Einregulierung: variable Durchflussmengen

​​​Systeme mit variablen Durchflussmengen


Abhängig vom Gebäudetyp, der Anlagengröße, den gewählten Umwälzpumpen, den installierten Wärmeerzeugern mit unterschiedlichen Rücklauftemperaturen usw. unterteilen wir die Systeme in zwei Gruppen.


1. Anlagen mit niedrigem Pumpendruck

In Wohnhäusern mit einer Pumpenförderhöhe bis zu 15 kPa (Nullförderhöhe) oder bei leistungsgeregelten Pumpen mit einem Sollwert bis 15 kPa müssen – im Hinblick auf die Geräusche der Thermostatventile – keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden. 

Es sollten an allen Heizkörpern voreinstellbare Thermostatventile V-exact-II und an allen Strängen und Abzweigen STAD-Einregulierungsventile verwendet werden, um die Durchflussmengen exakt einzustellen.
Außerdem sollten Pumpen mit einer flachen Kennlinie eingesetzt werden, damit im Teillastbetrieb der Druckanstieg begrenzt bleibt. Sonstige Vorkehrungen sind nicht erforderlich.

1.1 Anlagen mit voreinstellbaren IMI Heimeier V-exact-II Thermostatventilen
Einregulieren der Strangwassermenge mit den Einregulierungsventilen STAD mit einer TA Einregulierungsmethode. Durch die Voreinstellung der Thermostatventile erhält jeder Heizkörper die erforderliche Durchflussmenge und erreicht seine Nennleistung. 

Im folgenden Beispiel wird eine Anlage mit 4 Heizkörpern, bei denen die Thermostatventile voreingestellt wurden, dargestellt. Die Strangdurchflussmenge wurde mit einem
Einregulierungsventil STAD eingestellt. Jeder Heizkörper erhält dadurch seine Nenndurchflussmenge.
​​Heizunganlage mit TRV eingestellt.JPGAbb. 13:
Heizungs
anlage mit voreingestellten Thermostatventilen
Einstelltabelle TRV.JPG

1.2 Anlagen mit nicht voreinstellbaren Thermostat-Ventilunterteilen
Begrenzung der Strangwassermengen mit den Einregulierungsventilen STAD. Keine Begrenzung in den Heizkörpern.

Es besteht jedoch das Problem, dass die Durchflussmengenverteilung zu den einzelnen Heizkörpern nicht korrekt ist. Das hydraulische Ungleichgewicht wird speziell bei der Morgenaufheizung voll wirksam. Durch die Nachtabsenkung haben alle Thermostatventile über dem Auslegungsbereich geöffnet. Der erste Heizkörper erhält in unserem Beispiel die sechsfache Nenndurchflussmenge. Die Wärmeleistung steigt jedoch nur um 14 %. Der zweite Heizkörper hat praktisch seine Nennbedingungen und erreicht die gewünschte Raumtemperatur. Die beiden letzten Heizkörper haben jedoch eine zu geringe Durchflussmenge und erreichen die gewünschte Raumtemperatur nicht. Erst wenn nach längerer Zeit
(nur 14 % Mehrleistung) 
die Raumtemperatur im ersten Raum steigt und das Ventil zu schließen beginnt, erhalten die letzten Heizkörper den notwendigen Durchfluss und können die gewünschten Raumtemperaturen erreichen. Es entsteht jedoch eine größere Zeitverschiebung bis dieses eintritt, so dass gesagt werden kann, dass eine zufriedenstellende Anlagenfunktion nicht gewährleistet werden kann. In der Praxis ist es deshalb notwendig, sowohl die Steigstränge als auch die Heizkörper einzuregulieren.

Das Problem verschärft sich wenn z. B. der erste Thermostat-Kopf voll geöffnet wurde und damit keine automatische Durchflussregulierung stattfindet, da erst bei ca. 28 °C der Thermostat-Kopf beginnt, das Ventilunterteil zu drosseln. 
hydraulisches Ungleichgewicht.JPGAbb. 14: Hydraulisches Ungleichgewicht bei der morgent-lichen Aufheizung aufgrund nicht voreinstellbarer Thermostatventile.
​​Einstelltabelle TRV_nicht einreguliert.JPG


2. Anlagen mit hohem Pumpendruck

In Anlagen mit großen Pumpenförderhöhen empfiehlt sich der Einsatz von STAP-Strangdifferenzdruckreglern. Eine Differenzdruckregelung ermöglicht einen optimalen Anlagenbetrieb durch drei wichtige Faktoren:

a. Gewährleistung einer stabilen Regelung
Um eine genaue und stabile Regelung in Systemen mit variabler Durchflussmenge sicher zu stellen, darf der Differenzdruck über die stetigen Regelventile oder Thermostatventile nicht zu stark schwanken. Ein stabiler Differenzdruck kann durch die Verwendung von selbsttätig wirkenden Differenzdruckreglern STAP in Systemen mit variabler Durchflussmenge erzielt werden.

