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Hydraulischer Abgleich
Allgemeine Beschreibung:
Der hydraulische Abgleich von Rohrleitungen in Geb�uden ist eine �konomische und �kologische Notwendigkeit. Dies wird auch in DIN-Normen und Verordnungen (z.B. VOB/C) gefordert. Unter der hydraulischen Einregulierung versteht man die Begrenzung der Wasservolumenstr�me auf die Werte, welche dem W�rmebedarf der Anlage entsprechen. Jedes Heizsystem mit �rtlich getrennter W�rmeerzeugung und W�rmeabgabe an den zu beheizenden Bereich ist mit dem Problem der bedarfsgerechten W�rmeverteilung konfrontiert. Dies gilt ebenso f�r K�lteanlagen.
Der Kachelofen aus Gro�mutters Zeiten verdeutlicht die Probleme einer ungleichm��igen W�rmeverteilung. Am Ofen ist es zu warm und im Bereich der Au�enw�nde zu kalt.
Das in Deutschland heute �bliche Pumpenwarmwassersystem soll die W�rme gleichm��ig entsprechend dem Bedarf aller zu beheizenden R�ume verteilen. Diese W�rmeverteilung bedingt einen Wasservolumenstrom, der sich je nach Heizleistung im Rohrleitungsnetz verteilt. Dies ist leider in den seltensten F�llen gegeben.
Nach dem Prinzip des geringsten Widerstandes flie�t das Heizungswasser auf dem k�rzesten Weg zur�ck zur Heizzentrale. Dieser Weg f�hrt in der Regel durch die der Umw�lzpumpe n�chstgelegenen Heizk�rper im Rohrnetz. Dadurch werden die in einem Heizungsnetz entfernt und hydraulisch ung�nstig gelegenen Heizk�rper nur ungen�gend mit Heizwasser durchstr�mt. Die Folge davon sind nicht ausreichend beheizte R�ume bzw. �berheizte R�ume in der N�he der Heizzentrale.
Die Praxis zeigt, dass dieses Problem h�ufig falsch eingesch�tzt wird. Oft werden zu kleine Pumpen, zu geringe Vorlauftemperaturen oder ein zu kleiner W�rmeerzeuger als Ursache der mangelhaften W�rmeverteilung diagnostiziert. Dementsprechend werden zu gro�e Pumpen eingebaut, die Vorlauftemperatur wird �berh�ht oder die Heizungsregelung wird verstellt. Auswirkungen sind Str�mungsger�usche im Heizsystem, �berheizte R�ume und R�ume mit mangelhafter W�rmeversogung. Dar�ber hinaus ist hiermit ein erh�hter Energieverbrauch f�r W�rmeerzeugung und W�rmeverteilung verbunden.
Nur durch eine hydraulische Einregulierung, die f�r alle Heizk�rper in einem W�rmeverteilungsnetz gleiche Widerst�nde erzeugt, ist dieses Problem mit optimalem Energieeinsatz zu l�sen. Mit dieser anspruchsvollen T�tigkeit kann der Fachhandwerker seinem Kunden eine komfortable und wirtschaftlich arbeitende Heizungsanlage erstellen.
Vorteile des hydraulischen Abgleichs:
- Energieeinsparung
- Umweltschutz
- Komfort (keine �ber- und Unterversorgung, keine Ger�usche)
- Erf�llung der entsprechenden Vorschriften und deren Kontrolle �ber Dokumentationen (z. B. Protokolle bzw. Energiepass)
Historie des hydraulischen Abgleichs
Bei Schwerkraftheizungen vergangener Jahrzehnte wurden die Wassermengen mit Hilfe des thermischen Auftriebs �ber die Rohrleitungsquerschnitte ausreichend an die Heizk�rper gef�hrt. Ein n�chster Schritt zur Wassermengenanpassung war die Einbringung von Festwiderst�nden in Rohrleitungs- und Heizk�rperanschlussarmaturen. Die Verknappung und damit die Verteuerung der Heizenergie (�lkrise) Anfang der 70er Jahre f�hrte zur ersten �Verordnung �ber energiesparende Anforderungen an den Betrieb von heizungstechnischen Anlagen und Brauchwasseranlagen (Heizungsbetriebs-Verordnung � HeizBetrV � )� von 1978. Diese Verordnung und die folgenden Heizungsanlagen-Verordnungen (HeizAnlV) sowie die daraus resultierende verbrauchsabh�ngige W�rmekostenabrechnung f�hrten zu immer neuen Anforderungen, den hydraulischen Abgleich wirtschaftlicher und komfortabler durchzuf�hren.
Hydraulischer Abgleich
Das Ergebnis waren neue Armaturen und Regler, welche den Volumenstrom in Heizungsanlagen verbrauchergerecht zuordnen konnten. Mit dem ß 7 der HeizAnlV wurde eine selbstt�tige raumweise Temperaturregelung dieser Anlagen gefordert. Diese Forderung wird erf�llt durch die Installation von Thermostatventilen. Die fortschreitende Computertechnik begleitete diese Entwicklung mit immer besseren, komfortableren und nutzergerechten Softwareprogrammen zur Auslegung von Rohrnetzen.
