hydraulik_heizungsanlagen

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Hydraulik in HKLS Anlagen

2Vorwort

Mit dem Einsatz der Pumpenwarmwasserheizung traten in Gebuden neben dem Nutzen der Komfortsteigerung und dem Gewinn an Behaglichkeit auch Probleme auf, die im Zusammenhang mit immer greren Heizungsanlagen fr die Versorgung der Gebude standen.

Das Problem war, dass es in Wohnungen, die sich weiter weg von der Heizzentrale befanden, zu kalt war, whrend es in den Wohnungen, die nher bei der Heizzentrale lagen, oft viel zu warm war. Offensichtlich suchte das Wasser in den Rohrleitungen immer den Weg des geringsten Widerstandes, was dazu fhrt, dass der Durchfl uss an Heizwasser in der Nhe von Pumpen bei gleicher Rohrnennweite weit aus grer ist, als die Menge, die weiter entfernte Leitungen durchstrmt.

Die Frage die sich nunmehr stellte war, ob sich die Durchfl ussmenge bei knstlich eingebauten Widerstnden, wenn diese in Pumpennhe grer und bei weiterer Entfernung kleiner sind, so ndern knnte, dass in jeder Entfernung von der Pumpe eine gleiche Menge an Heizmedium fr gleich groe Verbraucher vorhanden wre.

Die Idee fr hydraulische Einregulierungen und die Art diese umzusetzen war geboren.

Whrend der Energiekrise in den 70er- Jahren erkannte man, dass mit Einregulierungsventilen zustzlich auch Energie gespart werden kann, da nmlich durch eine hydraulische Einregulierung die durchschnittlichen Temperaturen in Gebuden herabgesetzt werden knnen, obwohl es im gleichen Zug zu einer Komfortsteigerung im beheizten Gebude kommt. Das primre Ziel einer Einregulierung, sei es im Heizungs- oder Kltebereich, liegt darin, die Durchfl ussmengen an allen Wrmeverbrauchern bei Nennbedingungen zur Verfgung zu stellen. Weiters soll sich der Differenzdruck ber alle Kreise kaum ndern und die Durchfl ussmengen an den Schnittstellen der Systeme kompatibel bleiben.

Die hydraulische Einbindung des Verbraucher- und Fernwrmesystems ist in einer sehr variantenreichen Zahl von Schaltungen mglich. Die Wahl der richtigen Mglichkeit dieser Einbindung hngt von vielen Faktoren ab. Zu diesen zhlen unter anderem die Nutzung der jeweiligen Anlage, sowie die Energiequelle, die fr die Wrmeversorgung notwendig ist und zur Verfgung steht. Es werden in der vorliegenden Schrift die wichtigsten Grundschaltungen erklrt und die Berechnung dieser Grundschaltungen beispielhaft dargestellt.

Anlagen mit automatischer Regulierung und Drosselschaltung, Differenzdruckregler, Umlenkschaltung,Einspritzschaltung mit Durchgangsventil, Doppelter Beimischschaltung. (v.l.n.r.)

3Inhaltsverzeichnis

Hydraulics in HKLS-Anlagen ............................................................................................................................................. 1

Vorwort ............................................................................................................................................................................ 3

Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................................................................ 4

Einleitung ......................................................................................................................................................................... 5

Bezeichnungskonvention ................................................................................................................................................. 5

Hydraulische Grundschaltung .......................................................................................................................................... 6

bersicht ber die Schaltungen ....................................................................................................................................... 6

Schnellauswahltabelle ...................................................................................................................................................... 7

Hydraulische Schaltungen fr differenzdruckbehaftete Anschlsse in Heizungsanlagen .................................................... 8Drosselschaltungen .................................................................................................................................................... 8

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

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

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

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

Hydraulische Schaltungen fr differenzdruckfreie Anschlsse 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.

4Einleitung

Die wichtigste Voraussetzung fr eine funktionierende Anlage ist das vorhanden sein einer richtigen Hydraulik im System. Ohne diese Tatsache sind spter 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 Fernwrmesystems ist in einer sehr variantenreichen Zahl von Schaltungen mglich. Die Wahl der richtigen Mglichkeit dieser Einbindung hngt von vielen Faktoren ab. Zu diesen zhlen unter anderem die Nutzung der jeweiligen Anlage, sowie die Energiequelle, die fr die Wrmeversorgung notwendig ist.