b. Vermeidung von Strömungsgeräuschen
Bei Pumpenförderhöhen ab 15 kPa steigt das Risiko von Strömungsgeräuschen am Thermostatventil. Beträgt z. B. die Pumpenförderhöhe 35 kPa, so muss die Differenz von 20 kPa durch geeignete Strangarmaturen kompensiert werden. Das Regulierventil STAD ist dazu nicht immer geeignet, da sich der am Ventil eingestellte Widerstand in quadratischer Abhängigkeit zum Durchfluss verhält. Schließen einige Thermostatventile, so dass sich der Durchfluss z. B. auf 50 % der Nennwassermenge reduziert hat, so beträgt der Widerstand des STAD nur noch 5 kPa. Selbst bei einer leistungsgeregelten Pumpe, die dem System z. B. konstant 35 kPa anbietet, steigt damit der Differenzdruck am Thermostatventil von 15 auf 30 kPa. Die Folge ist ein Anstieg der durch das Thermostatventil strömenden Wassermenge auf das 1,4-fache der Nennwassermenge, wodurch die ungewünschten Strömungsgeräusche entstehen.

Differenzdruckregler wirken als dynamisches Regulierventil, d. h. sie schließen bei reduziertem Durchfluss und halten so den Differenzdruck über den Strang konstant.

c. Sicherstellung der geforderten niedrigen Rücklauftemperatur z. B. in Fernwärme oder Brennwertanlagen
Eine weitere Folge der oben beschriebenen Erhöhung der Nennwassermenge ist eine in Fernwärme- und Brennwertanlagen unerwünschte Anhebung der Rücklauftemperatur. Die Verbraucher (z. B. Heizkörper) können den erhöhten Durchfluss nicht in Mehrleistung umsetzen, so dass eine Rücklauftemperaturanhebung die ungewollte und unerwünschte Folge ist. Eine Durchfluss-Verdoppelung durch einen z. B. auf 70/55°C ausgelegten Heizkörper erzielt gerade mal eine um 10 % erhöhte Leistung.

Differenzdruckregler halten den Differenzdruck über den Strang oder Anlagenabschnitt konstant, so dass keine Überversorgung der nachgeschalteten Verbraucher und damit auch keine Rücklauftemperaturanhebung stattfindet.


2.1 Wie arbeitet ein Differenzdruckregler?
Der STAP ist ein selbsttätig wirkender, proportionaler Regler. Die Konstruktion eines Differenzdruckreglers basiert auf einer Kombination von einer Feder und einer Membran
(Abb. 15). Die Feder zieht den druckbalancierten Ventilkegel (2) nach oben, um das Ventil zu öffnen. Der Differenzdruck AB, der an der Membran (3) wirkt, erzeugt eine Kraft gegen die Feder. Der Druck A wird auf den STAP mit Hilfe einer Impulsleitung übertragen, die an der Entleerung (6) des Strangregulierventils STAD angeschlossen ist.

Bei einem STAP DN 15 bis DN 50 wirkt der Druck B direkt im Regler auf die Unterseite der Membran. Bei größeren Dimensionen wird die Verbindung mit Hilfe einer externen Impulsleitung hergestellt.
Statt des Strangregulierventiles STAD ist es theoretisch auch möglich, einen normalen Druckanschluss mit Kugelhahn zur Absperrung im Vorlauf zu installieren (dies wird jedoch nicht empfohlen, wenn die Durchflussmenge gemessen werden soll).

Wenn die Kraft, die vom Differenzdruck AB an der Membran erzeugt wird, größer ist als die Federkraft, beginnt das Ventil proportional dazu zu schließen, bis es einen neuen Gleichgewichtspunkt findet.

Dadurch entsteht ein zusätzlicher Druckverlust im STAP, der die Erhöhung des Differenzdruckes
im Sekundärkreis ΔpL verhindert.​
STAP.JPG​Abb. 15
Der Differenzdruckregler STAP stabilisiert den sekundären Differenzdruck ΔpL.


2.2 Die hydraulische Einregulierung mit Differenzdruckreglern
Der Sollwert der Feder kann mit Hilfe eines Inbusschlüssels im Zentrum des Handrades (7) verändert werden. Dadurch kann der Wert ΔpL stufenlos auf den erforderlichen Wert eingestellt werden. Das Handrad (7) kann auch dazu verwendet werden, den STAP mechanisch abzusperren, wenn dies erforderlich ist.

Die Durchflussmenge wird mit dem Ventil STAD gemessen. Der Differenzdruck ΔpL kann zwischen den Punkten (5) und (4b) oder den Punkten (5) und (8) gemessen werden (wenn in 4b der aus dem Zubehörprogramm lieferbare Messnippel installiert ist).

