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Alexander Hofmann, Dmitrij DirektorIngenieurhydrologie – SS 2013 – Prof. Dr. Manfred Koch13.08.2013
Die HydraulischeWeiche
Alexander Hofmann, Dmitrij DirektorIngenieurhydrologie – SS 2013 – Prof. Dr. Manfred Koch13.08.2013
Inhalt
• Heizanlagen
• Hydraulischer Abgleich
• Funktionsweise/Aufbau
• Dimensionierung
• Überprüfung nach
Turbulenzen
• Probleme in der Praxis
Alexander Hofmann, Dmitrij DirektorIngenieurhydrologie – SS 2013 – Prof. Dr. Manfred Koch13.08.2013
Heizanlagen
Wärmeerzeuger• Gaskessel
• Ölkessel
Wärmeübergabe• Leitungssystem• Vorlauf• Rücklauf
• Pumpen
• Ventile
• Verteiler
Wärmeverteilung• Heizkörper
• Wärmetauscher
• Fußbodenheizung
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Hydraulischer Abgleich
• Ermittlung Norm-Heizlastnach DIN EN 12831
• Festlegung der Temperaturspreizung
• Überprüfen/Auslegung der HeizflächenWatt-Zahl maßgebend, nicht die Größe!
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Hydraulischer Abgleich
• Ermittlung der Volumenströme
• Überprüfung/Dimensionierung des Rohrnetzes
• Wahl der Pumpen
• Einstellung der Ventile/Pumpen (Regelung)
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• Hydraulischer Abgleich erforderlich
• Hoher Regelaufwand
• Ohne AbgleichUngleichmäßige
Wärmeverteilung Mehrverbrauch durch
ÜberversorgungGeräuschbelästigungTakten des Kessels
Heizanlage
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• Regelung wird einfacher
• Umwälzpumpe muss ausgelegt werden
• Pumpen für sämtliche Verbraucher notwendig
Heizanlage mit Weiche
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• Verbindung Vor- und Rücklauf
• Großer Innendurchmesser
• Entkopplung der Erzeuger von Verbrauchern
• Bildung einer Temperaturschichtung
Aufbau
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Primärkreislauf
Sekundärkreislauf I
Sekundärkreislauf II
Alexander Hofmann, Dmitrij DirektorIngenieurhydrologie – SS 2013 – Prof. Dr. Manfred Koch13.08.2013
Betriebszustand I
• Optimaler Betrieb der Anlage
• Allgemein gilt für diesen Fall:
[Volumenstrom l/s][Temperatur °C][Temperatur °C][Wärmestrom W]
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Betriebszustand II
• Gründe:
Überdimensionierte Primärpumpen
Unterdimensionierte Sekundärpumpen
• Allgemein gilt für diesen Fall:
[Volumenstrom l/s][Temperatur °C][Temperatur °C][Wärmestrom W]
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Betriebszustand III
• Gründe:
Unterdimensionierte Primärpumpen
Überdimensionierte Sekundärpumpen
• Allgemein gilt für diesen Fall:
[Volumenstrom l/s][Temperatur °C][Temperatur °C][Wärmestrom W]
Alexander Hofmann, Dmitrij DirektorIngenieurhydrologie – SS 2013 – Prof. Dr. Manfred Koch13.08.2013
Rund-Weiche• Höhere Betriebsdrücke
möglich
Kompakt-Weiche• Langer Weg zwischen
Primär- und Sekundärseite
Bauformen
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Dimensionierung einer Hydraulischen Weiche
• Gewährleistung optimaler Funktionalität
• An bestimmte konstruktive Anforderungen genügend
• Laminare (beruhigte) Strömungsverhältnisse auch unter Volllast
• Mittlere Fließgeschwindigkeit maximal 0,2 m/s
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Fehlerquellen der Dimensionierung
• Unterdimensionierte Weiche: Zu hohe FließgeschwindigkeitTurbulenzenDurchmischung der TemperaturphasenAbkühlung des Vorlaufs
• Überdimensionierte Weiche:Physikalisch nie negativFließgeschwindigkeiten stets < 2 m/s
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Effizienzverluste in der Weiche
• Näherungsweise Berechnung des DruckverlustesDarcy-Weisbach-Gleichung
• Bei laminarer Strömung vernachlässigbar geringGeringer Effizienzverlust
Beispiel zwecks genauerer Betrachtung
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Beispiel einer Auslegung
• Rechenbeispiel am fiktiven Einfamilienhaus• Wohnfläche 130 m²• Fußbodenheizung• Heizkörper• Durchlauferhitzer
Kalkulation des Wärmebedarfs
Nennwärmeleistung:
Heizleistung 70 W/m²
Warmwasserleistung + ca. 30 %
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Berechnung
• Nennwärmeleistung
• Nennheizleistung
Übliche Heizleistung mitTrinkwassererwärmung:
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Parameter
• Primärkreis (Erzeuger)
• Temperaturspreizung
• Sekundärkreis(Verbr.)