Bezeichnungskonventionen

Fr smtliche Schemata und Berechnungsbeispiele gelten folgende Bezeichnungskonventionen:

pL Druckverlust ber den Verbraucher kPa]

pV Druckverlust ber das Regelventil [kPa]

pSRV Druckverlust ber das Strangregulierventil [kPa]

pab Druckverlust ber das Absperrventil [kPa]

pSchmu Druckverlust ber den Schmutzfnger [kPa]

qp Massenstrom im Fernwrmekreislauf [l/h]

qs Massenstrom im Verbraucherkreislauf [l/h]

tv Vorlauftemperatur im Verbraucherkreislauf [C]

tR Rcklauftemperatur [C]

tP Vorlauftemperatur im Fernwrmekreislauf[C]

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

Steht im Verteilnetz zwischen Vor- und Rcklauf ein Differenzdruck an, so kommen differenzdruckbehaftete Anschlsse 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 Anschlsse verwendet. Das Einsatzgebiet fr drucklose Verteiler fi ndet sich vor allem in kleineren Heizungsanlagen. Zu beachten ist, dass jeder Verbraucher ber eine eigene Pumpe verfgen muss.

H Differenzdruck am Verteiler [kPa]

pmv Differenzdruck in der mengenvariablen

Strecke [kPa]

(Bei mehreren Einbauteilen der selben Art fi ndet eine Indizierung statt)

Grundstzliches zur Berechnung:

Fr die Berechnung der hydraulischen Schaltungen werden nur die Einbauteile (Regel- und Regulierventile) herangezogen, da die Verluste in den Rohrleitungen (auf Grund der geringen Leitungslngen) im Gegensatz zu den Einbauteilen praktisch vernachlssigbar sind.

Die Ventilautoritt per Definition:

a = pVpmv + pV

5Hydraulische Grundschaltungen

bersicht ber die Schaltungen

Schaltung

Fernwrmekreis Verbraucherkreis

BesonderheitRcklauf-anhebung

MassestromRcklauf-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

KombinationFubodenheizung

/ Radiatorenmglich

Einspritzschaltungmit Dreiwegeventil

Ja Konstant Variabel Konstant

Immer Fernwrmetemperatur

am Ventil, guteRegelfhigkeit

Dru

cklo

ser

Vert

eile

r Beimischschaltungeinfach

Nein Variabel Variabel Variabel

Immer Fernwrmetemperatur

am Ventil, guteRegelfhigkeit

Beimischschaltungdoppelt

Nein Konstant Variabel Konstant


/ Radiatorenmglich

Tabelle 1: bersicht der Schaltungen

6Schnellauswahltabelle

Schaltung

Anwendungsfall

Druckbehafteter Verteiler Druckloser Verteiler

Drossel-schaltung

Umlenk-schaltung

Einspritz-schaltung

Einspritz-schaltung

Beimisch-schaltung

Beimischschaltung

Durchgangsventil Durchgangsventil Einfach doppelt

Fernwrme

Brennwertgerte

Heizkrpersysteme

Fubodenheizung


/ Radiatoren

Luftheizregister

Khlregister

Zonenregelung

Abbildung 1: Schnellauswahl

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

7Drosselschaltung

Bei dieser Form der hydraulischen Schaltung erfolgt die Leistungsanpassung ber die Drosselung des Volumenstromes. In diesem Fall bernehmen Stellventile die Aufgabe der Volumenstromnderung im Regelkreis um so z.B. die Wrmeleistung eines Wrmebertrgers 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 Schmutzfnger 4111

6 Temperaturfhler 7793

7 berstrmventil 4004

Tabelle 2: Drosselschaltung

Merkmale: Wassermenge Fernwrmeseitig und Vebraucherseitig variabel. Temperatur Fernwrmeseitig konstant (in Abhngigkeit der zentralen Temperaturregelung), Verbraucherseitig konstant. Die Leistungsregelung erfolgt durch die Vernderung der Durchflussmenge.

Vorteile: Es ergibt sich eine hohe Spreizung, diese Schaltung ist daher fr Brennwertgerte und fr Fernwrme geeignet.