Der STAP ist ein Proportionalregler, wie alle anderen Differenzdruckregler, und kann dadurch den Differenzdruck ΔpL nicht absolut konstant halten. Er verändert sich entsprechend dem Proportionalband des Reglers.

Die Abb. 16 zeigt die Veränderung des ausgeregelten Sollwertes ΔpL in Abhängigkeit zum Kv-Wert des Reglers (Ventilöffnungsgrad). Der Kv-Wert des STAP variiert von 0 bis zu einem maximalen Wert
Kvs. Dennoch ist der Arbeitsbereich zwischen Kvmin und dem Kvm-Wert begrenzt. Für diese beiden Werte verändert sich der sekundäre Differenzdruck um ±20 % um den Sollwert (SP).

Um eine stabile Regelfunktion zu erhalten, ist ein Proportionalband von 40 bis 50 % passend. Nehmen wir nun an, dass der primäre Differenzdruck Δp 120 kPa und das erforderliche ΔpL 30 kPa beträgt. Erhöht sich nun Δp von 120 auf 220 kPa, so wird Δpvon 30 auf 33 kPa (+10 %) ansteigen.

Die Differenzdruckerhöhung von 100 kPa auf der Primärseite wurde auf 3 kPa auf der Sekundärseite
verringert. Ohne Differenzdruckregler würde der Verbraucher eine Differenzdruckerhöhung von 100 kPa aufweisen. In diesem Fall hat der STAP die Störung um einen Faktor von 33 verringert.

Um den richtigen Sollwert für den STAP zu finden, brauchen Sie nur die Durchflussmenge mit Hilfe des Messventils (unter Nennbedingung) zu messen und den Sollwert am STAP so lange zu verstellen, bis Sie den gewünschten Durchfluss erreicht haben. Das ist alles. Es ist keine zusätzliche Berechnung
notwendig. Erfolgt diese Voreinstellung wenn der primäre Differenzdruck höher ist als der Nennwert, so ist der Sollwert, den man erhält, etwas geringer als erforderlich. Dieser Unterschied ist normalerweise vernachlässigbar, kann jedoch auch korrigiert werden, wenn bei der Einregulierung die Durchflussmenge gemessen wird. Der Sollwert entspricht ebenfalls einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen mit dem Inbusschlüssel. Der Zusammenhang zwischen Sollwert und Anzahl der Umdrehungen wird in unseren Typenblättern angegeben.

Diese Information ist nützlich, wenn Sie den richtigen Sollwert für den STAP suchen und kein Messventil installiert wurde oder wenn der Differenzdruck H geringer als Hmin ist. Hmin ist der kleinstmögliche Wert für H. Unter Hmin kann die Nenndurchflussmenge nicht erreicht werden.
Einfluss Abb. 16.JPG​Abb. 16
Einfluss des primären Differenzdruckes auf den sekundären Differenzdruck ΔpL.


2.2.1 Dimensionierung des STAP
Der STAP wird so dimensioniert, dass der Nenn-Kv-Wert nahe oder kleiner 0,8 Kvm ist. Nehmen wir zum Beispiel an, dass ein Verbraucher einen sekundären Differenzdruck ΔpL von 30 kPa benötigt, während deprimäre Differenzdruck 120 kPa ist. Bei einer Nenndurchflussmenge von 2000 l/h ist der Nenndruckverlust im Einregulierungsventil z. B. 4 kPa. Der Druckverlust, der im STAP erzeugt werden muss ist:

STAP = 120 – 4 – 30 = 86 kPa.

Unter diesen Betriebsbedingungen ist der Kv-Wert des STAP gleich
Formel S. 13.JPG
Ein STAP mit z. B. einem Kvm von 3,1 wird in diesem Fall das Richtige sein.


2.2.2 Dimensionierung von STAD
 dass es einen Druckverlust von mindestens 3 kPa voll geöffnet bei Nenndurchfluss aufweist. Dieser Differenzdruck von 3 kPa ist erforderlich, um eine gute Durchflussmessung zu erreichen.
Differenzdruck.JPG​Abb. 17
Ein Differenzdruckregler STAP stabilisiert den Differenzdruck an jedem Steigestrang.

2.3 Anlagen mit voreinstellbaren Thermostatventilen
In modernen Heizungsanlagen werden Thermostatventile voreingestellt, um die erforderliche Durchflussmenge unter Nennbedingungen zu erreichen. Diese Voreinstellungen sind nur dann gültig, wenn der Differenzdruck, für den die Voreinstellungen berechnet wurden, wirklich an den Heizkörpern anliegt. Arbeitet die Anlage mit geringerer Leistung, nimmt der Druckverlust in den Rohren sehr stark ab. Dadurch nimmt der an den Thermostatventilen anstehende Differenzdruck entsprechend zu. Wenn der Differenzdruck 15 kPa überschreitet, besteht die Gefahr der Geräuschbildung, speziell wenn sich Luft im Wasser befindet.

