Durch ein adäquates Wärmemanagement kann die Energieeffizienz und Nachhaltigkeit von Anlagen Gewähr leistet werden.

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Energieeffizienz und Nachhaltigkeit durch einfache Hydraulik in Heizungs- oder Kälteanlagen Mit Strahlpumpe die Wärmeleistung regeln

15.09.2021

Die Temperierung von Gebäuden durch Heizung oder Kühlung erfolgt oft mit einem wassergefüllten Rohrleitungssystem. Das Wasser als Energieträger wird von entsprechenden Erzeugeranlagen wie zum Beispiel Heizungskessel, BHKW oder Fernwärmeanlagen mit einer bestimmten Temperatur zu den Verbrauchern gebracht. So wie die Wärmebrücken in der Gebäudehülle an Beachtung gewonnen haben, wird auch verstärkt Augenmerk auf die optimale Hydraulik gelegt, um eine effiziente Anlagentechnik zu garantieren.

Die Aufgabe der optimalen Verteilung des Wassers wird seit Jahrzehnten unter dem Begriff „Hydraulischer Abgleich“ zusammengefasst. Es gibt viele Wege den hydraulischen Abgleich umzusetzen; einer ist besonders einfach: Der Ausgangspunkt ist ein differenzdruckbehaftetes Rohrleitungssystem, denn nur so bewegt sich das Wasser zum Heizen oder Kühlen vom Erzeuger zum Verbraucher. Die optimale Nutzung genau dieses, durch eine elektrische Netzpumpe erzeugten Differenzdrucks spart Pumpenenergie für sonst notwendige weitere Umwälzpumpen in den Heiz- und Lüftungskreisen.

Der Differenzdruck in einer Anlage kann optimal mit entsprechend konstruierten Regelventilen, den Wasserstrahlpumpen, kurz Strahlpumpen, genutzt werden. Diese tausendfach eingesetzte Technik funktioniert zuverlässig und störungsfrei. Ihre Integration in eine Heizungsanlage ist problemlos möglich. Anlagen mit mehreren Regelkreisen, wie im Beispiel mit einem Abgang für diverse Lüftungsanlagen (RLT) und zwei Heizkreisen, lassen sich somit besonders wirtschaftlich errichten und betreiben. Entsprechend der Anzahl der Regelkreise für Heizung und Lüftung entfallen bei der hydrodynamischen Strahlpumpen-Variante jeweils die Umwälzpumpen mit Zubehör inklusive der Rückschlagklappen und eventueller Differenzdruckregler, das Regelventil ist hierbei die Strahlpumpe. Auch die gegenseitige Beeinflussung von mehreren Umwälzpumpen, wie es in der elektrodynamischen Variante gegeben ist, kann nicht auftreten, denn es ist nur eine Hauptpumpe notwendig.

Wie erfolgt die Teillastregelung der Heizkreise?

Die erforderliche Wärmeleistung Q kann über die variablen Größen Massenstrom und Temperaturdifferenz geregelt werden. Dieses Verhältnis gilt es zu optimieren, eine große Temperaturdifferenz mit geringerer Rücklauftemperatur ist oft von Nutzen. Volllast wird bekannterweise nur an wenigen Zeitpunkten eines Jahres benötigt. In der meisten Zeit der Nutzung wird sich ein Teillastbetrieb einstellen.

Im Falle einer Temperatur-Regelung durch Rücklaufbeimischung mit Regelventil und drehzahlgeregelter Umwälzpumpe mit konstantem Differenzdruck ergibt sich ein erheblicher Differenzdrucküberschuss. Das ist der Grund für den häufigen Einsatz von Differenzdruckreglern in herkömmlichen Anlagen mit drehzahlgeregelten Umwälzpumpen. Die Temperaturregelung wird ausschließlich über das Regelventil und die Wassermenge über die Umwälzpumpe geregelt, also zwei voneinander unabhängige Regelungen, was für die Wärmeversorgung ungünstig ist. Eine proportionale Druckregelung der drehzahlgeregelten Umwälzpumpe würde sich der realen Kennlinie etwas annähern, ohne diese zu erreichen.

Im Gegensatz zu einer Heizung mit Umwälzpumpen arbeitet die temperaturgeführte Strahlpumpenregelung auf der Anlagenkennlinie, damit sind keine zusätzlichen Differenzdruckregler in den Heizsträngen notwendig. Auch kostenintensive Thermostatventile mit zusätzlicher Druckreduzierung sind nicht von Vorteil. Der Anlagenaufbau ist hydraulisch einfach und damit auch der korrekte Betrieb in allen Lastbereichen. Die Anlage ist nur einmal unter Volllastbedingungen abzugleichen. Die Anpassung der Wassermenge im Teillastbetrieb erfolgt über die Regelung der Strahlpumpe, also über die Hubverstellung und damit die Veränderung des Treibstroms. Es treten keine Geräusche an Thermostatventilen auf. Dere Arbeitsbereich der Strahlpumpe ist durch eine Hubvergrößerung generierbar.

Ein bei Volllast einmal eingestelltes System hat ein stabiles hydraulisch abgeglichenes Verhalten in allen Lastbereichen. Allein die eingestellte Sollwertkurve im Regler garantiert in jedem Lastpunkt die notwendige Wassermenge gemäß der Anlagenkennlinie. Durch die Reduzierung der Wassermenge im Teillastbetrieb erhöht sich die Temperaturspreizung. Das bedeutet auch für die Hauptpumpe eine Verringerung der im Gesamtsystem umzuwälzenden Wassermenge und damit eine Reduzierung der Energiekosten. Die Absenkung der Rücklauftemperatur im Teillastbetrieb der Anlage verbessert die Effizienz der Energieerzeugeranlage. Mit den Einsparungen durch den Wegfall der Umwälzpumpen je Regelkreis ergibt diese technische Variante mit geregelten Wasserstrahlpumpen ein kostengünstiges und nachhaltiges Gesamtsystem. Die geregelte Strahlpumpe ist komplett mit Regler verfügbar, damit sind nur die Temperaturfühler und die Einspeisung und eventuell ein Bus-Kabel anzuklemmen. Der Verdrahtungsaufwand wird minimiert.

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