Fachbeitrag – hydraulischer Abgleich
Neue Methoden zum hydraulischen
Abgleich von Zweirohrsystemen
So erreichen Sie einen optimalen hydraulischen Abgleich von
Heizungssystemen mit Danfoss Dynamic Valve™ Typ RA-DV und
der drehzahlgeregelten Grundfos-Pumpe MAGNA3
dynamic.danfoss.de
Einleitung
Ein geringer Energieverbrauch in Gebäuden kommt nicht von
allein. Voraussetzung für niedrige Heizkosten ist das Zusammenspiel aller Bestandteile eines Heizungssystems. Eine Möglichkeit
zur Senkung des Energieverbrauchs besteht in einem optimalen
Abgleich des Heizungssystems – und dieser Beitrag erläutert, wie
sich dies durch ein perfektes Zusammenspiel zwischen dem neuen
Danfoss Dynamic Valve™ Typ RA-DV und der neuen drehzahlgeregelten Grundfos-Pumpe MAGNA3 erreichen lässt.
Zunächst betrachten wir den Ausgleich
von Schwankungen im Teillastbetrieb,
und erläutern, warum die Regelung
des Durchflusses eine Voraussetzung
für den notwendigen Abgleich des
Heizungssystems ist. Um dies zu
erzielen, ist außerdem die Regelung
des Differenzdrucks an den Ventilen
erforderlich.
Das Beispiel einer Installation in
Fredericia (Dänemark) veranschaulicht,
wie sich dies durch den Einsatz
der Danfoss Dynamic Valve™ Typ
RA-DV in Kombination mit der
drehzahlgeregelten GrundfosPumpe MAGNA3 realisieren lässt. Bei
der genannten Installation beheizt
eine Heizungsanlage, die aus zwei
Grundfos-MAGNA3-Pumpen besteht
und zwei geregelten Heizkreise
bedient, die jeweils zehn Stränge
versorgen, jeweils ausgestattet mit
manuellen Danfoss-Strangventilen
des Typs MSV, 60 Wohnungen in
einem zehnstöckigen Gebäude.
Das Beispiel dieser Installation
zeigt, wie mit der Einsatz einer
drehzahlgeregelten Grundfos-Pumpe
MAGNA3 in Kombination mit dem
Danfoss Dynamic Valve™ Typ RA-DV
einen störungsfreien Betrieb des
Heizungssystems ermöglicht.
Heute lässt sich der vorgesehene
Durchfluss und Pumpensollwert
mit dem neuen Danfoss dP tool™
(zur Messung des Differenzdrucks)
in Kombination mit Grundfos GO
(mobiler Zugang zu Grundfos-OnlineTools) mühelos an jedem Heizkörper
einstellen. Dies optimiert nicht
nur die Pumpeneinstellungen und
minimiert den Energieverbrauch,
sondern verkürzt außerdem die
Inbetriebnahmezeit erheblich.
Für optimalen Komfort und möglichst
niedrige Betriebskosten ist eine
fachgerechte Inbetriebnahme der
Heizungssysteme unerlässlich. In der
Vergangenheit war die Inbetriebnahme
ein komplizierter Vorgang, dessen
ordnungsgemäße Durchführung
den Einsatz zahlreicher Ventile und
Messinstrumente erforderte.
2
Die Herausforderung: Der hydraulische
Abgleich von Zweirohrsystemen
Unter hydraulischen Problemen
versteht man die ungleichmäßige
Wärmeverteilung zwischen den
Einheiten – einzelnen Heizkörpern oder
Wohnungen – eines Heizungssystems.
Ein Heizungssystem ist abgeglichen,
wenn eine gleichmäßige Verteilung
des Warmwassers sichergestellt ist, was
für maximalen Komfort bei minimalen
Betriebskosten sorgt.
LAST
100 %
75 %
50 %
25 %
Mit anderen Worten: ein Heizungssystem ist abgeglichen, wenn der
Durchfluss im gesamten System den
für die Systemauslegung festgelegten
Durchflussmengen entspricht. Dies ist
eine zentrale Herausforderung für viele
Zweirohrsysteme.
Zunächst ein Blick auf generelle
Schwierigkeiten beim Betrieb von
Zweirohrheizungssystemen. Das unten
dargestellte Lastprofil veranschaulicht
die Schwankungen der Last während
der Heizsaison in Europa. Nur 420 von
7000 Heizstunden erfordern die volle
Kapazität des Heizungssystems.
428 1050 2450 3080
6 % 15 % 35 % 44 %
Um die Schwankungen der Last
auszugleichen, erhält jeder Heizkörper
des Systems ein Thermostatventil.
Das Thermostat vermindert den
Durchfluss durch den einzelnen
Heizkörper und erhält die erforderliche
Raumtemperatur aufrecht.