Technische Beschreibung:
- Strangregulierventile
Strangregulierventile werden in den Strangleitungen von Warmwasserzentralheizungsanlagen und Klimaanlagen installiert und erm�glichen die Volumenstromanpassung der Strangleitungen untereinander. Strangregulierventile k�nnen w�hrend des Anlagenbetriebes einreguliert werden. So erh�lt man reale Durchflusswerte im Volllast- bzw. Auslegungsbereich der Anlage.
Hydraulische Einregulierung am Heizk�rper
Der hydraulische Abgleich eines W�rmeverteilungssystems ist von vielen, schwer �berschaubaren Faktoren abh�ngig. Daher kann ein ausreichend genauer Abgleich nur rechnerisch �ber eine W�rmebedarfs- und eine Rohrnetzberechnung erfolgen. Folgende Berechnungsschritte sind f�r den hydraulischen Abgleich erforderlich:
- raumweise Ermittlung des W�rmebedarfs
- Berechnung der Heizfl�chen und deren Volumenstr�me unter Ber�cksichtigung der sich tats�chlich einstellenden R�cklauftemperaturen
- Rohrnetzberechnung mit den ermittelten Heizk�rpervolumenstr�men
Ein wichtiger Schritt ist die Durchf�hrung der Einregulierung bei Inbetriebnahme der Anlage. Vorteilhaft ist dabei die Volumenstromanpassung und Voreinstellung am Thermostatventil. Hier bietet die Industrie ausgereifte Systeme von Heizk�rperarmaturen. Voreinstellbare Thermostatventile im Besonderen bzw. einstellbare R�cklaufverschraubungen erm�glichen die Anpassung der Volumenstr�me �ber die Voreinstellung am Heizk�rper. Die Skalierung am Ventilunterteil erm�glicht die schnelle Einstellung des rechnerisch ermittelten Voreinstellwertes. Dies garantiert die angepasste Heizk�rperleistung entsprechend der W�rmebedarfsberechnung. Bei der Auswahl der Thermostatventile ist auf eine hohe Ventilautorit�t zu achten. Dieses verbessert die Regelg�te der Raumtemperaturreglung �ber das Thermostatventil (z. B. bei Feinstregulierventilen).
Hydraulischer Abgleich der Rohrleitungen
Volumenstr�me und Differenzdr�cke, welche �ber den zul�ssigen Auslegungsbereichen liegen, k�nnen unter Umst�nden Ger�usche am Heizk�rper verursachen. Daher m�ssen diese in den Rohrleitungen mit geeigneten Strangregulierventilen bzw. Strangdifferenzdruckreglern abgedrosselt werden.
Energieeinsparpotential
Heizungsanlagen sind miteinander nicht vergleichbar. Daher kann das Energieeinsparpotential einer Heizungsanlage nicht pauschaliert dargelegt werden. Akzeptable Aussagen basieren auf Sch�tzungen und auch auf Erkenntnissen aus der Vergangenheit. Danach sind etwa 80 � 85% des gesamten Geb�udebestandes in Deutschland nicht entsprechend der VOB/C � DIN 18380 einreguliert. Das bedeutet, zu gro�e Wasservolumenstr�me flie�en unkontrolliert im Rohrnetz der einzelnen Anlagen. Die Folgen sind ein zu hoher Energieaufwand und zus�tzliche W�rmeverluste.
Bei einem gesch�tzten Energieeinsparpotential von ca. 5-15% ergibt sich auf Basis der mittleren Energieverbrauchskennwerte f�r den Geb�udebestand in der Bundesrepublik Deutschland eine Energieeinsparung von 10 bis 30 kWh/(m� a) f�r Wohngeb�ude und 6 bis 17 kWh/(m� a) f�r Verwaltungsgeb�ude. F�r ein Wohnhaus mit 140 m� beheizter Fl�che und einem Jahresnutzungsgrad der W�rmeerzeugung von 85% bedeutet dieses schon 150 bis 450 l Heiz�leinsparung pro Jahr. In CO2-Emissionen ausgedr�ckt entspricht dies einer Reduktion von 450 bis 1300 kg CO2 pro Jahr.
