorbeigeführt. Aufgrund dieserAbweichung von den Auslegungsbe-dingungen herrschte teilweise eine Ver-unsicherung, ob noch eine ausrei-chende Beheizung der Wohnungengewährleistet sei. An den meistenGebäuden wurden gleichzeitig mit derHeizungssanierung weitere Moderni-sierungsmaßnahmen vorgenommen,etwa der Einbau von Fenstern mit Iso-lierverglasung oder eine Dämmungentsprechend dem Stand der Technik.Gemeinsam mit dem Umstand, dass dieHeizflächen sehr großzügig dimensio-niert waren, sorgte dies dafür, dass dieBefürchtungen hinsichtlich Unterver-sorgung alles andere als zutrafen.

Voraussetzungen und Folgender Thermostatisierung

Entscheidende Änderungen in der Be -triebsweise der Anlagen ergaben sichjedoch durch die Thermostatisierungselbst. Die Funktion des Thermostatven-tils beruht bekanntlich darauf, den Wär-me nachschub durch die in einem Raumvorhandene Wärme selbst regulieren zulassen, so dass die Raumtemperaturkonstant bleibt. Ein Thermostatventilbesteht aus einem Fühlerelement undeinem Ventil. Im Fühlerelement befin-det sich ein mit Gas oder Flüssigkeit

Typischer Einrohranschluss mitHandventil vor der Rekonstruktionin Halle-Neustadt (1992)

Rekonstruktion einer Einrohranlagein Fürstenwalde (1992)

Hydraulischer Abgleichvon Einrohranlagen

Rund 35 % der Energie werden in Privathaushalten für dieBeheizung benötigt. Die Heizkosten betragen etwa ein

Drittel der Betriebskosten für eine Wohnung. Und die starkgestiegenen Energiepreise haben zu einem Anstieg der

Heizkosten in der letzten Heizperiode von über 20 %geführt. Gründe genug, eine weitere Verringerung des

Energieverbrauchsin der Gebäudebeheizung anzustreben. Besondere Bedeutung kommt dabei Wohnsiedlungen

in den neuen Bundesländern zu.

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Heizungstechnik Praxisberichte

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gefülltes Wellrohrelement, das von derRaumtemperatur direkt gesteuert wird.Wenn die Raumtemperatur sinkt, ziehtsich das Wellrohr im thermostatischenElement zusammen und öffnet das Ven-til weiter. Dadurch wird die Warmwas-serzufuhr zum Heizkörper gerade umsoviel erhöht, wie für die gewünschteRaumtemperatur erforderlich ist. Steigtdagegen die Raumtemperatur, dehntsich das Wellrohrelement aus undbewegt den Ventilkegel in Schließrich-tung, so dass die Zufuhr des Heizmedi-ums zum Heizkörper gedrosselt wird.Das Thermostatventil kann so jede Artvon Wärmeeintrag in den Raum (etwadurch Sonneneinstrahlung, Abwärmevon elektrischen Geräten o. ä.) erfassen.Die Wärmeabgabe des Heizkörpers wirdreduziert, Energie eingespart.Bei der Einrohrheizung ist mit jedemRegeleingriff des Thermostatventils je -doch ein besonderer Effekt verbunden.Anders als bei der Zweirohrheizungbleibt die Strangwassermenge bei derEinrohranlage gleich, denn es handeltsich um ein volumenstromkonstantes

Netz. Drosselt das Thermostatventil dieHeizmedienzufuhr zum Heizkörper, sobedeutet das, dass mehr Heizwasserdurch den Bypass am Heizkörper vorbei-geführt wird. Damit verbunden steigtdie Vorlauftemperatur des Folgeheizkör-pers. Dieser wird nun also mit mehrWärme versorgt bzw. überversorgt. Dieshat auch hier einen Regeleingriff desThermostatventils zur Folge, so dass dieVorlauftemperatur auch des nachfolgen-den Heizkörpers ansteigt. Dieser Effektsetzt sich bis zum letzten Heizkörperfort. Genauso wirken sich andere Stö-rungen (z. B. überhöhte Strangvolumen-ströme) aus, die damit zu ansteigendenRücklauftemperaturen führen. Frühzei-tig wies beispielsweise u. a. ProfessorPeter Loose (Fachhochschule Lausitz) auf

„…eine Reduzierung des insgesamt imGebäude umgewälzten Volumenstroms,eine exakte Stromverteilung und -begrenzung auf die Stränge…“ hin. Einsolcher hydraulischer Abgleich des Net-zes lässt sich am einfachsten mit in deneinzelnen Strängen installierten Volu-menstromreglern realisieren. Ursprüng-lich waren die Stränge aufgrund derTichelmannschen Rohrführung auf glei-che Druckverluste ausgelegt. Nun war eserforderlich, die Volumenströme für dieeinzelnen Stränge exakt auf den tatsäch-lichen Bedarf zu begrenzen, um eineRücklauftemperaturanhebung im Strangdurch überhöhte Volumenströme zu ver-meiden.Gleichzeitig mit der Thermostatisierungder Heizungsanlagen wurde in den meis-ten Anlagen auch die verbrauchsabhän-gige Abrechnung eingeführt. Dies hatteeine Änderung des Nutzerverhaltens zurFolge: Mit dem Wunsch Heizkosten zusparen, drosselten viele Nutzer die Raum-temperatur ganz oder zeitweise. DieseReduzierung der Wärmeabnahme an