Nachteile: Bei mehreren Drosselschaltungen im Rohrnetz verschiebt sich durch die Hubnderung am Ventil und der daraus resultierenden Drucknderung der Arbeitspunkt fr die Pumpe. Die auftretende Differenzdrucknderung fhrt zu einer Beeinflussung der einzelnen Verbraucher.

Das Regulierventil im Rcklauf dient zur Konstanthaltung des Differenzdruckes, und zur Durchfl ussmengenbegrenzung. Damit ist eine sichere Regelung ohne Beeinflussung gewhrleistet.

Die Drosselschaltung fi ndet ihre Anwendung berall dort, wo tiefe Rcklauftemperaturen und variable Volumenstrme verlangt werden. Das thermische Verhalten zeichnet sich durch sinkende Rcklauftemperaturen bei sinkender Last aus.

Hydraulische Schaltungen fr differenzdruckbehaftete Anschlsse 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 Anschlssen in Frage

8Im konkreten Fall ist diese Schaltung:

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

sowie bei Einbindungen des Verbrauchernetzes an

Brennwertgerten.

Weitere Anwendungsgebiete sind:

Zonenregelungen bei Radiator und Fubodenhei-zungssystemen mit nach Auentemperatur geregelter Vorlauftemperatur und des Weiteren fr

kleine Nachwrmer und Luftkhler aller Gren.

Dimensionierungsbeispiel

Q = 70 kWtV = 90 CtR = 50 CpL = 10 kPaH = 30 kPa

qS = 3600 . =

= 3600 . = 1504 l/h

Qc . (tV - tR)

704.19 . (90 - 50)

! Die Rohrdimension ist abhngig vom Rohrmaterial und der zulssigen Rohrreibung.

Forderung 1:pv pL (Der Differenzdruck ber das Regelventil muss grer oder gleich dem Differenzdruck ber dem Verbraucher sein).

Schritt 1:Berechnung des minimal zur Verfgung stehenden Differenzdrucks:

Forderung 2:H Hmin (Der zur Verfgung stehende Differenzdruck am Verteiler muss grer oder gleich dem minimal bentigten Differenzdruck sein)

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

! pSRV minimal 3 kPa

Fr den Druckverlust ber das Absperrventil (4115) und den Schmutzfnger (4111) - Maschenweite wurden die kvs-Werte fr die Dimension DN 25 herangezogen.

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

Nachdem H = 30 kPa ist Forderung 2 erfllt.

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

kv,theo = = = 4.75qs

100 . pv,min1504

100 . 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 gewhlt wird, um den ntigen Druckverlust zu erreichen.

Bei kvs = 6.3

pv = = = 5.7 kPaqS100 . Kvs1504

100 . 6.3

2 2

Forderung 1 wurde nicht erfllt!

Bei kvs = 4.0

pv = = = 14.1 kPaqS100 . Kvs1504

100 . 4.0

2 2

Forderung 1 wurde erfllt!

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

Die Ventilautoritt betrgt:

= = = 0.47pvH14.130

Die Ventilautoritt 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

9Ermittlung des abzubauenden Differenzdrucks:

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

Ermittlung des kv-Wert:

kv,SRV = = = 6.2qS

100 . pSRV1504

100 . 5.9

Fr 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 mitAntrieb40377712

21177712


4 Absperrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218

5 Schmutzfnger 4111 2662

6 Temperaturfhler 7793

Tabelle 3: Umlenkschaltung

Merkmale: Wassermenge Fernwrmeseitig konstant, Verbraucherseitig variabel. Temperatur Fernwrmeseitig konstant (in Abhngigkeit der zentralen Temperaturregelung), Verbraucherseitig konstant. Die Leistungsregelung im Verbraucherkreis erfolgt durch die Vernderung der Durch- flussmenge in diesem.

Anwendung: Luftheizregister, Khlregister, Zonenregelung.

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

Nachteile: Die Temperatur am Verbraucher entspricht immer der Fernwrmetemperatur.

