Thermostatischer Abgleich mit RTB-Ventilen
Der Sinn des hydraulischen Abgleiches
besteht darin, jedem Verbraucher in einem Verteilernetz die richtige Wassermenge zur Verfügung zu stellen. Diese darf nicht zu gering sein, weil der Verbraucher sonst nicht ausreichend mit Wärme versorgt wird. Sie darf aber auch nicht zu groß sein, weil sonst seine Rücklauftemperatur zu stark ansteigt, die Versorgung anderer Verbraucher beeinträchtigt wird und die Netzeffizienz sinkt. Doch was ist die “richtige” Wassermenge?
Grundsätzlich gilt
in Umlaufwasser-Heizungsanlagen für die von einem Wärmetauscher abgegebene thermische Leistung Q‘, den Durchfluss V‘ und die Temperaturdifferenz ΔT der folgende Dreisatz, wobei c als Konstante die Wärmekapazität des Wassers enthält:
Q‘ = c · V‘ · ΔT
Die an einen Verbraucher abgegebene Wärmeleistung verhält sich also proportional zu dem Produkt aus dem Durchfluss und der Temperaturdifferenz.
Q‘ ~ V’ · ΔT
Man kann also die gleiche Leistung abgeben, indem man eine große Wassermenge ein klein wenig abkühlt oder eine kleine Wassermenge entsprechend mehr.
Eine gute Näherung für die Wärmekapazität des Wassers ist
c = 4,2 J/(g·K) = 1 kal
Das besagt, dass man 4,2 Joule Wärme entnehmen kann, indem man 1 g Wasser um 1 K abkühlt. Genauso könnte man ½ g Wasser um 2 K abkühlen oder ¼ g Wasser um 4 K. Diese Wärmemenge nannte man früher eine Kalorie.
1 W = 1 J/s
Da ein Watt die Leistung ist, bei der die Wärmemenge von einem Joule pro Sekunde transportiert wird, lässt sich der oben genannte Leistungsdreisatz in üblichen Einheiten wie folgt schreiben:
Q‘ [kW] = 7/6 · V’ [m³/h] · ΔT [K]
Das bedeutet beispeilsweise:
ein Verbraucher mit einer Nenn-Leistung von 28 kW, der für eine Nenn-Temperaturdifferenz von 20 K ausgelegt ist, hat einen Nenn-Volumenstrom von 1,2 m³/h:
V’ [m³/h] = 6/7 · 28 kW / 20 K = 1,2 m³/h
Diese Nenn-Angaben sind immer den Leistungsangaben auf dem Typenschild oder aus dem Datenblatt zu entnehmen!
Der hydraulische Abgleich
besteht nun darin, den Durchfluss durch diesen Verbraucher auf diesen Nennwert zu begrenzen, wozu Volumenstrom- und Differenzdruck-Regelventile zum Einsatz kommen.
Aber was ist, wenn der Verbraucher weniger als Nenn-Leistung abnimmt? Beispielsweise:
- weil er ein Lufterhitzer ist, dessen Gebläse durch einen elektrischen Raumthermostat ausgeschaltet wird?
- weil er ein Trinkwasserspeicher ist, der nur die Bereitschaftsverluste der Zirkulation decken muss?
Wenn keine Anpassung der Wassermenge V‘ an die verringerte Leistungsabgabe Q‘ erfolgt, dann muss, weil Q‘ ~ V’ · ΔT ist, eine Verringerung der Temperaturdifferenz ΔT erfolgen! Eine Verringerung der Temperaturdifferenz kann aber nur eine Rücklauftemperatur-Erhöhung bedeuten, weil die Vorlauftemperatur im Netz konstant bleibt.
Kein thermostatischer Abgleich der Lufterhitzer ohne RTB-Ventil
Kein thermostatischer Abgleich des Speichers ohne RTB-Ventil
Weil also ohne Einbau von RTB-Ventilen (Rücklauf-Temperatur-Begrenzern) der Volumenstrom selbst bei ordnungsgemäß durchgeführtem hydraulischem Abgleich konstant ist (cV‘),kann die Rücklauftemperatur nur dann den niedrigsten Wert annehmen, wenn die Gebläse aller Lufterhitzer gleichzeitig laufen oder der Trinkwasserspeicher frisches Kaltwasser aufheizt. Da dieses aber nicht ständig der Fall ist, kann bspw. eine Brennwertanlage niemals ständig im Brennwertbetrieb laufen oder eine Solaranlage niemals ihr Ertragspotential vollständig ausschöpfen.
