Die Durchflussmenge stets präzise geregelt

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• Mit druckunabhängigen Einregulier- und Regelventilen können Einsparpotenziale in Heizungs- und Kühlsystemen mit vergleichsweise geringem Aufwand gehoben werden.
• Ihr besonderer Vorteil ist eine konstante, sehr hohe Ventilautorität für eine stabile und präzise Regelung bei allen üblichen hydraulischen Schaltungen inklusive 4-Leiter-Systemen sowie eine Durchflussbegrenzung für den Hydraulischen Abgleich.
• Zu beachten ist, dass Regelventile mit Kennlinien, die zur Regelaufgabe passen, gewählt werden. Zusätzliche Funktionen und eine Feinabstimmung ermöglichen spezielle digitale Stellantriebe.

In Heizungs- und Kühlsystemen schlummern oft ungeahnt große Einsparpotenziale. Beispielsweise lässt sich der Energieverbrauch einer Anlage allein durch eine präzise Temperaturregelung um bis zu 18 % reduzieren. Zudem sind Einsparungen von bis zu 40 % bei der Pumpenenergie sowie eine Halbierung der Energieverluste im Heizungsrücklauf möglich, wenn die Durchflussmengen exakt auf den jeweiligen Wärme- bzw. Kühlbedarf abgestimmt sind.

Eine daraus resultierende geringere Rücklauftemperatur sichert bei Brennwertheizkesseln den entsprechenden Effekt und erhöht die Effizienz von Wärmepumpen oder Kühlmaschinen. Gleichzeitig wirkt sich eine stetige und damit bedarfsorientierte Regelung der Wassermengen positiv auf den thermischen Nutzerkomfort aus.

Besondere Vorteile bieten in diesem Zusammenhang druckunabhängige Einregulier- und Regelventile Abb. 1. Die Armaturen eignen sich für nahezu alle hydraulischen Schaltungen – Mengenregelung, Drossel- und Einspritzschaltung – und können sowohl am Verbraucher selbst (Gebläsekonvektoren, Fan Coils oder Heiz- und Kühldecken) als auch zur Zonenregelung eingesetzt werden.

Sie verfügen im Gegensatz zu Standardventilen über einen integrierten Differenzdruckregler, der Schwankungen des anstehenden Differenzdrucks – egal ob vom System oder durch das Regelverhalten bedingt – automatisch ausgleicht und dadurch eine gleich bleibend hohe Ventilautorität für ein besonders präzises Regelverhalten sicherstellt. Vollständig geöffnete Ventile begrenzen zudem automatisch den Durchfluss auf den maximal eingestellten Wert und sorgen auf diese Weise zuverlässig für einen korrekten Hydraulischen Abgleich.

Planungssicherheit auch im Bestand

Der Einsatz druckunabhängiger Einregulier- und Regelventile ist deshalb mit einer hohen Planungssicherheit hinsichtlich des Anlagenbetriebs verbunden. Die Armaturen müssen lediglich an allen Verbrauchern oder Verbraucherkreisen eingebaut und entsprechend der berechneten Werte eingestellt werden.

Die Dimensionierung erfolgt über die Durchflussmenge, wobei das kleinstmögliche Ventil vorzuziehen ist. Aufgrund des integrierten Differenzdruckreglers bleibt die Autorität gleich bleibend annähernd 1, sodass nur der erforderliche Mindestdifferenzdruck des Ventils sowie der Differenzdruck des Verbrauchers überwunden werden müssen.

Da die Technologie Differenzdruckschwankungen im Rohrleitungsnetz automatisch kompensiert und zusätzliche Differenzdruckregler in den meisten Fällen nicht notwendig sind, eignen sich die Ventile zudem auch sehr gut für Bestandssysteme: Aufgrund ihrer Funktionsweise, der einfachen Dimensionierung und Inbetriebnahme stellen sie auch in Gebäuden mit schwierigen Rahmenbedingungen – etwa bei weitgehend unbekannter Systemstruktur und Leitungsführung oder einer nur eingeschränkten Nachrüstungsmöglichkeit für Differenzdruckregler – eine optimale Durchflussregelung sicher.

EQM-Kennlinie für hohe Anforderungen

Die Auswahl eines Ventils hängt wesentlich von den Regelanforderungen ab. Dabei ist generell zu beachten, dass die Wärmeabgabekennlinien von Heizungs- und Kühlsystemen (Verbrauchern) praktisch nie linear sind. In der Regel genügt ein Durchfluss von lediglich 20 %, um eine Leistungsabgabe von 50 % zu erreichen Abb. 2. Höhere Leistungen werden nur fallweise in Spitzenlastzeiten benötigt. Um dieses Verhalten der Verbraucher möglichst optimal zu kompensieren, müssen Regelventile eine entsprechende Kennlinie aufweisen.

