Immer im hydraulischen Optimum

Vorteile für den Planer

Allein der automatische hydraulische Abgleich war für Dipl.-Ing. (BA) Hendrik Seidel, Planer für Versorgungstechnik bei der Goldbeck Ost GmbH (Abteilung Gebäudetechnik) in Treuen ausschlaggebend, das System in einem Schulneubau im schleswig-holsteinischen Halstenbek vorzusehen: „Was mich als Planer begeistert, ist die Sicherheit, meinem Auftraggeber eine garantiert hydraulisch abgeglichene Anlage übergeben zu können und das zu jedem Zeitpunkt im Jahr.“ Zudem ist der automatische hydraulische Abgleich durch das dezentrale Pumpensystem eine deutliche Zeitersparnis und erleichtert Inbetriebnahme und Wartung der Anlage erheblich. Hendrik Seidel erläutert: „Der Planer gibt über die Vorgabe des Volumenstromes und der Druckverluste jeder Pumpe eine Drehzahl vor. So erfolgt eine erste hydraulische Einregulierung. Das System sorgt anschließend für einen permanenten hydraulischen Abgleich. Dies ist derzeit mit keiner anderen Lösung auf dem Markt möglich.“ Das er von der Lösung überzeugt ist, erläutert er im Interview auf Seite 71.

Bei Planung und Ausführung bewährt

„Wilo-Geniax“ ist für den Planer nicht nur im Neubau, sondern auch in der energetischen Sanierung von Bestandsgebäuden eine interessante Lösung. Ein Beispiel ist das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung [1]. Bei einem 1899 errichteten Bürogebäude sollten zugleich die Fördervoraussetzungen im Rahmen des Konjunkturpaketes I erfüllt werden. Fachplaner Dipl.-Ing. Markus Pankow entwickelte ein Heizkonzept unter Einbeziehung von „Wilo-Geniax“, das das Gebäude ohne Eingriff in die Gebäudesubstanz energetisch optimiert. „Um die energetischen Vorgaben durch das Konjunkturpaket I zu erreichen, war es notwendig, die Systemtemperaturen der gesamten Heizungsanlage möglichst weit zu senken – und dies ohne Behaglichkeitsverluste für die Mitarbeiter“, umreißt Markus Pankow die Aufgabenstellung. „Dies konnte nur über eine optimierte und bedarfsgerechte Versorgung der Heizkörper gelingen“, ergänzt der Fachplaner aus Berlin.

Bedarfsgeführte Vorlauftemperatur

Das dezentrale Pumpensystem berücksichtigt, dass vielfach aufgrund von solaren Gewinnen und inneren Lasten (Wärmeabgabe z. B. durch Personen, Geräte, Beleuchtung) eine niedrigere Vorlauftemperatur zur Deckung der Heizlast ausreicht. Dann steuert das „Geniax“-System über eine 0 bis 10 V-Schnittstelle automatisch den Wärmeerzeuger. Hierdurch sinkt der Heizenergiebedarf im Vergleich zu einem herkömmlichen Heizsystem deutlich. Dieses Vorgehen ist sowohl bei einem eigenen Heizkessel als auch bei Fernwärmeversorgung möglich. Auf diese Weise werden auch Wärmeverluste in Wärmeerzeuger und Rohrnetz reduziert. Gerade dieser Aspekt spielte beim Potsdam Institut eine ausschlaggebende Rolle. Denn ohne effiziente Dämmung der Gebäudehülle entstehen in Rohrleitungen Wärmeverluste, die umso größer sind, je höher der Temperaturunterschied zwischen Heizwasser und Umgebungsluft ist.

Planungsvoraussetzungen

Ein „Wilo-Geniax“-System mit einem optimalen Zusammenspiel aller Komponenten ist das Ergebnis einer integralen Planung, die das System als Ganzes umfasst. Der erste Teil umfasst die Hydraulik, anschließend wird die Elektrotechnik geplant. Ausgangspunkte sind neben den Gebäudeeigenschaften und seinem spezifischen Wärmebedarf vor allem das Wärmeübergabesystem – Flächenheizung oder Heizkörper – und der gewünschte Bedienkomfort. Weitere Faktoren sind Art und Ansteuerbarkeit des Wärmeerzeugers sowie Größe und Komplexität des Wärmeverteilnetzes.