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

Die Autoritt des Regelventils ist nur von der Last abhngig, d.h. dass der Einbau des Dreiwegventils unabhngig von dem Verteilnetz erfolgt, da keine Wechselwirkungen zu befrchten sind. Der Nachteil der Umlenkschaltung liegt darin, dass immer die maximale Temperatur des Fernwrmevorlaufes am Verbraucher anliegt, und man daher kein getrenntes Temperaturniveau zwischen Fernwrme- und Verbraucherkreis nutzen kann. Weiters ist der Einbau fr Pufferspeicher, Brennwertanlagen und Fernheizungen ungeeignet bzw. nicht gestattet, da im Teillastbetrieb immer warmes Vorlaufmedium mit in den Rcklauf gemischt wird und so die Rcklauftemperatur angehoben wird.

Die schnelle Verfgbarkeit von heiem Fernwrmemedium hat regelungstechnisch fr die Verbraucher einen groen Vorteil. Ein stromkonstanter Betrieb der Energiequelle, Wrme- oder Klteerzeuger, hat weiters einen regelungstechnischen und teilweise auch einen betriebstechnischen Vorteil. Energetisch betrachtet bringt ein konstanter Volumenstrom im Fernwrmekreis aber einen Nachteil mit sich, da keine Einsparung an Pumpenenergie mglich ist.

10


Q = 40 kWtV = 6 CtR = 12 CpL = 25 kPaH = 70 kPa

qS = 3600 . =

= 3600 . =~ 5730 l/h

Qc . (tV - tR)

404.19 . (12 - 6)

! Die Rohrdimension ist abhngig vom Rohrmaterial und der zulssigen Rohrreibung

Forderung 1:pV pL (Der Differenzdruck ber das Regelventil muss grer oder gleich dem Differenzdruck ber dem Verbraucher sein)

Schritt 1:Calculation of the minimum available differential pressure:

Forderung 2:H Hmin (Der zur Verfgung stehende Differenzdruck am Verteiler muss grer oder gleich dem minimal bentigten Differenzdruck sein)

Hmin = pV,min + pL + pSRV + pSchmu

! pSRV minimal 3 kPa

Fr den Druckverlust ber das Absperrventil (4115) und den Schmutzfnger (4111) wurden die kvs-Werte fr die Dimension DN 40 herangezogen.

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

Nachdem H = 70 kPa ist Forderung 2 erfllt.

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

kv,theo = = = 11.46qS

100 . pv,min5730

100 . 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 gewhlt wird, um den ntigen Druckverlust zu erreichen.

Bei kvs = 16

pv = = = 12.82 kPaqS100 . Kvs5730

100 . 16

2 2

Forderung 1 wurde nicht erfllt!

Bei kvs = 10

pv = = = 32.8 kPaqS100 . Kvs5730

100 . 10

2 2

Forderung 1 wurde erfllt!

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


= = = 0.57pVpL + pV32.8

25 + 32.8

Die Ventilautoritt 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 Rcklauf

Ermittlung des abzubauenden Differenzdrucks:

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


kv,SRV1a = = = 17.0qS

100 . pSRV15730

100 . 11.4

11

Fr 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 ber den Bypass abgeleitet werden knnen.

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 . pSRV25730

100 . 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 mitAntrieb40377712

21177712


4 Absperrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218


6 Anlegetemperaturfhler 7793

7 Rckschlagventil 2622


Tabelle 4: Einspritzschaltung Durchgang

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

Anwendungen: Heizkrpersysteme, Fubodenheizung, Luftheizregister, Niedertemperaturheizung

Vorteile: Fr Systeme mit niedrigen Rcklauftem-peraturen (Fernheizung, Brennwertgerte), unterschiedliche Temperaturniveaus fr Fern-wrme- und Verbraucherseite (z.B. 45 C an 90 C)

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

Dimensionierungsbeispiele

Q = 25 kWtV = 45 CtR = 35 CH = 25 kPatprimr = 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 abhngig vom Rohrmaterial und der zulssigen Rohrreibung, die Daten werden aus dem berechneten Strang bernommen.

Forderung 1:pv H (Der Differenzdruck ber das Regelventil muss grer oder gleich dem Differenzdruck ber den Verteiler sein)


kv,theo = = = 1.2qS

100 . pv,min614

100 . 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 grere Wert gewhltwerden. Der restliche Differenzdruck wird ber das Strangregulierventil 2 abgebaut.