Es ist aus diesem Grund wichtig, den Differenzdruck für Thermostatventile zu stabilisieren.

Dieser Abschnitt zeigt Lösungen für einige oft vorkommende Probleme in Heizkörpersystemen:
  • Wie erreicht man den erforderlichen Differenzdruck über die Thermostatventile?
  • Wie stellt man sicher, dass der Differenzdruck bei allen Lastzuständen stabil ist?
  • Was tut man, wenn die Thermostatventile nicht voreinstellbar sind?

Um es für den Installateur leichter zu machen, werden Thermostatventile z. B. unter der Annahme voreingestellt, dass der zur Verfügung stehende Differenzdruck Δp0 = 10 kPa ist. Dieser Wert ist ein guter Kompromiss für zwei Anforderungen:

  • Nicht zu hoch, um eine entsprechend große Öffnung des Ventils zu erzielen, um Festsetzen und Geräusche zu verhindern.
  • Nicht zu niedrig, so dass der relative Einfluss des Rohrreibungswiderstandes in den Anbindeleitungen gering ist.

​Während der Einregulierung der gesamten Anlage wird das Einregulierungsventil für diesen Zweig so eingestellt, dass der richtige Gesamtdurchfluss für den Anlagenteil erreicht wird.

Dies rechtfertigt die Voreinstellung der Thermostatventile. Die erwarteten 10 kPa stehen in der Mitte des Abzweiges zur Verfügung, wenn die Einregulierung fertig gestellt wurde. In einem System mit variabler Durchflussmenge kann der Differenzdruck stark zunehmen, wenn die Anlage im Teillastbereich arbeitet. Thermostatventile können Geräusche produzieren, speziell wenn Luft im Wasser ist. In diesem Fall ist es ratsam, Differenzdruckregler STAP, wie in der Abb. 18 gezeigt, zu installieren.

Ein STAP stabilisiert den Differenzdruck für jeden Abzweig oder kleinen Strang. Der Durchfluss V · s wird mit Hilfe des STAD Einregulierungsventils gemessen.


2.3.1 Einregulierungsvorgang
1. Öffnen Sie alle Thermostatventile voll, indem Sie z. B. die Thermostatköpfe demontieren.
2. Stellen Sie die Thermostatventile für einen konstanten Differenzdruck von 10 kPa abzüglich des Druckverlusts im Rücklaufventil ein. Verwenden Sie das Ergebnis Δp, um den Kv-Wert zu bestimmen, der eingestellt wird:
Formel S. 14.JPG
​in kPa.
3. Stellen Sie den Sollwert des STAP so ein, dass Sie den Gesamtdurchfluss V · s iVentil STAD messen können. Der erwartete Differenzdruck von 10 kPa steht nun in der Mitte des Verbraucherkreises zur Verfügung.

Hinweis: In der Praxis wird der erste Heizkörper einen zu hohen Durchfluss und der letzte einen zu geringen aufweisen. Das ist akzeptabelwenn die Rohrlänge zwischen dem STAP und dem letzten Heizkörper nicht L = 2.200/R (L in m) überschreitet, wobei R der durchschnittliche Druckverlust in den Rohren (in Pa/m) ist. Diese Formel basiert auf einer maximalen Durchflussabweichung von 10 %. Bei R = 150 Pa/m beträgt Lmax = 15 m.
Abb 18 Beginn Kreis.JPG​Abb. 18
Ein Differenzdruckregler STAP stabilisiert den Differenzdruck am Beginn des Kreises.
voreingestellte TRV.JPG
Abb. 19
​Heizkörpersystem mit Differenzdruckregler STAP und voreinstellbaren Thermostatventilen.​


2.4 Anlagen mit nicht voreingestellten Thermostatventilen
Begrenzung des Strangdifferenzdruckes mit Hilfe des STAP-Differenzdruckreglers, Begrenzung der Strangdurchflussmenge durch STAD-Einregulierungsventil (Abb. 20). 

