Hydraulische Grundschaltungen: Einspritzschaltung

​​​​​​Einspritzschaltung mit Durchgangsventil


  • Differenzdruck erforderlich
  • Wassermenge primär variabel
  • Wassermenge sekundär konstant
  • Temperatur beim Verbraucher variabel

​Anwendung:
Heizkörpersysteme, Fußbodenheizung
Luftheizregister, Niedertemperaturheizung
​Vorteile:
Für Systeme mit Anforderung an niedrige Rücklauftemperaturen, z. B. Fernheizung,
Brennwertgeräte. Unterschiedliche Temperaturniveaus für Primär- und Sekundärseite möglich, z. B. primär 90 °C und sekundär Fußbodenheizung mit 45 °C.
​Nachteile:
Für die Dimensionierung des Regelventils muss der Differenzdruck Δp bekannt sein. Bei Vorheizregistern besteht bei langen Rohrleitungen Frostgefahr wenn keine Frostschutzsicherung installiert ist.​


​Funktion
Für diese Schaltung ist ein Differenzdruck von der Pumpe ΔH erforderlich. Der von der Pumpe zur Verfügung stehende Differenzdruck wird über dem Regelventil zum einen und über dem Regulierventil STADP zum anderen abgebaut.

Der Differenzdruck von der Pumpe beeinflusst die Durchflussmenge und die Druckverhältnisse im Sekundärkreis nicht. Vorteil dieser Schaltung ist, dass die Primär- und Sekundärwassermenge unabhängig voneinander eingestellt werden können. Dadurch ist es möglich, Systeme mit unterschiedlichen Temperaturniveaus zu kombinieren. 

So kann man zum Beispiel an einen Verteiler  mit 90 °C eine Fußbodenheizung mit 45 °C maximaler Vorlauftemperatur anschließen. Die Mischung erfolgt in Punkt A. Das Rücklaufwasser wird hier mit dem Vorlaufwasser des Kessels gemischt. Ist das Regelventil geschlossen, wird nur Rücklaufwasser im Kreis gepumpt. Öffnet sich das Regelventil, so wird ein Teil Vorlaufwasser beigemischt und die zufließende Wassermenge wird über das Regelventil zum Energieerzeuger zurückgeleitet.

Bei voll geöffnetem Regelventil kann man zwei grundsätzliche Fälle unterscheiden:


1) Primärtemperatur > Sekundärvorlauftemperatur tP > tV
In diesem Fall besteht immer ein Volumenstrom über dem Bypass vom Rücklauf zum Punkt A. Durch die Beimischfunktion wird die Vorlauftemperatur tV immer niedriger als die Primärtemperatur tP sein. Um die richtigen Wassermengen und damit das richtige Temperaturniveau für den Sekundärkreis zu erzielen, ist es wichtig, Primär- und Sekundärwassermengen mit den Einregulierungsventilen STADP und STADS aufeinander abzustimmen. 

Bei Fußbodenheizungen darf das Rückschlagventil im Bypass nicht verwendet werden.


2) Vorlauftemperatur vom Energieerzeuger  = Vorlauftemperatur des Verbraucherkreises tP = tV
​In diesem Fall muss die Primärwassermenge V · P der Sekundärwassermenge V · s entsprechen.
Nur in diesem Fall ist es möglich, mit gleichen Temperaturen auf der Primär- und Sekundärseite zu arbeiten. Es darf über die Bypassstrecke kein Wasser fließen. 
Würde ein Volumenstrom vom Rücklauf in Richtung Punkt A fließen, ergäbe sich eine Reduzierung der Sekundärvorlauftemperatur tV und die Leistung des Kreises könnte nicht erreicht werden.

Viele Anwender regulieren deshalb die Primärwassermenge etwas höher als die Sekundärwassermenge ein. In diesem Fall würde sich ein Durchfluss im Bypass vom Punkt A
in den Rücklauf ergeben. Diese Rücklauftemperaturanhebung ist bei Brennwertgeräten und Fernwärmebetrieb nicht gewünscht. Aus diesem Grund und aus Sicherheitsgründen wird ein Rückschlagventil im Bypass verwendet. 

Dieses Rückschlagventil im Bypass hat zusätzlich eine weitere Funktion. Sollte die Sekundärpumpe ausfallen, kann durch den Differenzdruck Δp ein Notbetrieb für den Verbraucherkreis aufrechterhalten werden, da das Rückschlagventil einen Volumenstrom von A Richtung Rücklauf verhindert. Ist das
Rückschlagventil nicht vorhanden, würde sich hier ein Kurzschluss ergeben und der Notbetrieb für den Verbraucher wäre nicht erreichbar.