Bei kvs = 1.6

pv = = = 14.7 kPaqp100 . Kvs614

100 . 1.6

2 2

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


= = = 0.59pVH14.725

Die Ventilautoritt 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 . pSRV2614

100 . 10.3

Die erforderlichen 10,3 kPa werden ber 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 . pstad22148

100 . 3


13

Einspritzschaltung mitDreiwegeventil

Bei dieser hydraulischen Schaltung sind die Volumenstrme im Fernwrmekreis und im Verbraucherkreis mengenkonstant.

1a

1b

2

6

3

8

4

4

7

5

Abbildung 5: Einspritzschaltung 3-Weg



2 Mischventil mitAntrieb40377712

21177712


4 Absperrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218





Tabelle 5: Einspritzschaltung 3-Weg

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

Anwendung: Heizkrpersystem, Niedertemperaturheizung mit annhernd gleichen Fernwrme und

Verbrauchertemperaturen, Luftheizregister, bei unbekanntem Differenzdruck.

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

Nachteile: Temperatur muss Fernwrme und Verbraucherseitig annhernd 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 heies Wasser am Regelventil zur Verfgung steht. Diese Charakteristik ntztman bei der Montage von Heizregistern aus, wo man rasch groe Energiemengen bentigt. Ein weiterer, schon vorher angesprochener Vorteil ist die Ventilautoritt von fast 1, da in der mengenvariablen Strecke fast kein Widerstand vorhanden ist. Bei dieser Schaltung ist es ebenso mglich, unterschiedliche Temperaturen im Fernwrme- und Verbraucherkreis zu fahren.


Q = 90 kWtV = 75 CtR = 55 CH = 40 kPaTprimr = 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,min3866

100 . 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 kPaqS100 . Kvs3866

100 . 25

2 2

Bei kvs = 16

pv = = = 5.8 kPaqS100 . Kvs3866

100 . 16

2 2

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


= = = 1pVpv5.85.8

(Die mengenvariable Strecke beschrnkt 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 . pSRV23866

100 . 34.2


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

kSRV1b = = = 22.3qS

100 . pSRV13866

100 . 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 Fernwrmeseitig variablen Wassermenge und einer konstanten Menge an Heizmedium im Verbraucherkreislauf. Bei der Regelung handelt es sich bei der Beimischschaltung fr 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 mitAntrieb40377712

21177712


4 Abpserrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218


6 Aussentemperaturfhler 7793



Tabelle 6: Beimischschaltung

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

Anwendung: Heizkrpersysteme, Luftheizregister

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

Hydraulische Schaltungen fr differenzdruckfreie Anschlsse 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 bentigen.

Zwei Grundschaltungen kommen bei differenzdruckfreien Anschlssen in Frage. Hydraulische Schaltungen fr differenzdruckfreie Anschlsse und drucklos hydraulisch entkoppelter Verteiler.

Die Praxis hat gezeigt, dass die hydraulische Entkopplung von Wrmeerzeugerkreisen und Wrmeverbraucherkreisen vorteilhaft ist. Durch den Einsatz eines hydraulischen Entkopplers werden trotz stark variierender Volumenstrme auf der Wrmeerzeugerseite konstante Verhltnisse auf der Verbraucherseite sichergestellt. Dadurch ergeben sich verbesserte Voraussetzungen fr das Gesamtverhalten der Anlage.

16

Nachteile: Das Temperaturniveau muss Fernwrmeseitig und Verbraucherseitig annhernd gleich sein. Das heit, ein Niedertemperatursystem kann nicht an ein Hochtemperatursystem gekoppelt werden. Es ist kein differenzdruck Fernwrmeseitig erlaubt.

Das Regulierventil im Rcklauf dient der Durch- flussmengenbegrenzung.


Q = 20 kWtV = 80 CtR = 60 CpL = 25 kPa

qS = 3600 . =

= 3600 . = 860 l/h

Qc . (tV - tR)

204.19 . (80 - 60)

! Die Rohrdimension ist abhngig vom Rohrmaterial und der zulssigen Rohrreibung, die Daten werden aus dem berechneten Strang bernommen


kv,theo = = = 4.9qS

100 . pv,min860

100 . 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 gewhlt wird, um den ntigen Druckverlust zu erreichen, um den ntigen Druckverlust zu erreichen.