Planung Heizungstechnik

Die hydraulische Planung neuer Heizungsanlagen mit dezentralen Pumpen ist bis zur Heizflächenberechnung mit dem konventionellen System vergleichbar und ändert sich nur im letzten Auslegungsschritt. Es ergeben sich im Sekundärkreis keine Unterschiede bei der Rohrnetzberechnung. Bei Bestandsanlagen sind im Vorfeld einige Rahmenbedingungen abzuklären bzw. Voraussetzungen zu schaffen:

Unterschiede in der Hydraulik

An einigen Stellen unterscheidet sich die Hydraulik von herkömmlichen Heizungssystemen. Abweichungen gibt es sowohl bei der Anbindung des Wärme­erzeugers an das Rohrnetz als auch in der Wärmeverteilung und -übergabe. Hierzu zählen

Ziel der hydraulischen Planung ist die Erstellung eines Rohrnetzplans mit dazugehörigen Volumenströmen, die auf die Förderhöhen der dezentralen Pumpen abgestimmt sind. Zudem schafft die heizungstechnische Planung durch Vorgabe von Anzahl und Position der dezentralen Pumpen und der Raumbediengeräte im Gebäude-
plan die Basis für die Planung der Elektrotechnik und des „Geniax“-Bus.

Die Planung der Heizungstechnik gliedert sich in die Bereiche Wärmeübergabe, Wärmeerzeugung und Wärmeverteilung. Wärmeübergabe und Wärmeerzeugung können weitestgehend unabhängig voneinander geplant werden. Erst die Wärmeverteilung bildet die Schnittstelle, sie führt die beiden anderen Teilsysteme zu einem funktionierenden Gesamtsystem bzw. einem passenden Anlagenschaltbild zusammen.

Wärmeübergabe

Bei der Planung des Bereichs Wärmeübergabe gibt es zunächst keine Unterschiede zum konventionellen Vorgehen. Die Berechnung der Norm-Heizlast erfolgt nach DIN EN 12 831 und sollte auch in Bestandsgebäuden bezogen auf den aktuellen Dämmstandard durchgeführt werden. Sie ist die Grundlage für die Auslegung der Betriebspunkte der dezentralen Pumpen in den jeweiligen Räumen. Die Festlegung des Wärmeübergabesystems – Heizkörper oder Flächenheizungen – hat wesentliche Auswirkungen auf die Wahl der Systemtemperaturen in den Heizkreisen.

Wärmeerzeugung

Das dezentrale Pumpensystem „Wilo-Geniax“ ist für den Einsatz nahezu aller Wärmeerzeuger geeignet. Im Optimalfall verfügt der Wärmeerzeuger über eine 0 bis 10 V-Schnittstelle, über die der „Geniax“-Server die Vorlauftemperatur an den tatsächlichen Bedarf in der Anlage anpasst. Ist diese variable Steuerung nicht möglich, kann er zumindest über einen digitalen Ausgang am „Geniax“-Server ausgeschaltet werden, so lange kein Wärmebedarf besteht. Wenn kein direkter Einfluss auf den Wärmeerzeuger erfolgen soll oder kann – beispielsweise bei Verwendung eines Pufferspeichers in Verbindung mit Wärmepumpen oder solarer Heizungsunterstützung – kann der „Geniax“-Server die Vorlauftemperaturoptimierung der Heizkreise durch 3-Wege-Mischer oder Primärmassenregelventile übernehmen. Das dezentrale Pumpensystem ermöglicht dabei sogar eine deutliche Steigerung der Jahresarbeitszahl von Wärmepumpen durch Anmeldung der optimalen Vorlauftemperatur über die 0 bis 10 V-Schnittstelle.

Bei der hydraulischen Anbindung kommt es darauf an, ob der Wärmeerzeuger eine notwendige Mindestumlaufmenge aufweist bzw. über eine integrierte Umwälzpumpe verfügt. Im Primärkreis wird bei größeren Anlagen eventuell die Unterstützung einer Zubringerpumpe benötigt. Bei bodenstehenden Kesseln ist zudem der Kesselwiderstand zu berücksichtigen – ebenso wie bei klassischen Heizungsanlagen mit zentraler Pumpe. Wenn den dezentralen Pumpen eine andere Pumpe vorgelagert ist, muss zudem eine hydraulische Weiche vorgesehen werden. Dies ist beispielsweise bei Wandgeräten mit integrierter Pumpe oder in großen Gebäuden der Fall, in denen zur Deckung des Druckbedarfs der gesamten Anlage eine Zubringerpumpe eingesetzt wird.

Wärmeverteilung

Für die Planung der Wärmeverteilung stellt Wilo dem Planer verschiedene Hydraulikschemata bereit, die auf die meisten Anwendungsfälle zugeschnitten sind. Sie sind Bestandteil des „Geniax“-Planungshandbuchs, das im Expertenbereich unter [Link auf http://www.geniax.de] heruntergeladen werden kann.