Bei Altanlagen sind die Thermostatventile (oder auch manuelle Ventile) in der Regel nicht einregulierbar. Da der Kvs-Wert dieser Ventile viel zu hoch für die benötigte Durchflussmenge ist, kann mit relativ geringen Differenzdrücken am Strang gearbeitet werden, um die erforderlichen Durchflussmengen zu erzielen. In den meisten Anlagen ist ein Differenzdruck von 3 kPa ausreichend. Setzt man nun mit Hilfe eines Einregulierungsventils STAD einen relativ hohen Widerstand von 11 kPa in Serie mit den Thermostatventilen, so wird dieser für die erzielbare Durchflussmenge bestimmend sein. Dies ist aber nur dann der Fall, wenn der Differenzdruck für den Strang mit Hilfe eines  Differenzdruckreglers STAP konstant gehalten wird (in unserem Beispiel 14 kPa). Beträgt jedoch der Differenzdruck für die Anlage 5 kPa anstatt 3 kPa, so wird sich die maximale Durchflussmenge von 100 % auf 93 % reduzieren (Abb. 21). Die Auswirkung auf die erreichbare Raumtemperatur beträgt lediglich 0,25 K und ist deshalb vernachlässigbar. Voraussetzung ist jedoch wie immer, dass die Vorlauftemperatur der Anlage gemäß der Außentemperatur richtig geregelt wird.
STAP 14 kpa.JPGAbb. 20
​Heizkörpersystem mit Differenzdruckregler STAP und Begrenzung der Strangwassermenge mit Hilfe des Einregulierungsventils STAD - Thermostatventile sind nicht voreingestellt​


Bei Anlagen, bei denen herkömmliche Thermostatventile ohne Voreinstellung eingesetzt werden, die speziell während der Absenkphasen zu hohe Strangwassermengen verursachen, empfiehlt sich die Begrenzung der Durchflussmenge.
Beispiel: 
Errechnen des KV-Wertes für das Einregulierungsventil STAD:
Formel S. 15.JPG

Bestimmen der Handradposition laut Diagramm im technischen Prospekt. Einstellen des Differenzdruckreglers auf 14 kPa und Kontrolle des Sollwertes mit dem computerbasierten Messgerät
TA-Scope sowie der 
Durchflussmenge am STAD.

Durchflussänderung.JPG
Abb. 21: Durchflussänderung abhängig vom Differenzdruck


2.5 Anordnung von On/Off-Zonenventilen und Wärmezählern
​In einigen Ländern wird ein Differenzdruckregler für jede Wohnung verwendet. Die Vorlauftemperatur wird mit einem zentralen, witterungsgeführten Regler geregelt. Ein Raumthermostat wird in einem Referenzraum, in dem keine Thermostatventile vorhanden sind, montiert. Der Raumthermostat steuert ein On/Off-Ventil V wie in der Abb. 23 gezeigt.
Das On/Off-Ventil und der Wärmezähler sollten in einem Rohrstück montiert werden, das nicht in der vom STAP geregelten Strecke liegt. Der Grund dafür ist, dass dieser variable Widerstand sonst den Differenzdruck über die Heizkörper beeinflusst. 

Darum müssen das Zonenventil und der Wärmezähler in Flussrichtung nach dem STAP eingebaut werden, damit der erforderliche Sollwert des STAP den Maximalwert, bei dem die Thermostatventile Geräusche produzieren können, nicht übersteigt.

stapstad.JPG
Abb. 24: STAP als Durchflussregler.

In einigen Anwendungen sind automa­tische Durchflussregler sinnvoll. Zum Beispiel, um die Primärdurchflussmenge über ein Dreiwegventil in einer Umlenkschaltung konstant zu halten oder mehrere ­Kältekreise in Industrieanlagen zu ver­sorgen. Für diese Anwendungen können spezielle Durchflussregler verwendet ­werden.
Ein STAP kann dieses Problem der Durchflussmessung und Einstellung lösen. Diese Lösung wird in der Abb. 24 gezeigt. 

Die Wahl des Sollwertes sollte so nahe wie möglich am minimalen Einstellwert (z. B. 10 kPa) liegen.
Die Durchflussmenge wird mit dem Regulierventil STAD gemessen, dessen Voreinstellposition so gewählt wird, dass die erforderliche Durchflussmenge erreicht wird. In diesem Beispiel entspricht der Druckverlust im STAD dem Sollwert des STAP, das bedeutet 10 kPa.
Wenn die Durchflussmenge ansteigt, erhöht sich der Druckverlust im STAD. Der Differenzdruck wird an das STAP weiter geleitet. Dieser schließt etwas, um den Durchfluss auf dem erforderlichen Wert zu halten. Entsprechend dem Proportionalband des STAP ist der Durchfluss nicht konstant. Wenn zum Beispiel der Differenzdruck über das Set STAD/STAF von 100 auf 200 kPa ansteigt, erhöht sich der Durchfluss um
7 %.

jede Wohnung.JPG
Abb. 23: Ein STAP regelt den Differenzdruck für jede Wohnung (differenzdruckunabhängiges Modul).

2.6 Die hydraulische Einregulierung mit Differenzdruckreglern – ein STAP für jeden Strang
In großen Systemen kann die Pumpenförderhöhe zu hoch sein oder für die Verbraucher zu stark schwanken. In diesem Fall muss der Differenzdruck an der Wurzel jeden Stranges auf einen brauchbaren Wert mit Hilfe des STAP Differenzdruckregelventils stabilisiert werden (Abb. 17).