Heizkörper Heizkörper Heizkörper
1 32
∆p
a.
STUNDEN
Da der Druckabfall proportional zum
Quadrat des Durchflusses ansteigt,
ist der Differenzdruck in den ersten
Heizkörperventilen erheblich höher als
beim Ventil beim am ungünstigsten
gelegenen Heizkörper, wie die
folgende Zeichnung verdeutlicht.
∆p
b.
∆p
H
c.
a.
b.
c.
Q
3
Da unterschiedliche Heizkörper unterschiedliche Durchflüsse benötigen, um den jeweiligen Raum zu heizen, lässt sich der
maximale Durchfluss an jedem Heizkörperventil voreinstellen. Das folgende Diagramm veranschaulicht die Voreinstellung
eines typischen Heizkörperventils. Die Voreinstellung lässt sich in Stufen von 1-7 anpassen. In der Endposition „N“ ist das Ventil
komplett geöffnet.
Verfügt ein Heizungssystem über eine Pumpe mit konstanter Drehzahl, variiert der ausgeübte Differenzdruck erheblich, wie
die folgende Zeichnung veranschaulicht. Sinkt der Durchfluss, steigt der Differenzdruck über dem Ventil an In dem oben
genannten Beispiel beträgt der erforderliche Durchfluss bei maximaler Last 37 l/h. Steigt jedoch der Differenzdruck (+0,2 bar),
steigt wie gezeigt auch der Durchfluss auf 62 l/h, also um 67 %.
2
Delta P steigt von
0,1bar auf 0,3bar
1
DURCHFLUSS
100% Last 420 Stunden
In einer Pumpe mit fester Drehzahl steigt der Differenzdruck mit dem Absinken des Durchflusses.
100%
Daraus folgt, dass mehrere Ventile den Differenzdruck regeln müssen, um den vorgesehenen Durchfluss zu erreichen.
Die nachfolgende Ausführung erläutert, wie dies ermöglicht wurde.
4
Statische und dynamische Inbetriebnahme
von Zweirohrheizungssystemen im Vergleich
Eine der größten Herausforderungen
besteht darin, dass Heizungssysteme so gestaltet und ausgelegt sind,
dass sie den Wärmebedarf in jedem
Fall erfüllen können, auch wenn die
Außentemperaturen extrem niedrig
sein sollten. Da dies – wenn überhaupt
– allerdings nur wenige Male im Jahr
der Fall ist, ist das System die meiste
Zeit überdimensioniert. Dies erhöht die
Energiekosten.
Das folgende Beispiel einer Inbetriebnahme eines Heizungssystems mit
dynamischen Anforderungen zeigt
eine Installation in Fredericia (Dänemark), bei der ein Heizungssystem
60 Wohnungen in einem zehnstöckigen Gebäude beheizt. Das Heizungssystem besteht aus zwei Grundfos-MAGNA3-Pumpen mit variabler Drehzahl
für zwei geregelte Heizkreise und
jeweils zehn Stränge sowie insgesamt
273 Heizkörperventile des Typs RA-N
in DN 10 und manuelle Strangventile
des Typs MSV. Das Gebäude wurde
1972 errichtet und 1985 renoviert, unter anderem mit neuen Fenstern und
einer neuen Fassade.
Die beiden Heizkreise versorgen
jeweils zehn Stränge in dem zehnstöckigen Wohngebäude in Fredericia
(Dänemark).
5
Wir schauen uns nun an, wie das Sys-
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Q [m³/h]
0
1
2
3
4
5
6
7
[m]
H
MAX
MIN
H
tems mit manuellen Abgleichventilen
und Heizkörperventilen mit Voreinstellung funktioniert. Später führen wir
den gleichen Test mit dynamischen
Ventilen durch. Nicht nur bei Volllast,
sondern – viel wichtiger – auch im
Teillastbetrieb.
Eine Messung des Differenzdrucks an
dem am weitesten von der Pumpe
entfernten Heizkörper sollte einen
ausreichenden Druck gewährleisten,
um den dort vorgesehenen Durchfluss
zu erreichen. In diesem Fall beträgt der
erforderliche Druck 10 kPa, und der
vorgesehene Durchfluss liegt bei 30
l/h. Die Voreinstellung für das Heizkörperventil beträgt folglich 2,5.
H
p
[m]
[kPa]
7
MAX
60
6
50
5
40
4
30
3
20
2
10
1
0
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Q [m³/h]
MIN
Für den Test erfolgte die Einstellung
des Pumpenregelungsmodus zunächst
als Proportionaldruckmodus und dann
als Konstantdruckmodus.
Anschließend haben wir das neue Danfoss Dynamic Valve™ des Typs RA-DV in
Kombination mit der neuen drehzahlgeregelten Grundfos-Pumpe MAGNA3
hinzugefügt.