Rechnerisches Einsparpotential
Es ist fast unm�glich die Energieeinsparung, die ein hydraulischer Abgleich erbringt, genau zu beziffern. Die fehlerhaften Einfl�sse auf die verschiedenen W�rmeverteilungsanlagen sind sehr unterschiedlich. Ebenso ist das Benutzerverhalten nur schwer allgemeing�ltig zu beschreiben. Eine Temperaturregelung mit dem Fenster (�berheizte R�ume) und das Ma� einer Erh�hung der Vorlauftemperatur, bzw. der Pumpenleistung lassen sich nicht vorausberechnen. Das Energieeinsparpotential ist im Wesentlichen auf folgende Effekte zur�ckzuf�hren:
- �berh�hung der Raumtemperatur
In den Heizk�rpern mit �berh�htem Volumenstrom kommt es zu einer h�heren W�rmeabgabe. Die Thermostatventile neigen zu Ger�uschentwicklung, da sie f�r die hohen Volumenstr�me nicht ausgelegt sind. Der Nutzer �ffnet h�ufig die Thermostatventile um die Ger�uschentwicklung zu reduzieren. Die Folgen sind zu hohe Raumtemperaturen. Eine Erh�hung der Raumtemperatur um 1� C f�hrt zu ca. 6 % h�heren Energieverlusten. Eine Raumtemperaturregelung �ber das Fenster f�hrt zu wesentlich h�heren Verlusten.
- H�here Vorlauftemperaturen
Durch die Erh�hung der Vorlauftemperaturen kommt es zu erh�hten W�rmeverlusten des W�rmeerzeugers (Abgasverluste, Abstrahlungsverluste). Ebenso hat das Rohrnetz h�here W�rmeverluste, die eine Anhebung der Raumtemperaturen in nicht beheizten Bereichen z.B. Kellerr�umen zur Folge hat.
Mit den beschriebenen Verlustfaktoren ist ein Energieeinsparpotential durch den hydraulischen Abgleich von ca. 5 bis 15 % bezogen auf die gesamte W�rmeerzeugungsanlage und W�rmeverteilungsanlage m�glich.
- �berh�hter Umw�lzpumpenvolumenstrom
Die Erh�hung des Warmwasservolumenstroms (zur vermeintlichen Beseitigung der M�ngel) in einem nicht abgeglichenen Verteilungsnetz f�hrt zur Erh�hung des Energiebedarfs der Umw�lzpumpen. Bei einem errechneten Soll-Druckverlust und einer Halbierung des Volumenstroms ist eine Einsparung an Antriebsenergie von 10 bis 20 % m�glich. Anmerkung:
Die Kosten eines hydraulischen Abgleichs bedeuten bei der Gesamtbetrachtung nicht grunds�tzlich einen finanziellen Mehraufwand. Die erforderlichen Investitionen werden sich �ber die Betriebskosten der Anlage schnell amortisieren. Auch wird zus�tzlich zur Senkung der CO2-Emissionen beigetragen. Eine Untersuchung (Studie: CO2- Reduzierung durch Pumpensanierung von Prof. Dr.-Ing. Bach, Universit�t Stuttgart) hat ergeben, dass die Umw�lzpumpen in Deutschland in der Stromaufnahme durchschnittlich 3-fach �berdimensioniert sind. Vorsichtige Prognosen �ber die Studie hinaus ergeben, dass im Sanierungsfall durch den hydraulischen Abgleich der Heizungsanlage in Verbindung mit einer elektronisch geregelten Umw�lzpumpe die Energieaufnahme der Pumpe um ca. 40% gesenkt werden kann.
Energieeinsparungen in Beispielprojekten
Beispiel: Energieeinsparpotential mit einer geregelten Pumpe
Ein Zweifamilienhaus mit einem W�rmebedarf von 20 kW ben�tigt zur W�rmeverteilung ca. 50 Watt an Pumpenleistung. Wenn eine 90- Watt-Pumpe eingesetzt wird, ist die Leistungsaufnahme 40 Watt zu hoch. Bei 6000 Betriebsstunden pro Jahr ergibt das 240 kWh, d. h., bei einem Strompreis von 0,13 Ä/kWh errechnet sich ein Mehraufwand von ca. 31 Ä pro Jahr. Mit den etwa 20 Millionen Umw�lzpumpen in Deutschland ist ein Energieeinsparpotential von
Elektrischer Antriebsenergie: 2,2 Mrd. kWh/a
CO2-Emissionen:1,32 Mio. t/a
als realistisch anzusehen. Zwei Drittel davon entfallen auf Ein- und Zweifamilienh�user.
Fazit
In einer fachgerechten Auslegung und Installation der Anlage inklusive der hydraulischen Einregulierung gem�� VOB/C � DIN 18380 zeigt sich die fachliche Kompetenz des Heizungsbauers. Die Dokumentation der erbrachten Leistungen, die Einweisung im Umgang mit der abgeglichenen Anlage und die Garantieleistungen eines Meisterbetriebes geben dem Kunden die n�tige Sicherheit. Zudem l�sst die Dokumentation der Einregulierung und ein eventueller �Energiepass� den Verkehrswert der Immobilie steigen. Die Zuverl�ssigkeit im Anlagenbetrieb, ein hohes Ma� an Wohnkomfort und die Behaglichkeit bei kostenminimiertem Betrieb der Anlage rechtfertigen die Installation qualitativ hochwertiger Anlagenkomponenten. Diese amortisieren sich schon nach wenigen Jahren.
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