2.6.1 Einregulierungsvorga
ng
 dieser Einheit als unabhängig von den anderen betrachtet werden. Bevor man mit der Einregulierung eines Stranges beginnt, sollte der STAP voll geöffnet und nicht in Funktion sein, damit man die erforderliche Durchflussmenge während der Einregulierung erreicht. Am einfachsten ist, die Entleerung am STAD im Vorlauf zu schließen und die Membrankammer zu entleeren, indem man die kleinen Entlüftungsschrauben an der Innengarnitur öffnet.

1. Die Verbraucher sind an jedem Zweig einreguliert, bevor man die Abzweige untereinander mit Hilfe der Kompensationsmethode oder der TA-Diagnose Methode einreguliert. STAD arbeiten als Partnerventile.
2. Wenn ein Strang einreguliert wird, wird der Sollwert des STAP so eingestellt, dass der Nenndurchfluss am STAD gemessen werden kann. Dieses Ventil ist an der Wurzel des Stranges montiert. Die Einregulierung der Stränge untereinander ist nicht notwendig und wird automatisch erreicht.

Hinweis 1: Bei Heizungsanlagen wird jedoch, wenn alle Regelventile des Stranges schließen, auch der Differenzdruckregler STAP schließen. Der Systemdruck in der Anlage zwischen Regelventil und STAP nimmt ab, wenn das Wasser abkühlt. 

Der Differenzdruck über die Regelventile steigt dadurch an. Als Konsequenz wird das Regelventil, das als erstes öffnet, laute Geräusche verursachen. Aus diesem Grund ist eine minimale Durchflussmenge z. B. über ein Überströmventil erforderlich, um solche Probleme zu verhindern.

Wenn ein Strang einen sehr hohen Differenzdruck benötigt, muss die Pumpenförderhöhe so ausgelegt werden, dass die Versorgung sichergestellt wird, obwohl andere Stränge eine nicht so hohe Förderhöhe benötigen würden. Dadurch erhöhen sich die Energiekosten für die Pumpe für die gesamte Anlage. Um diese Kosten zu verringern, kann eine separate Sekundärpumpe für diesen Strang installiert werden.



2.7 Die hydraulische Einregulierung mit Differenzdruckreglern. Ein STAP an jedem Abzweig 
Wenn der Differenzdruck für jeden Abzweig stabilisiert ist, werden die Verbraucher mit einem der Leistung entsprechenden Differenzdruck versorgt. In diesem Fall kann der Abzweig für sich unabhängig von den anderen einreguliert werden (Abb. 25). 

Diese Lösung ist technisch besser, als nur ein STAP für jeden Steigstrang zu verwenden, da sich der passende Differenzdruck von Abzweig zu Abzweig ändern kann. Zusätzlich werden die Schwankungen im Differenzdruck durch variable Druckverluste in den Strängen automatisch kompensiert.

STAP an jedem Abzweig.JPG
Abb. 25: Ein STAP Differenzdruckregler stabilisiert den Differenzdruck für jeden Abzweig (differenzdruckunabhängiges Modul).



2.7.1 Einregulierungsvorgang
Bei der Einregulierung ist jeder Abzweig eine Einheit, die unabhängig ist. Bevor man die Einregulierung eines Abzweiges beginnt, sollte der STAP außer Funktion und voll geöffnet sein, um die erforderliche Durchflussmenge während der Einregulierung zu erreichen.

Ein einfacher Weg dies zu erzielen ist, das Entleerventil am STAD, welches am Vorlauf montiert ist, zu schließen und das Membrangehäuse zu entleeren.

1. Die Verbraucher sind untereinander mit Hilfe einer TA Einregulierungs-Methode einreguliert. Wenn man mit der Kompensationsmethode arbeitet, ist das STAD das Partnerventil.

2. Wenn der Abzweig einreguliert ist, wird der Sollwert des STAP so eingestellt, dass die am STAD gemessene Nenndurchflussmenge erreicht wird. Eine Einregulierung der Abzweige und Steigstränge
untereinander ist nicht mehr notwendig. 

Beispiele:
In Abb. 26a ist jeder Verbraucher mit einem Einregulierungsventil (STAD) oder einem Kompaktregulierventil (TBV) ausgestattet. Dies ist der Normalfall.STAP mit Verbrauchern.JPG
Abb. 26a: Ein STAP stabilisiert den Differenzdruck über eine Reihe von Verbrauchern (differenzdruckunabhängiges Modul)​

In Abb. 26b ist jeder Verbraucher mit einem Thermostatventil, z. B. V-exact II oder einem Regulierventil, wie z. B. Regulux, ausgerüstet. Da diese Ventile jedoch keine Durchflussmessung in den Verbrauchern zulassen, muss hier die Voreinstellung berechnet werden.