Die MAGNA3-Pumpe lässt sich im
Proportionaldruckmodus einstellen,
wodurch der Differenzdruck in der
Pumpe abfällt, wenn der Durchfluss
sinkt. Siehe Diagramm unten links.
[m]
7
MAX
6
5
4
3
2
1
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Q [m³/h]
MIN
ZUSAMMENSPIEL PUMPE UND VENTILE
DRUCK
PUMPENKURVEN
BETRIEBSPUNKT
100 %
85 %
75 %
70 %
60 %
+3,1
+4,4
20 % 40 % 50 % 70 % 100 %
+4,0
+3,0
DER AUSLEGUNG
REGELUNGSKURVE
HEIZKÖRPERVENTIL
SYSTEMKURVE
ZUSÄTZLICHE DRUCKSPREIZUNG
DURCHFLUSSBEGRENZUNGSBEREICH
DURCHFLUSS
Die rote Linie zeigt die proportionale Regelungskurve, während die grüne Linie den im System
erforderlichen minimalen Differenzdruck angibt.
Wie die blauen Kreise zeigen, gibt es immer
überschüssige Differenzdrücke. Daher ist ein
gutes Zusammenspiel zwischen Pumpe und
dynamischem Heizkörperventil unerlässlich.
+
Auch wenn die MAGNA3-Pumpe einen
geringeren Differenzdruck ausübt, bestehen im Teillastbetrieb auch weiterhin überschüssige Druckspreizungen
in den Heizkörperventilen*, wie die
folgende Tabelle belegt.
Der zentrale Punkt ist, dass eine Pumpe
mit geregelter Drehzahl zwar hilfreich
ist, allerdings keinen stabilen Differenzdruck aufrechterhalten kann; und
genau hier setzen druckunabhängige
dynamische Ventile an.
Heizkörperventil
Regelungsmodus,
Pumpe
Proportional 10,2 kPa 18,0 kPa 7,8 kPa Anstieg um 33 %
Konstant 10,2 kPa 27,3 kPa 17,1 kPa Anstieg um 46 %
Systemlast 100 % Systemlast 50 % Erhöhter
Dierenzdruck
(bei 50 % Last)
Erhöhter
Durchuss
Gemessene Werte an dem am weitesten von der Pumpe entfernten Heizkörper
Dynamisches Ventilgehäuse
Regelungsmodus,
Pumpe
Proportional 9,8 kPa 10,5 kPa 0,7 kPa Anstieg um < 1 %
Konstant 9,9 kPa 10,6 kPa 0,7 kPa Anstieg um < 1 %
Systemlast 100 % Systemlast 50 % Erhöhter
Dierenzdruck
(bei 50 % Last)
Erhöhter
Durchuss
Gemessene Werte an dem am weitesten von der Pumpe entfernten Heizkörper
*In der Annahme, dass es sich um ein herkömmliches Heizungssystem handelt. Ist dies
nicht der Fall und das System stattdessen gleichmäßig in zwei parallele Systeme aufgeteilt,
ist der Konstantdruckmodus der optimale Regelungsmodus.
6
Daraus geht hervor, dass die
Max. Durchuss RA-DV
Durchuss [l/h]
Statische und dynamische Heizkörperventile im Vergleich.
Heizkörper bei herkömmlichen
Heizkörperventilen im Teillastbetrieb
von 50 % einen Druckanstieg von
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
0 10 20 30 40 50 60 dP [kPa]
(17,1-7,8) = 9,3 kPa aufweisen. Was dies
für das Risiko einer Überversorgung
bedeutet, geht aus der folgenden
Abbildung hervor.
Dynamic Valve
Statisches Ventil
Der Abgleich eines Heizkörpers mit dem
Danfoss dP tool™.
Steigt der Differenzdruck von 7,8 kPa
auf 17,1 kPa, erhöht sich der Durchfluss
von 80 auf 132 l/h, während der Durchfluss im dynamischen Ventil konstant
gehalten wird.
entsprechend fachgerecht zu regeln.
Das Danfoss Dynamic Valve™ des
Typs RA-DV hält den Durchfluss auch
bei schwankendem Differenzdruck
konstant. Ein Differenzdruckregler im
RA-DV-Ventil hält den Druckabfall über
Die erhöhte Druckspreizung im Teillastbetrieb würde zu einer Überversorgung und damit erhöhten Heizkosten
führen – die Druckspreizung ist dem-
Durchuss [l/h]
Die Lösung des Problems zusätzlicher
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0 10 20 30 40 50 60 dP [kPa]
Druckspreizungen ist also der Einsatz
einer drehzahlgeregelten Pumpe, z. B.