einzelnen oder mehreren Heizkörpern ineinem Strang wirkte sich (wie beschrie-ben) als Störung auf die Rücklauftempe-ratur aus. Teilweise führte dies sogar zudem kuriosen Effekt, dass die Heizlasteinzelner Räume nun fast durch den Wär-meeintrag des unisolierten Fallrohrsabgedeckt werden konnte. Diese Rück-lauftemperaturanhebung erschwertenicht nur die gerechte Abrechnung derHeizkosten, sondern reduzierte auch denWirkungsgrad der Anlage.Mit einem einfachen hydraulischenAbgleich war das Problem der reduzier-ten Wärmeabnahme im Strang ebensowenig zu lösen wie mit einer zentralenRücklauftemperaturbegrenzung, wie siebeispielsweise bei vielen fernwärmever-sorgten Zweirohranlagen Standard ist.Eine zentrale Rücklauftemperaturbe-grenzung würde vielmehr zu einer pau-schalen Reduzierung des Volumen-stroms in der Anlage und damit zurUnterversorgung einzelner Einrohrs-tränge mit nicht reduzierter Wärmeab-nahme führen.

Hydraulischer Abgleichder Einrohrsträngemittels Volumenstrom-regler

Das AB-QM-Kombiventil integrierteinen Volumenstromregler und einRegelventil. Die Differenzdruck-rege lung findet über dem gesamtenVentil statt, die Stellung des Regel-konus bestimmt den konstantenDurchfluss.

Darstellung eines lastabhängigen hydraulischen Abgleichs mit dem AB-QM-Kombiventil, Stellantrieb und Temperaturfühler

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Technisch sinnvoll erscheint vielmehreine strangweise lastabhängige Volu-menstrombegrenzung. Möglich wirddies beispielsweise durch Ventilkon-struktionen wie das Kombiventil AB-QM für hydraulischen Abgleichund Regelung. Das Regelventil ist hierkonstruktiv fester Bestandteil desVolumenstromreglers und dientgleich zeitig zur Volumenstromeinstel-lung. Die einzelnen Einrohrsträngekönnen so auf den theoretischen Voll-lastfall abgeglichen werden. Übereinen Temperaturfühler am Stran-gende im Rücklauf kann die Wärme-abnahme oder Auslastung des Strangserfasst werden. Beim Überschreiteneiner vorgegebenen Rücklauftempe-ratur wird mittels eines auf das Ventilmontierten Stellantriebs der Strangvo-lumenstrom auf einen reduziertenWert eingestellt. Eine Rücklauftempe-raturanhebung lässt sich so im einzel-nen Strang vermeiden. Dies führt zueiner besseren Regelfähigkeit derAnlage, da die Thermostatventile vonStörungen befreit werden. Vor allemaber wird so ein besserer Wirkungs-grad der Anlage erreicht. Aus wirt-schaftlichen Gründen kann sich dieschrittweise Aufrüstung des AB-QM-Ventils anbieten: Das Kombiventilwird zunächst nur als Volumenstrom-regler für den einfachen Strangab-gleich eingesetzt und zu einem späte-ren Zeitpunkt durch Stellantrieb undTemperaturfühler erweitert. So istdann der effektivere lastabhängigehydraulische Abgleich möglich. Aus-geführte Anlagen belegen, in welcherheblichem Umfang so Heizenergiegespart werden kann.

Dank moderner Regelkonzepte, wieeinem lastabhängigen hydraulischenAbgleich durch den Einsatz modernerKombiventile für hydraulischenAbgleich und Regelung, kann derEnergieverbrauch der vor allem inOstdeutschland verbreiteten Einrohr-anlagen deutlich gesenkt werden.Mit geringem finanziellem Aufwandlässt sich so Energie sparen. Die über-wiegend in den 70ern errichteten

Anlagen werden so auf den Stand der Technik gebracht und fit für dieAnforderungen der Zukunft gemacht.

Die AutorenDipl.-Ing. (FH) Michael Hartmann, Produktmanager, Danfoss Wärme -automatik, OffenbachDipl.-Ing. Jörg Müller, Planer, IGHTIngenieurbüro für Bauplanung und Haustechnik, GothaDipl.-Ing. Winfried Dreger, Vertriebs-ingenieur, Techem Energy ServicesGmbH, Berlin

Literatur/1/ Schretzenmayr, M.: Wohnungsbau in der

ehemaligen DDR. In: DISP 133 (1998)/2/ Knabe, G.: Einsatz von Dreiwege-

Thermostatventile zur Sanierung vonEinrohrheizungen. In: Stadt- und Gebäu-detechnik 46 (1992)

/3/ Ostdeutsche Heizungsanlagen: Bestandsaufnahme und Sanierungsmög-lichkeiten. In: Instandhaltungs-Journal 9und 10 (1991)