Abb. 27 ist ein typisches Beispiel eines Abzweiges mit mehreren Verbrauchern, die mit TBV-C Ventilen geregelt werden. Das TBV-C kombiniert fünf Funktionen in einem Ventil: 
  • Regelung (On/Off, Dreipunkt oder proportional)
  • Stufenlose Voreinstellung von Null bis Kvs mit einer Skala von 0 bis 10
  • Differenzdruckmessung
  • Durchflussmessung
  • Absperrfunktion
TBV-C-CM.JPG
Abb. 27: Die Verbraucher werden mit TBV-C oder TBV-CM Kompaktregulierventilen geregelt.

Der Abzweig wird mit einem Regler, der den Differenzdruck für die Kreise konstant hält, ausgerüstet. Dadurch ergibt sich eine stabile und genaue Regelung, wenn eine proportionale Regelung durchgeführt wird. Da der Differenzdruck auf dem erforderlichen Wert gehalten wird, ist die Gefahr von Geräuschen im Ventil ebenfalls nicht gegeben.


a) Einregulierungsvorgang (Abb. 26a)
1. Öffnen Sie den STAP voll. Das Regelventil V ist voll geöffnet.
2. Regulieren Sie den Verbraucher entsprechend der TA-Diagnose-Methode ein. Das STAD arbeitet dabei als Partnerventil.
3. Stellen Sie den Sollwert des STAP so ein, dass Sie die erforderliche Durchflussmenge V · p im Ventil STAD erreichen.


b) Einregulierungsvorgang (Abb. 26b)
​Im folgenden Einregulierungsvorgang werden die Druckverluste der Rohrleitungen im geregelten Kreis des STAP als vernachlässigbar angenommen.

1. Für jeden Kreis ist der erforderliche Differenzdruck ΔpKreis die Summe der Druckverluste bei Nenndurchflussmenge:
ΔpKreis = ΔpRegelventil + ΔpVerbraucher + ΔpEinbauteile + ΔpRegelventil voll geöffnet.
Ermitteln Sie den Kreis, der den höchsten erforderlichen Differenzdruck benötigt (ΔpKreis max.).

2. Berechnen Sie für jeden Kreis den Druckverlust, der im Thermostatventil oder Regulierventil aufgenommen werden muss: 
ΔpRegulierventil = ΔpKreis max. – ΔpRegelventil – ΔpVerbraucher – ΔpEinbauteile.
Stellen Sie das Regulierventil so ein, dass Sie einen entsprechenden Druckverlust bei Nenndurchfluss erreichen. Verwenden Sie das TA Ventildiagramm oder das TA Select Computerprogramm, um die richtige Voreinstellposition zu finden.

3. Stellen Sie den Sollwert des STAP so ein, dass Sie den erforderlichen Gesamtdurchfluss 
V · p im STAD erhalten.

c) Einregulierungsvorgang (Abb. 27)
Dieses oben genannte Beispiel kann für die gesamte Anlage verwendet werden. Einregulierungsventile in den Strängen und Abzweigen sind nicht unbedingt erforderlich,
aber für die Fehlersuche und zur Kontrolle der Gesamtmenge zu empfehlen. 



2.8 Ein STAP an jedem Regelventil
Abhängig von der Anlagenauslegung kann sich entsprechend der Last der Differenzdruck für jeden Kreis sehr stark ändern. Um die richtige Regelventilcharakteristik zu erzielen und aufrecht zu erhalten, sowie um eine genaue und stabile Regelung zu gewährleisten, muss der Differenzdruck über dem Regelventil mit Hilfe eines Differenzdruckreglers stabilisiert werden.

Differenzdruckregler stabilisiert.JPG
Abb. 28: Ein Differenzdruckregler stabilisiert den Differenzdruck direkt am Regelventi.

Hinweis:
1. Der Durchfluss wird mit Hilfe eines Regulierventils STAD gemessen. Dieses ist ein wichtiges Hilfsmittel zur Fehlersuche und -behebung.

2. Wird keine Messung gewünscht (was nicht zu empfehlen ist), kann das Messventil durch einen Messnippel ersetzt werden. In diesem Fall wird der Sollwert für das STAP auf Basis des Kvs-Wertes des Regelventils berechnet. Für den zweiten Fall lauten die vorgegeben 

Daten: Nenndurchfluss V · und Kvs des Regelventils, der normalerweise mit einer Genauigkeit von
± 15 % bekannt ist. Der theoretische Differenzdruck, den das STAP erzeugen soll, kann gemäß folgender Formel berechnet werden: 
Formel S. 18.JPG
​Das Regelventil V ist niemals überdimensioniert, da der Nenndurchfluss nur bei voll geöffnetem Regelventil erreicht wird. Die Ventilautorität ist und bleibt 0,7.