Grundfos MAGNA3, und der Einsatz des
Danfoss Dynamic Valve™ des Typs RADV. Die Kombination aus beiden sorgt
dem Regelventil konstant, so dass
das RA-DV-Ventil einen konstanten
Durchfluss aufrecht erhält. Dies zeigt
das folgende Diagramm.
für einen problemlosen Betrieb des
Heizungssystems, wie das Beispiel aus
Fredericia verdeutlicht. Die Installation
ist seit einem Jahr im Einsatz, und die
Kosten für den Pumpenbetrieb sanken
um etwa 57 % bzw. 980 kWh im Jahr.
7
Optimierung der Pumpe
Läuft die Pumpe optimal, sorgt dies
für den geringstmöglichen Energieverbrauch. Die Pumpenoptimierung
zusammen mit der Proportionaldruckregelung ist nur durch den Einsatz
automatischer Abgleichventile möglich. Der Einsatz des neuen Danfoss
dP tool™ (zur Messung des Differenzdrucks) in Kombination mit Grundfos
GO (mobiler Zugang zu Grundfos-Online-Tools) ermöglicht nicht nur eine
problemlose Inbetriebnahme, sondern
sorgt auch für Pumpenoptimierung
und geringstmöglichen Energieverbrauch.
Das Danfoss dP tool™ ist ein äußerst
nützliches, einfaches und einzigarti-
ges Inbetriebnahme-Werkzeug zur
Messung des vorhandenen Differenz-
drucks. Die Montage erfolgt an dem
kritischen Ventil, in dem der Differenz-
druck am niedrigsten ist. Im Volllastbe-
trieb muss der Differenzdruck 10 kPa
betragen. Ist der Differenzdruck höher
oder niedriger, erfolgt eine Einstellung
des Sollwertes an der MAGNA3-Pumpe.
Der Sollwert steht im Zusammenhang
mit dem von der Pumpe ausgeübten
Differenzdruck. Dieser Wert liegt stets
über dem an dem kritischen Ventil
gemessenen Wert, da der Differenz-
druck im Verlauf durch das System
zurückgeht.
Fazit
Optimal arbeitende Heizungssysteme
bedürfen einer sorgfältigen Inbetriebnahme, um den Energieverbrauch auf
ein Minimum zu senken. Mit dem neuen
und innovativen Danfoss Dynamic
Valve™ des Typs RA-DV in Kombination mit der neuen drehzahlgeregelten
Grundfos-Pumpe MAGNA3 ist dies nun
problemlos möglich. In dem konkreten
Beispiel aus Fredericia (Dänemark) betrug
die erzielte Ersparnis nicht weniger als
12 % der Heizkosten. Dieses Ergebnis
konnte durch die Kombination aus den
neuen Dynamic Valve von Danfoss und
der neuen Grundfos-MAGNA3-Pumpe
erzielt werden.
Für optimalen Komfort und möglichst
niedrige Betriebskosten ist eine fachgerechte Inbetriebnahme der Heizungssysteme unerlässlich. In der Vergangenheit war die Inbetriebnahme ein
komplizierter Vorgang, der den Einsatz
verschiedener Ventile und Messinstrumente erforderte.
Danfoss GmbH · Carl-Legien-Straße 8 · D-63073 Offenbach/Main
Telefon: (069) 8902-0 · Telefax: (069) 8902-106 · www.danfoss-sc.de
Heute lassen sich der vorgesehene
Durchfluss und Pumpensollwert mit
dem neuen Danfoss dP tool™ und
Grundfos GO mühelos an jedem Heiz-
körper einstellen. Dies sorgt nicht nur
für einen optimalen Betrieb, sondern
ermöglicht auch eine erhebliche Zei-
tersparnis bei der Inbetriebnahme.
Dies sind triftige Gründe, das Energie-
einsparpotential im Bestandsanlagen
zu überprüfen und die passenden
Maßnahmen zu ergreifen.
Rene Hansen, Anders Nielsen,
Danfoss Grundfos
Juni 2015
Grundfos GO ist die mobile Toolbox
für mobile professionelle Anwender.
Grundfos GO ist die umfassendste
Plattform für mobile Pumpenregelung
und -auswahl, einschließlich Dimensionierung, Ersatz und Dokumentation,
und lässt sich auf jedes mobile Gerät
mit iOs- oder Android-Betriebssystem
herunterladen.
Nach Ausführung dieser Schritte haben
Sie die ordnungsgemäße Inbetriebnahme des Heizungssystems sichergestellt,
nicht nur zu planmäßigen Durchflussbedingungen, sondern vor allem auch
im Teillastbetrieb. Das Ergebnis ist ein
geringstmöglicher Energieverbrauch
für das gesamte Heizungssystem.
Grundfos GO, für
Android und iOS.
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