Bei kvs = 6.3

pv = = = 1.86 kPaqS100 . Kvs860

100 . 6.3

2 2

pv < 3 kPa!

Bei kvs = 4.0

pv = = = 4.62 kPaqS100 . Kvs860

100 . 4.0

2 2

pv > 3 kPa

Das Regelventil hat einen kvs-Wert von 4,0 und die Dimension DN 15.Im Fernwrmekreislauf befi nden sich zwei Absperrventile (4115 3/4) und ein Schmutzfnger (4111, 3/4 Maschenweite 0,75 mm).

Die Ventilautoritt betrgt

= =

= = 0.63

pVpv + 2 . pAb + pSchmu

4.624.62 + 2 . 0.7 + 1.3

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

Schritt 3:Auslegung des Strangregulierventils auf 3 kPa

kv,SRV = = = 4.9qS

100 . pSRV860

100 . 3


Doppelte Beimischschaltung

Eine andere Form der Beimischschaltung ist die Beimischschaltung mit Fix-Bypass, die bei Anwendungen, bei denen Unterschiede der Temperaturniveaus im Fernwrme und Verbraucherkreis auftreten, eingesetzt wird. Diesmal befi ndet sich der Bypass im Verbraucherkreis vor dem Regelventil,ber den eine permanente Menge an Rcklaufmedium unabhngig von der Stellung des Dreiwegventils strmt. Der Einsatz dieser Schaltung ist bei Fubodenheizungen, sowie bei Brennwertgerten, Speichern und Fernwrmesystemen weit verbreitet. Beimischschaltung erfolgt mit Dreiwegeventilenund direkter Fernwrmeseitiger Anbindung an den Erzeuger.

17

1a

1b

2

3

6

44

4

5

8

7

Abbildung 7: Beimischschaltung doppelt



2 Dreiwegeventil mit Antrieb40377712

21177712


4 Absperrventil 4115 4112 4113 4215 4125 4218


6 Aussentemperaturfhler 7793



Tabell 7: Beimischschaltung doppelt

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

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

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

Nachteile: Die Vorlauftemperatur Fernwrmeseitig muss unbedingt hher sein als die Vorlauftemperatur Verbraucherseitig. Es ist kein Differenzdruck Fernwrmeseitig erlaubt. Bei Verwendung eines druckbehafteten Verteilers unbedingt eine drucklose Beimischschaltung verwenden.


Q = 40 kWtV = 45CtR = 35 CtP = 70 CpL = 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,min982

100 . 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 gewhlt wird um den ntigen Druckverlust zu erreichen.

18

Bei kvs = 6.3

pv = = = 2.4 kPaqp100 . Kvs982

100 . 6.3

2 2

pv < 3 kPa

Bei kvs = 4.0

pv = = = 6.0 kPaqp100 . Kvs982

100 . 4.0

2 2

pv > 3 kPa!

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


= = = 0.5pVpv + pSRV26,0

6.0 + 6.0

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

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

kv,SRV1a = = = 19.8qS

100 . pSRV13437

100 . 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 . pSRV22455

100 . 6.0


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

19

NORM H 5142, Hydraulische Schaltungenfr 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 Mnchen, 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: bersicht 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 Broschre 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 Gewhr.

Smtliche in dieser Broschre enthaltenen Angaben entsprechen den zum Zeitpunkt der Drucklegung vorliegenden Informationen und dienen nur zur Information. nderungen im Sinne des technischen Fortschrittes sind vorbehalten. Die Abbildungen verstehen sich als Symboldarstellungen und knnen somit optisch von den tatschlichen Produkten abweichen. Mgliche Farbabweichungen sind drucktechnisch bedingt. Lnderspezifi sche Produktabweichungen sind mglich. nderungen von technischen Spezifi kationen und der Funktion vorbehalten. Bei Fragen kontaktieren Sie bitte die nchstgelegene HERZ- Niederlassung.

Systemtrennung durch Wrmetauscher. Vor Wrmetauscher automatischer Regulierung danach statische. Strang zwei und drei mit dynamischer Regelung.Erster Verbraucher mit Drosselschaltung. Verbraucher zwei bis vier Einspritzschaltungmit Durchgangsventil.

Literatur- & Abbildungsverzeichnis

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