Da bei diesem System ein Regelventil, dessen Kvs-Wert theoretisch der gewünschten Wassermenge V · P bzw. dem Differenzdruck ΔH entspricht, in den wenigsten Fällen gefunden werden kann, wird im Regelfall ein Ventil gewählt, dessen Kvs-Wert größer ist. Ist dieses Ventil voll geöffnet, kann bei vorgegebenem Δp ein höherer Volumenstrom primär fließen, als gewünscht ist. Dies ist in den meisten Fällen bei einem einzelnen Heizkreis nicht problematisch, da der Regler im Sekundärkreis die erhöhte Temperatur misst und durch Schließen des Regelventils eingreift. Sind jedoch mehrere parallele Regelkreise vorhanden, kann sich das Problem umkehren. Ist das Regelventil voll geöffnet und erhält einen zu großen Volumenstrom, werden andere Verbraucher einen zu geringen Volumenstrom bekommen. In diesem Fall sind sie nicht mehr in der Lage, die geforderte Temperatur im Regelkreis zu erbringen, und die Probleme in der Anlage nehmen zu. Das Ventil STADP kann dieses Problem zuverlässig verhindern. Zusätzlich kann es auch die Regelfähigkeit des Durchgangsventils verbessern.


Dimensionierung Regelventil
Formel S. 31.JPG

Der erforderliche Kvs-Wert wird am TBV-CM direkt eingestellt.
Ergebnis: TBV-CM, DN25
Voreinstellung: 5
Formel S. 31_2.JPG

Einregulierung:
  • Schließen des Regelventils
  • Einregulieren der Sekundärwassermenge qS mit dem Ventil STADS
  • Öffnen des Regelventils
Einspritzschaltung Durchgangsventil.JPGEinspritzschaltung mit TBV-CM.JPG
Abb. 48: ​Einspritzschaltung mit Durchgangsventil​Abb. 49: Einspritzschaltung mit einstellbarem TBV-CM Regelventil.



Einspritzschaltung mit Dreiwegeventil


  • Differenzdruck am Verteiler erforderlich
  • Wassermenge primär konstant
  • Wassermenge sekundär konstant
  • Temperatur beim Verbraucher variabel

​Anwendung:
Heizkörpersysteme, Fußbodenheizung,
Luftheizregister, Vorheizregister Niedertemperaturheizung
​Vorteile:
Bei Vorheizregistern wird bei der Montage am Heizregister die Totzeit in den Rohrleitungen vermieden, da permanent heißes Wasser am Regelventil zur Verfügung steht. Autorität fast 1, da praktisch kein Widerstand in der mengenvariablen Strecke vorhanden ist. Unterschiedliche Temperaturen für primär
und sekundär möglich, z. B. primär 90 °C und sekundär 50 °C Niedertemperaturheizung. Konstante Wassermenge primärseitig, daher keine drehzahlgeregelten Pumpen notwendig.
​Nachteile:
Permanente Rücklaufanhebung, daher nicht für Fernwärme und Anlagen mit Brennwertkessel geeignet. Leistung der Primärpumpe bleibt gleich.

Funktion
Diese Schaltung stellt eine Abwandlung der Einspritzschaltung mit Durchgangsventil dar. Die grundsätzlichen Aussagen gelten wie im vorigen Beispiel mit Durchgangsventil erwähnt, jedoch ist die Wassermenge im Primärkreis konstant. Dadurch steht immer heißes Wasser am Regelventil zur Verfügung, und es kann im Falle eines Vorheizregisters sehr schnell bei Frostgefahr an das Lüftungsregister abgegeben werden.

Da der Widerstand der mengenvariablen Strecken des Dreiwegventils praktisch 0 ist, 
ist die Autorität des Ventils annähernd 1.

Da auch hier die gleiche Problematik wie bei der Einspritzschaltung mit Durchgangsventil gegeben ist, entsteht auch ein Mischpunkt im Punkt A. Damit die Wassermengenverteilung zwischen Primär- und Sekundärkreis korrekt ist, müssen die Wassermengen mit den Ventilen STAP und STADS aufeinander abgestimmt werden. Die Abstimmung der einzelnen Regelkreise untereinander (Über- und Unterversorgung) kann ebenfalls mit dem Ventil STADP ­zufriedenstellend erfolgen.

Bei Fußbodenheizungen darf das Rück­schlagventil im Bypass nicht verwendet werden.


Dimensionierung Regelventil
∆pV > 3 kPa
Formel S. 33_1.JPG


gsbeispiel
Formel S. 33_2.JPG

reihe
Kvs 16 oder
25
Bei Kvs = 25 ist:
∆pV < 3 kPa, daher Kvs = 16 wählen.

Formel S. 33_3.JPG

Die Differenz ∆H - ∆pV = 40 kPa - 5,85 = 34,15 kPa, muss im STAD-P abgebaut werden.

Formel S. 33_4.JPG

Bei einem STAD 11/2” ergibt dies Handradposition 2,11.

Einregulierung:
  • Schließen von Ausgang A-AB am Regelventil und Inbetriebnahme der Pumpen P1 und P2.
  • Einregulieren der Sekundärwassermenge qS mit dem Ventil STADS.
  • Öffnen von Ausgang A-AB am Regelventil.
  • Einregulieren von STADP auf die ­gewünschte Durchflussmenge.
Einspritzschaltung Dreiwegeventil.JPG

Abb. 50: Einspritzschaltung Dreiwegeventil​


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