Der thermostatische Abgleich ist
eine sehr einfache Methode dieses Problem zu lösen und besteht im Einbau eines Rücklauf-Temperatur-Begrenzers (RTB) in jeden einzelnen parallelen Verbraucherstrang. Dieses Thermostatventil begrenzt die Rücklauftemperatur auf den eingestellten Maximalwert. Ist dieser unterschritten, so ist das Ventil voll geöffnet; ist er jedoch überschritten, so ist das Ventil bis auf einen Mindestdurchfluss von ca. 1% des Nennwertes geschlossen. Der Fühler muss dabei so nah wie möglich am Ausgang des Verbrauchers installiert werden, um die Reaktionszeit so kurz wie möglich zu halten, was vor allem bei Lufterhitzern wichtig ist. Der Mindestdurchfluss verkürzt dabei nicht nur die Reaktionszeit, sondern sichert auch einen sofortigen Warmstart und garantiert den Frostschutz.
Thermostatischer Abgleich der Lufterhitzer mit RTB-Ventil
Thermostatischer Abgleich des Speichers mit RTB-Ventil
Eine angenehme Nebenwirkung
dieser ebenso simplen wie effizienzsteigernden Maßnahme ist, dass Sie sich zukünftig den Einbau von Volumenstrom- und Differenzdruck-Regelventilen sparen können: Sie legen einfach alle Verbraucher wie Lufterhitzer oder Trinkwasserspeicher im Rohrnetz auf eine bestimmte Temperaturdifferenz aus, legen die entsprechende Vorlauftemperatur fest und stellen sämtlich RTB-Ventile auf die entsprechende Rücklauftemperatur ein.
Zum Beispiel: Lufterhitzer
Angenommen, die Lufterhitzer sind alle bei Nennleistung auf 70/50°C ausgelegt. Dann wählen Sie die Steilheit der Heizkurve entsprechend und stellen die RTB-Ventile auf 50°C ein. Wenn es bei strenger Kälte zu kalt ist, dann erhöhen Sie die Steilheit der Heizkurve; wenn bei milder Kälte die Rücklauftemperatur zu stark ansteigt, dann senken Sie die Maximalwerte der Rücklauftemperaturen an den RTB-Ventilen. Senken Sie die Maximalwerte der Rücklauftemperaturen soweit wie möglich. Als praktischer Wert hat sich 40 bis 45°C herausgestellt bei 75 bis 80°C Vorlauftemperatur im Auslegungsfall (Nennlast). Die Drehzahl der Lüfter sollte auf den kleinstmöglichen Wert eingestellt sein, was die Austrittstemperatur der Luft erhöht und Zugerscheinungen sowie die Geräuschentwicklung verringert. Die Rücklauftemperatur kann die Temperatur der von den Lufterhitzern angesaugten Luft niemals unterschreiten.
Zum Beispiel: Trinkwasserspeicher
Das wichtigste bei der Speicherladung ist, dass der Speicher ohne Unterbrechung des Brenners in einem Zug durchgeladen wird. Dazu muss die Kesselvorlauftemperatur im Ladebetrieb so hoch wie möglich eingestellt werden. Jetzt kann die Rücklauftemperatur auf einen Wert knapp unterhalb der Zirkulations-Rücklauftemperatur begrenzt werden. Als praktische Werte haben sich für Kleinanlagen (nach TrinkwV) 45 bis 55°C herausgestellt. Für Großanlagen (nach TrinkwV) sollten mindestens 55°C und bei thermischer Desinfektion 70°C gewählt werden. In allen genannten Fällen sollte die Vorlauftemperatur im Ladebetrieb mindestens 85°C betragen. Diese Angaben entsprechen dem Fazit der Stellungnahme des Umweltbundesamtes „Energiesparen bei der Warmwasserbereitung – Vereinbarkeit von Energieeinsparung und Hygieneanforderungen an Trinkwasser“ vom September 2011. Im übrigen möchten wir an dieser Stelle auch auf den Zusammenhang von Trinkwasserhygiene und Behälteroberflächengüte verweisen.
Die Umwälzpumpe
wird wie bisher auf die Gesamtwassermenge aller Verbraucher bei Nennleistung dimensioniert und in der Betriebsart “Differenzdruck konstant (cΔp)” auf einen möglichst kleinen Sollwert eingestellt. Hier sind nur in besonderen Ausnahmefällen Werte von über
Δp = 250mbar = 2,5mWS
empfehlenswert. Solche Ausnahmen sind bspw. dezentrale Frischwassermodule in Wohnungsstationen ohne eigene Pumpe mit Proportionalventilen ohne Hilfsenergie.
Beispiel der erfolgreichen Sanierung einer Fabrikationsanlage
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