• Temperaturspreizung Maximale Fließgeschwindigkeiten:
In der hydraulischen Weiche 0,2 m/sIm Kellerbereich 0,7 m/sIm Strangbereich 0,5 m/sIm Wohnbereich 0,3 m/s
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Fließgeschwindigkeit Primärkreis
• Wärmestrom
• Massestrom• spez. Wärmekapazität• Temperaturdifferenz
• Volumenstrom• Querschnitt• Fließgeschwindikeit
von Wasser
Bei
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Fließgeschwindigkeit Sekundärkreis
Bei
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Fließgeschwindigkeit Hydraulische Weiche
Maximaler Massestrom ist zu wählen!
Bei
Hydraulische Weiche ist mit mindestens DN 32 (1“) zu bauen!
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Turbulenzen mit Reynolds
𝑅𝑒=𝑣𝑚∙𝐷h
𝜗=0,18
𝑚𝑠∙3,59 ∙10−3𝑚
5,537 ∙10−7𝑚 ²𝑠
=1167
Laminare Strömung!
𝐷h=4 ∙𝐴𝑈
=4 ∙10,122 ∙10−4𝑚 ²
𝜋 ∙0,359𝑚=3,59 ∙10−3𝑚
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Probleme in der Praxis
Fall 1: Primärkreispumpe unterdimensioniert• Erzeugerseite fährt Volllast• Taktung• Höherer Bedarf im Sekundärkreislauf wird durch Rücklauf
„aufgefüllt“• Verbraucherseite heizt nicht richtig auf
Fall 2: Primärkreispumpe vergessen• Kesselanlage heizt auf • Abnehmerseite bleibt unberührt• Kurzschlussstrecke zwischen Abnehmervorlauf und
Rücklauf
Alexander Hofmann, Dmitrij DirektorIngenieurhydrologie – SS 2013 – Prof. Dr. Manfred Koch13.08.2013
Fazit
• Hydraulische Entkopplung• Konstante Durchflussmenge• Sanfte Regelung
• hoher Wirkungsgrad• geringe Emissionen
• Hohe Leistung der Verbraucher• Geringe, preiswerte Regelung
• Entschlammung• Luftabscheider
Alexander Hofmann, Dmitrij DirektorIngenieurhydrologie – SS 2013 – Prof. Dr. Manfred Koch13.08.2013
Quellen
http://www.ikz.de/1996-2005/1996/06/9606028.php
http://www.sinusverteiler.com/files/ausgleich_von_last_und_leistung_01.pdf
https://de.wikipedia.org/wiki/Viskosit%C3%A4t
http://www.bosy-online.de/Hydraulische_Weiche.htm
http://www.vaillant.de/Heizung-finden/Heizung-im-Neubau/article/Wie_hoch_ist_mein_Waermebedarf.html
http://www.dimplex.de/fileadmin/dimplex/downloads/planungshandbuecher/fussbodenheizung/FBH_Handbuch_0409_Druckversion_opt.pdf Seite 6
http://www.sinusverteiler.com/4-0-Hydraulische+Weichen.html
http://www.buderus.de/sixcms/media.php/1141/die_richtige_dimensionierung_0605200302.pdf
http://www.gentner.de/Gentner.dll/SBZm-2008-07-s20-23-0717-heizung_MjA2NDc4.PDF
http://www.maschinenbau-wissen.de/skript/fluidtechnik/hydraulik/70-reynoldszahl
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Ende
Danke für Eure Aufmerksamkeit