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In Zweckgebäuden mit vielen Räumen ermöglicht der Hydraulische Abgleich hohe Energieeinsparungen und ist eine notwenige Voraussetzung für einen optimierten Betrieb von Wärme- und Kälteerzeugern.
Bei ausgedehnten Heiz- und Kühlsystemen ist ein dynamischer Hydraulischer Abgleich die einzige Abgleichoption, ein statischer Abgleich kann die permanent vorkommenden Teillastfälle nicht hinreichend genau abdecken.
Ein dynamischer Hydraulischer Abgleich wird mit automatischen Strangdifferenzdruckregler oder druckunabhängigen Regelventilen an den Verbrauchereinheiten erreicht. Mit speziellen Stellantrieben auf den druckunabhängigen Regelventilen lassen sich zusätzliche Funktionen und eine tiefe Integration in die Gebäudeleittechnik realisieren.
Mit steigenden Energiekosten und verschärften Klimaschutzvorschriften gewinnt die Effizienzoptimierung von Heiz- und Kühlsystemen immer mehr an Bedeutung. Das gilt auch in Zweckbauten, wie Hotels oder Bürokomplexen, bei denen künftig womöglich nicht nur die Wirtschaftlichkeit, sondern auch die Betriebsgenehmigung von der Energieeffizienz abhängt. Insbesondere Betreiber von Altanlagen dürften hier unter Sanierungsdruck geraten. Das von der Bundesregierung vorgelegte Gebäudeenergiegesetz gibt lediglich einen Vorgeschmack; mit weiteren Gesetzesverschärfungen ist angesichts der intensiven Klimadebatte und der im Raum stehenden Verschärfung der EU-Klimaziele für 2030 schon bald zu rechnen.
Dynamischer Hydraulischer Abgleich als Lösungsansatz im Zweckbau
Tatsächlich ist der politische Ansatz, durch gezielten Druck und Förderprogramme Sanierungen anzustoßen, alles andere als unbegründet. Denn nachweislich bieten nur wenige technische Gewerke so viel Energie- und CO2-Einsparpotenzial wie bestehende Heiz- und Kühlanlagen.
Den kürzesten Weg zu nachhaltigen Verbesserungen eröffnet dabei nach Einschätzung von Experten der Hydraulische Abgleich. Er ermöglicht Studien, Berechnungen und Erfahrungen zufolge Energieeinsparungen von durchschnittlich 10 bis 15 % und schafft zudem die Voraussetzungen für weitere Verbesserungsmaßnahmen, etwa die optimale Einstellung von Umwälzpumpen in einer Anlage.
Was diese Aussagen im Bereich Zweckbau bedeuten, unterstreicht eine aktuelle Studie des Instituts für Technische Gebäudeausrüstung Dresden (ITG), die den Abgleich kombinierter Heiz- und Kühlsysteme im Hotelsektor untersucht. Am Beispiel von HLK-Systemen mit Gas-Brennwertheizkessel, Kompressionskältemaschine und Gebläsekonvektoren wird hier gezeigt, dass sich durch den Hydraulischen Abgleich der Regelventile an den Konvektoren jährlich 18 kWh/(m2 ∙ a) (Heizung) bzw. 1,8 kWh/(m2 ∙ a) (Kühlung) einsparen lassen.
Ein Hotel mit 1600 m2 Nettogrundfläche senkt seine Energiekosten dadurch um 2750 Euro/a, ein größeres Hotel mit 4600 m2 Nettogrundfläche spart fast 8000 Euro/a. Bei steigenden Energiepreisen steigen auch die Einsparungen.
Maßgebliche Bezugsgröße ist dabei der dynamische Hydraulische Abgleich, der im Gegensatz zur technisch einfachsten Abgleichvariante – dem statischen Abgleich – auch den Teillastfall berücksichtigt. Der dynamische Abgleich stellt bei großdimensionierten Heiz- und Kühlsystemen, wie sie sich in Zweckbauten finden, jedoch ohnehin die einzig realistische Abgleichoption dar, da ein statischer Abgleich bei Systemen dieser Größe im Bestand kaum vernünftig durchzuführen ist bzw. nur einen Lastfall abdeckt, der praktisch nie vorkommt.
Doch was genau bedeutet dynamischer Hydraulischer Abgleich und mit welchen Mitteln ist er effektiv zu realisieren? Generell soll der hydraulische Abgleich gewährleisten, dass zur richtigen Zeit am richtigen Ort die richtige Warm- oder Kaltwassermenge zur Verfügung steht. Es geht also um eine energetisch optimale Nutzung des Heiz- bzw. Kühlwassers. Zu diesem Zweck sollen die Massenströme des Heiz- oder Kühlsystems mithilfe voreinstellbarer Ventile so reguliert werden, dass in jedem Heiz- oder Kühlkreis und an jedem Heizkörper oder Klima-Wärmeübertrager nur so viel Warm- bzw. Kaltwasser bereitsteht, wie zur Realisierung der gewünschten Raumtemperatur benötigt wird.
Beim dynamischen Hydraulischen Abgleich wird dieses Ziel durch den Einsatz von automatischen Strangdifferenzdruckreglern oder druckunabhängigen Regelventilen direkt an der Verbrauchereinheit angestrebt. Anders als die druckabhängigen Regler, die beim statischen Abgleich eingesetzt werden, halten die druckunabhängigen Komponenten den Druck bei sämtlichen Lastbedingungen an jedem Verbraucher konstant. Dadurch ist sichergestellt, dass die Massenströme im System auch bei Teillastbedingungen korrekt abgeglichen sind. Dies gilt sowohl für Zwei-Rohr-Systeme, bei denen Warm- und Kaltwasser abwechselnd dieselbe Rohrleitung nutzt, als auch für Vier-Rohr-Systeme, bei denen über parallel geführte Rohrleitungen entweder die Heiz- oder die Kühlleistung übertragen wird.