/4/ Loose, P.: Leserbrief. In: Sanitär- und Heizungstechnik 5 (1991)

/5/ Loose, P.; Bublitz, D.; Schmidt, P.: Ener-gieeinsparung in Typenwohngebäudenmit Fernwärmeanschluß. In: Fernwärme 3 (1991)

Fazit

Heizungstechnik Praxisberichte

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Energetische Optimierung einer Einrohranlagedurch lastabhängigen hydraulischen AbgleichEine dem beschriebenen Verfahren entsprechende Sanierung von Einrohranlagenfand beispielsweise im Gebäudekomplex „Sonnenwinkelweg“ der Wohnungsge-sellschaft Delitzsch in Sachsen statt. Das Objekt (Bild oben) teilt sich in zweigleich große und gleich genutzte Einheiten mit gemeinsamer Heizzentrale sowiejeweils eigenem Heizkreislauf auf. Die Heizungsanlage im rechten Gebäudewurde in zwei Stufen gemäß der Planung des Ingenieurbüros IGHT in Gothaoptimiert. In Zusammenarbeit zwischen Ingenieurbüro und Ventilherstellerkonnte in kurzer Zeit eine zuverlässige technische Lösung für den lastabhängi-gen Abgleich realisiert werden. Beide Gebäudeteile sind messtechnisch mit Wärmemengenzählern ausgestattet. Die Erfassung der Verbrauchswerte erfolgtdurch den Energiedienstleister Techem. Bereits durch den hydraulischen Abgleichin einem ersten Sanierungsschritt verringerten sich die Verbrauchswerte.

Mit der Optimierung der Rücklauftemperatur durch einen lastabhängigenhydraulischen Abgleich stellten sich die in der Grafik (links) dargestelltenmonatlichen Verbrauchswerte ein. Gleichzeitig konnte die Heizkurve in diesemGebäudeteil reduziert werden (Grafik rechts). Für 2006 ergab sich im energe-tisch optimierten Gebäudeteil ein um etwa 50 MWh geringerer Verbrauch. Zwi-schenzeitlich wurde die zweite Hälfte des Gebäudes ebenfalls lastabhängighydraulisch abgeglichen. Das Ergebnis: Auch hier erreichen die Verbrauchswerteeinen ähnlich niedrigen Stand wie die der bereits zuvor sanierten Gebäude-hälfte. Daraufhin wurden zwei weitere Objekte der WohnungsgesellschaftDelitzsch nach dem gleichen Verfahren erfolgreich saniert.

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Sonnenwinkelweg 2…8

Sonnenwinkelweg 10…16

Sonnenwinkelweg 2…8

Sonnenwinkelweg 10…16

90

°C

70

60

50

40

30

20

10

020 15 0 -15°C

Außentemperatur

Vo

rlau

ftem

per

atur

Objektdaten:Objekt: Mehrfamilienhaus

(Typ WBS 70), je 40 Par-teien

Träger: Wohnungsgesell schaftder Stadt Delitzsch

Baujahr: 1982Sanierung: 1995 (Wärmedämmung)Planungsbüro: IGHT Ingenieurbüro

für Bauplanung undHaustechnik, Gotha; verantwortlich:Jörg Müller

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Nähere Angaben siehe Datenblatt VD.A2.W1.03

Nähere Angaben siehe Datenblatt VD.SA.P2.03

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AuslegungAB-QM ist auf den Nennvolumen-strom des Stranges auszulegen. Unabhängig von der gewählten Rohrdimension ist für die bestmög -liche Erzielung des Einspareffektes das kleinstmögliche für den jeweiligenVolumenstrom geeignete Ventil auszuwählen!

Bei Verwendung von TWA-Z in Verbindung mit AB-QM in DN 25 und32 können nur maximal 60 % von Vmax

erreicht werden.

MontageAn AB-QM ist der maximal erforder-liche Strangvolumenstrom einzustel-len. Der Distanzring ist vor Montagedes Stellantriebes auf das AB-QM aufzusetzen.Bitte beachten Sie, dass TWA-Z nichtnach unten hängend montiert werden darf.

Optimierung von vertikalen Einrohranlagen mit AutomatischemKombiventil AB-QM

AB-QM DN vmax.l/h Außengewinde Best.-Nr.

ISO 22 8/1

10LF 150 G ½ A 003Z025110 275 003Z0201

15LF 275 G ¾ A 003Z0252

15 450 G ¾ A 003Z0202

20 900 G 1 A 003Z0203

25 1700 G 1¼ A 003Z0204

32 3200 G 1½ A 003Z0205

Typ Versorgungsspannung Best.-Nr.

TWA-Z NC 24 Vac/dc 082F1222

TWA-Z NC 230 Vac 082F122 6

Anlegethermostat AT 041E0000

Distanzring zur Einrohroptimierung (5 Stück) 003Z0237

BestellungAB-QM

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HUSS-MEDIEN GmbHAm Friedrichshain 22 · 10407 Berlin Tel. 030 42151-0 · Fax 030 42151-207www.tga-praxis.de

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