Am besten geeignet für hohe Anforderungen an die Durchflussregelung – etwa beim Einsatz von Fan Coils in Hotels oder Büroräumen, bei denen die Wassermengen und -temperaturen aus Komfortgründen flexibel und zügig angepasst werden müssen – sind Ventile mit EQM-Charakteristik (gleichprozentig modifiziert) Abb. 3. Vorteil einer gleichprozentigen Ventilkennlinie ist, dass sie die nicht lineare Wärmeabgabe der Verbraucher gut ausgleicht. Dadurch wird eine sehr präzise Temperaturregelung unter sämtlichen Arbeitsbedingungen gewährleistet, auch wenn das System die meiste Zeit im Teillastbetrieb fährt.

Das druckunabhängige Einregulier- und Regelventil TA-Modulator von IMI Hydronic Engineering etwa liefert im Arbeitsbereich des Ventilkegels einen bis zu sechsmal größeren Hub im Vergleich zu linearen Ventilen bei gleichem Durchfluss. Dies stellt speziell im unteren Öffnungsbereich (bis 20 % der Durchflussmenge) eine sehr hohe Regelgenauigkeit nahezu bis auf den Nullwert sicher. Dadurch wird in der Nähe des Schließpunkts die Bewegungshäufigkeit des Stellantriebs reduziert, was dessen Lebensdauer deutlich verlängert.

Punktgenau mit stetigem Stellantrieb

Besonders exakte Regelergebnisse liefert die Kombination mit einem stetigen Stellantrieb, der zugleich optimal auf das Ventil abgestimmt sein sollte. Davon kann ausgegangen werden, wenn beispielsweise beide Komponenten von einem Hersteller stammen. So bleibt gewährleistet, dass die Ventile ihre volle Leistungsfähigkeit nutzen und punktgenau die benötigten Durchflussmengen liefern.

Eine Besonderheit bietet der digitale Stellantrieb TA-Slider Abb. 4, der sich mithilfe eines Smartphones via Bluetooth und extern anzuschließendem Dongle vollständig individuell konfigurieren lässt. Versionen für die Datenübertragung über gängige Bus-Protokolle sind ebenfalls erhältlich. Mehr als 200 Einstelloptionen ermöglichen die Anpassung von Ein- und Ausgangssignalen, Regelcharakteristik, Digitaleingängen, Relais sowie zahlreichen weiteren Parametern an spezielle Systemanforderungen. Danach kann die vollständige Konfiguration gespeichert und mit dem Dongle auf beliebig viele Stellmotoren übertragen werden. Damit lassen sich Einstellfehler wirksam vermeiden sowie die Inbetriebnahme wesentlich verkürzen und vereinfachen.

TA-Slider verfügt dabei über eine automatische Ventilhuberkennung und die Möglichkeit, den Hub auf einen frei wählbaren Wert zwischen 20 und 100 % zu begrenzen. Eine individuelle Hubbegrenzung über einen Durchfluss- oder K_V-Wert ist ebenfalls realisierbar. Des Weiteren gibt es einen Ventilblockierschutz, eine Ventilblockageerkennung sowie eine Sicherheitsstellung. Ein integrierter Speicher zeichnet zudem die letzten zehn Fehler auf, die sich mit Zeitangabe über den Dongle zur Protokollierung und Diagnose auslesen lassen. Der Zugriff auf sämtliche Parameter und Fehlerprotokolle erfolgt über eine App (iOS und Android).

Optimale Lösung für 4-Leiter-Systeme

In modernen Gebäuden mit hochwertiger Ausstattung werden immer häufiger 4-Leiter-Systeme verwendet, die im Change-over-Betrieb heizen und kühlen können. Hierbei kommen verstärkt kompakte 6-Wege-Ventile Abb. 5 zum Einsatz, die den Verbraucher – eine Kühl-/Heizdecke oder einen Fan Coil – je nach Bedarf mit der jeweils erforderlichen Durchflussmenge an Kalt- bzw. Warmwasser versorgen.

Da diese Armaturen die Aufgaben von bis zu vier Durchgangsventilen übernehmen und dabei gleichermaßen unterschiedliche Volumenströme für Kühlen und Heizen berücksichtigen, benötigen sie zur Gewährleistung eines hohen thermischen Komforts eine entsprechend auf den Verbraucher abgestimmte Durchflussregelung.