Da der ausgeregelte Druck ΔpL praktisch konstant ist, wird der zusätzlich auftretende primäre Differenzdruck im STAP aufgenommen.



2.8.1 Einregulierungsvorgang
1. Öffnen Sie das Regelventil V voll.
2. Stellen Sie das STAD Ventil so ein, dass Sie mindestens 3 kPa bei Nenndurchfluss erhalten.
3. Stellen Sie den Sollwert des Differenzdruckreglers so ein, dass Sie den Nenndurchfluss erhalten.

Da die Durchflussmengen nun an jedem Verbraucher korrekt sind, sind keine zusätzlichen Einregulierungsmaßnahmen erforderlich. Wenn alle Regelventile mit STAP ausgerüstet sind, sind zusätzliche Einregulierungsventile in den Strängen und Abzweigen nicht unbedingt erforderlich, sind aber für die Fehlersuche zum Absperren und zur Kontrolle der Gesamtmenge zu empfehlen.


2.8.2 Dimensionierung des Regelventils
Die Dimensionierung des Regelventils V ist in diesem Fall nicht mehr schwierig. Dennoch sollte ein Druckverlust von mindestens 20 kPa im Regelventil gewählt werden. Bei einer Pumpenförderhöhe von 250 kPa und ohne Verwendung von STAP Ventilen muss der Nenndruckverlust im Regelventil mindestens gleich 0,25 x 250 = 63 kPa sein.

Mit einem STAP wird dieser Wert auf 20 kPa reduziert. Ist der Nenndruckverlust im STAP gleich 10 kPa, kann die Pumpenförderhöhe um 33 kPa verringert werden. Dadurch verringern sich die Energiekosten um ca. 13 %. 

2.9 Beispiel eines Regelventils in einer Einspritzschaltung.
Einige Verteilsysteme arbeiten mit konstanter Durchflussmenge und variabler Vorlauftemperatur. So ist zum Beispiel eine konstante Durchflussmenge für Vorheizregister erforderlich, um einen Frostschutz zu gewährleisten. 

Bei konstanter Durchflussmenge wird eine bessere Regelung erzielt, da diese eine turbulente Strömung im Wärmetauscher garantiert und damit einen konstanten Wärmeübertragungsfaktor.
Aus diesem Grund werden in diesem Fall Dreiwegmischventile verwendet, um eine variable Vorlauftemperatur zu erreichen.

Bei druckbehafteten Verteilern (mit Primärpumpe) ist das Dreiwegmischventil nicht mehr zulässig, da sich der Durchfluss im Bypass aufgrund der primären Differenzdruckes umkehren kann. Wenn sich die Durchflussrichtung im Bypass des Dreiwegventils umkehrt, ist die Mischfunktion nicht mehr gegeben. In diesem Fall ist die beste Lösung, ein Durchgangsventil in Einspritzschaltung, wie in der Abb. 29 gezeigt, zu verwenden.

Wenn es große Veränderungen im primären Differenzdruck Δp gibt, wird die Autorität des Durchgangregelventils stark verschlechtert und dadurch ist die Stabilität des Regelkreises nicht mehr gegeben. In diesem Fall ist die beste Lösung, ein druckunabhängiges Regelventil z. B. TA-FUS1ON-P einzusetzen, siehe Abb. 29, rechts. Wenn ein minimaler Durchfluss erforderlich ist, um die Primärpumpe zu schützen, kann dies durch die Installation eines Überströmventils (z. B. BPV oder Hydrolux) zwischen den Punkten C und D erreicht werden.

Diese Lösung ist besser als die Verwendung eines manuellen Einregulierungsventils, da der
minimale Durchfluss nur dann aufrecht erhalten wird, wenn es notwendig ist. Außerdem wird die primäre Durchflussmenge verringert und aus diesem Grund auch die Energieaufnahme der Pumpe.
Einige Planer verwenden ein Rückschlagventil im Rohr AB, um den Durchfluss von B nach A zu verhindern. Es gibt zwei Hauptgründe für diese Maßnahme.​

1. Bei einem Vorheizregister, das niedrigen Außentemperaturen ausgesetzt ist, erlaubt das Rückschlagventil der Primärpumpe, heißes Wasser in den Verbraucher zu leiten, selbst dann wenn die Sekundärpumpe ausgefallen ist. Dadurch erhält man eine Frostschutzfunktion. 

2. Wenn bei Fernheizungen das Durchgangsventil überdimensioniert oder die sekundäre Durchflussmenge variabel ist, kann sich die Durchflussrichtung im Bypass AB umkehren. Dadurch erhöht sich die Rücklauftemperatur. Das Rückschlagventil verhindert diese Durchflussumkehr.
Durchgangsventil Einspritzschaltung.JPG
Abb. 29: Durchgangsventil in einer Einspritzschaltung​
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Einregulierung: variable Durchflussmengen