Bild: Danfoss
Unverzichtbar: Präzise Berechnung und Smart-Building-kompatible Regler
Schlüssel zur korrekten Umsetzung des dynamischen Abgleichs ist zunächst eine sorgfältige Berechnung der Massenströme. Diese muss unter Berücksichtigung der raumweisen Heiz- bzw. Kühllast durchgeführt werden und Einflüsse durch Faktoren, wie Nord- oder Südlage, Fenster oder nichtklimatisierte Räume, einbeziehen.
Unterstützung bieten dem Fachmann dabei marktgängige Softwarelösungen, ebenso die Software DanBasic 6 von Danfoss, die auch für Zweckbauten eine umfassende und zuverlässige Rohrnetzberechnung und die Berechnung der Systemeinstellungen ermöglicht. Im Datenbestand von DanBasic 6 sind alle dazu erforderlichen Komponenten bereits berücksichtigt; sie können so samt aller Parameter per Mausklick in das Berechnungsmodell einbezogen werden.
Auch die beste Berechnung nutzt indessen nicht viel, wenn eine Heiz- oder Kühlanlage systembedingt keine präzise Umsetzung der Vorgaben ermöglicht, weil ihre Komponenten nicht die nötige Regelgenauigkeit aufweisen oder nicht in Smart-Building-Lösungen integriert werden können. Smart-Building-Lösungen sind im Zweckbau heute unverzichtbar, da die Energieeffizienz eines Gebäudes dieser Größe nur durch umfassende Harmonisierung aller haustechnischen Gewerke optimiert werden kann.
Auch und gerade die Heiz- und Klimatechnik lässt sich nicht isoliert betrachten, sondern muss mit Trinkwasserversorgung und Lüftungstechnik sowie anderen wärmerelevanten Gewerken wie Sonnenschutzvorrichtungen abgestimmt werden. Mit Blick auf den dynamischen Hydraulischen Abgleich sind somit digitale Systemkomponenten gefordert, die bei hoher Regelungsgenauigkeit die Einbindung der Heizung und Kühlung in eine Gebäudetechnik 4.0 unterstützen.
Die Digitalisierung sollte dabei auch die Feldebene der Ventile und Stellantriebe einschließen, die den Massenstrom lastgerecht hydraulisch abgleichen. Diese Komponenten müssen in der Lage sein, über standardisierte Protokolle wie BACnet mit den übergeordneten Management- und Automationsebenen zu kommunizieren. Zudem sollten sie über Aktoren und Sensoren Steuerungsbefehle umsetzen bzw. Informationen zu aktuellen Systemzuständen liefern können.
Neue Danfoss-Lösungen verbinden Präzision mit Gebäudetechnik 4.0
Im Bereich der Heiz- und Kältetechnik für Zweckbauten werden diese Voraussetzungen beispielhaft von Regelventilen und Stellantrieben des Typs Danfoss AB-QM und Danfoss NovoCon erfüllt (2) (3). Gemeinsam eingesetzt, ermöglichen beide Komponentenlösungen eine präzise Realisierung des dynamischen Hydraulischen Abgleichs.
Die Ventile der neuen Generation AB-QM 4.0 sind hochgradig ablagerungs- und verschmutzungsresistent und konnten in Tests eine überdurchschnittliche Langzeitstabilität unter Beweis stellen. Sie sind in Nennweiten von DN 10 bis DN 250 erhältlich und ermöglichen Durchflusseinstellungen zwischen 10 und 100 %. Auch sind spezielle High- und Low-Flow-Varianten verfügbar. Bei Durchflussmengen von beispielsweise 1200 l/h bei DN 15HF können dann selbst mit kleinen Ventilabmessungen hohe Heiz- oder Kühlleistungen erreicht werden.
Der zugehörige multifunktionale NovoCon-Stellantrieb bietet eine hohe Positionsgenauigkeit und kann darüber hinaus auch als Durchflussanzeiger und zum Energiemanagement eingesetzt werden. Der digitale Antrieb kommuniziert über BACnet oder Modbus mit dem übergeordneten Gebäudemanagementsystem und unterstützt so einen Hydraulischen Abgleich, bei dem über die Kommunikation mit einem zentralen Gebäudemanagementsystem auch viele Zusatzparameter, wie aktuelle Gebäudeauslastung und Nutzerverhalten, Anwesenheit sowie Witterung und Sonneneinstrahlung einbezogen werden.
Fazit
Mit Smart-Building-kompatiblen Ventilen und Stellantrieben lässt sich in Zweckbauten ein dynamischer Hydraulischer Abgleich realisieren, der aufgrund der maximalen Digitalisierungstiefe eine optimale Wärme- und Kältenutzung ermöglicht. Die entsprechenden Danfoss-Abgleichlösungen sind aufgrund der Fähigkeit zur Verarbeitung standardisierter Kommunikationsprotokolle mit gängigen Gebäudemanagementsystemen kompatibel und unterstützen so bei Bedarf auch indirekt die energieeffizienzorientierte Abstimmung ganzer Gebäudegruppen oder Distrikte, etwa im Rahmen der Fernwärmenutzung auf Basis eines Mixes erneuerbarer Energien.
Bild: Danfoss