In Kombination mit einem druckunabhängigen Einregulier- und Regelventil mit EQM-Kennlinie (etwa TA-Modulator) sowie einem stetigen Stellventil (etwa TA-Slider 160 Plus) lassen sich die erforderlichen Maximaldurchflüsse für Heizen und Kühlen automatisch anpassen. Auf diese Weise werden die unterschiedlichen Wassermengen über lediglich einen Stellantrieb und das 6-Wege-Ventil genau passend zum Heiz- bzw. Kühlbedarf zur Verfügung gestellt.

Für die Anbindung an eine Gebäudeleittechnik ist dabei nur ein Datenschnittpunkt erforderlich. Gleichzeitig sorgt das Einregulier- und Regelventil am Verbraucher für den automatischen Hydraulischen Abgleich der beiden Massenströme für Kalt- und Warmwasser. Der im Ventil integrierte Differenzdruckregler gleicht auch hier Differenzdruckschwankungen im Rohrleitungsnetz zuverlässig aus, wodurch Strömungsgeräusche am 6-Wege-Ventil wirksam unterbunden werden.

Regeln mit linearer Charakteristik

Bei niedrigeren Anforderungen an die Regelungstechnik bieten sich hingegen druckunabhängige Einregulier- und Regelventile mit linearer Charakteristik (Durchfluss verändert sich linear mit dem Hub) an. Sie sind unter anderem für trägere Verbraucher, beispielsweise Flächenkühlsysteme geeignet, die generell mit einer geringen Temperaturspreizung gefahren werden.

Anstelle der stetigen Regelung führen hier auch weniger präzise Alternativen – wie etwa die On/Off- oder die Dreipunktregelung – zu guten Ergebnissen. Bei der Auswahl sollte allerdings mitberücksichtigt werden, dass sich pro K Raumtemperaturunterschied der Wärmeverlust um etwa 6 % (Heizfall) verändert. Deshalb ist der Einsatz einer Dreipunktregelung nicht nur in Bezug auf die Energieeffizienz, sondern trotz der etwas höheren Investitionskosten auf Dauer auch aus gesamtwirtschaftlicher Sicht sinnvoller.

Des Weiteren werden Ventile mit linearer Kennlinie häufig für Verbraucher verwendet, die bereits im unteren Regelbereich einen vergleichsweise hohen Durchfluss zur Deckung des Wärme- bzw. Kältebedarfs benötigen. Eine hochwertige und dennoch kompakte Lösung sind hier die druckunabhängigen Einregulier- und Regelventile TA-Compact-P.

Für Anwendungsfälle mit einem hohen, stetigen Regelbedarf sind Ventile mit linearer Charakteristik hingegen weniger gut geeignet. Sie tendieren bei geringen Heiz- und Kühllasten aufgrund des sehr kleinen Hubs zum On/Off-Betrieb und erschweren dadurch eine präzise Temperaturregelung erheblich.

Mess- und Diagnosemöglichkeiten

Unabhängig von der Kennliniencharakteristik bieten druckunabhängige Einregulier- und Regelventile auch umfassende Mess- und Diagnosemöglichkeiten. So sind hochwertige Armaturen bereits werkseitig mit selbstdichtenden Messnippeln zur Durchführung unterschiedlicher Messungen ausgestattet.

Die Ventile der Marke IMI TA ermöglichen zudem eine direkte Ermittlung der aktuellen Durchflussmenge, die beispielsweise zur Erstellung bzw. Vervollständigung einer normgerechten Dokumentation notwendig ist Abb. 6. Darüber hinaus lässt sich an dem hydraulisch ungünstigsten Ventil der Mindestdifferenzdruck kontrollieren und dadurch der optimale Betriebspunkt der Pumpe bestimmen.

Generell kann mithilfe exakter Durchfluss- und Differenzdruckmessungen die Funktionalität und Betriebsweise der Ventile einfach überprüft werden. Des Weiteren bieten die entsprechenden Messdaten eine zuverlässige Grundlage für eine zielgerichtete Fehlersuche und -analyse. Mit diesen Mess- und Diagnosemöglichkeiten tragen die Ventile in Kombination mit ihrer präzisen und stabilen Regelgenauigkeit insbesondere in weit verzweigten Systemen oder in unzureichend dokumentierten Bestandsinstallationen wesentlich zu einem sicheren und energieeffizienten Anlagenbetrieb bei.

ist Leiter Vertriebsinnendienst, Anwendungstechnik und Service bei der IMI Hydronic Engineering Deutschland GmbH,