Eine einzelne „Geniax“-Pum­pe hat eine ausreichende Förderhöhe für Heizflächen mit einem Auslegungsvolumenstrom bis 0,1 m³/h. Im einfachsten Fall wird die Wärmeverteilung allein durch die dezentralen „Geniax“-Pum­pen übernommen. Dies ist möglich, wenn die insgesamt benötigten Förderhöhen in allen Strängen im Kennlinienbereich der dezentralen Pumpen liegen und der Wärmeerzeuger keine bauseits sicherzustellende Mindestumlaufwassermenge benötigt bzw. über keine eigene Pumpe verfügt. Sobald die Druckverluste der einzelnen Heizkörperstränge bekannt sind, ist zu prüfen, ob die Förderhöhe der dezentralen Heizungspumpen in jedem Anlagenteil ausreicht. Ist dies nicht der Fall, so kann durch Vergrößerung von Rohrleitungsquerschnitten, Aufteilung von Heizkreisen oder durch Einplanen eines Zubringerkreises eine Lösung gefunden werden.

Optimierung der Systemtemperaturen

Die Vorlauftemperaturregelung erfolgt durch den „Geniax“-Server abhängig von der Außentemperatur und dem durch Raumbediengeräte oder Raumtemperatursensoren gemeldeten Wärmebedarf der einzelnen Räume. Durch Abweichen von der Heizkennlinie ist dabei eine Optimierung hinsichtlich Energieeffizienz und Komfort möglich. Wo innerhalb der Wärmeverteilung verschiedene Vorlauftemperaturen genutzt werden sollen – beispielsweise bei Kombination von Radiatoren und Fußbodenheizung – erfolgt eine Aufteilung in mehrere Heizkreise. Der „Geniax“-Server kann die Heizkreistemperaturen von zwei Heizkreisen über Regelventile oder 3-Wege-Mischer individuell steuern.

Planung von Elektrotechnik und Busleitung

Steht die hydraulische Planung fest, beginnt die Planung des „Wilo-Geniax“-Bus. Er verbindet den Server mit den Pumpenelektroniken und den Raumbediengeräten bzw. Temperatursensoren. Voraussetzung sind maßstabsgetreue Gebäudepläne.

Denn die genauen Leitungslängen werden für die Sicherstellung einer ausreichenden Stromversorgung benötigt. Aus der hydraulischen Planung stehen die Montageorte der Pumpen und deren Elektroniken fest. Der Abstand zwischen Pumpe und zugehöriger Elektronik beträgt maximal 1,5 m. Der Installationsort der Raumbediengeräte wird durch die Raumaufteilung bestimmt und erfolgt in der Regel an den Innenwänden. Der Schaltschrank für „Geniax“-Server und Netzteil wird üblicherweise in der Umgebung des Wärmeerzeugers platziert.

Vom Server aus werden die einzelnen Linien des „Geniax“-Bus geplant. Bei Verzweigungen sind Buskoppler mit Netzteil vorzusehen. Das Gleiche gilt für größere Leitungslängen, um eine ausreichende Stromversorgung zu gewährleisten. Zum Abschluss der Elektroplanung wird ein Topologieplan mit allen Busteilnehmern und Leitungswegen erstellt.

Installation und Projektierung (Konfiguration)

Der Einbau von „Wilo-Geniax“ erfolgt durch das ausführende Unternehmen. Der Einbau gliedert sich in eine Roh- und eine Fertiginstallationsphase. Wichtig ist, dass die dezentralen Heizungspumpen immer im Rücklauf installiert werden. Zusätzlich müssen Rückflussverhinderer im Vorlauf vorgesehen werden. Diese sind bei den H-Blöcken des „Geniax“-Systems bereits integriert. In der Rohinstallationsphase werden zunächst nur Pumpenadapter montiert, die Pumpen aber noch nicht eingesetzt. Das hat den Vorteil, dass alle hydraulischen Komponenten in einem Arbeitsgang installiert werden können. Im Bereich der Elektroinstallation zählt zur Rohinstallation das Setzen der Unterputzdosen für Raumbediengeräte und Pumpenelektroniken, die Positionierung des „Geniax“-Servers im Schaltschrank und ein Teil der Verkabelung mit den „Geniax“-Buskabeln. Erst nachdem die gesamte hydraulische Anlage befüllt und gespült ist, wird die Fertiginstallation vorgenommen. Dabei werden die „Geniax“-Pumpen in die Adapter eingebaut und mittels Bajonettverschluss arretiert. Danach setzt der Installateur die Pumpenelektroniken in die Unterputzdosen ein und schließt zuletzt alle Pumpen an die dazugehörigen Elektroniken und den „Geniax“-Bus an. Auch die Raumbediengeräte werden in dieser letzten Installationsphase montiert.

Die gebäudespezifische Kon­fi­guration des „Geniax“-Systems erfolgt über eine von Wilo be­reitgestellt Software. Hier werden alle hydraulischen und elektronischen Komponenten einschließlich der Volumenströme sowie das Regelungskon­zept erfasst. Ergebnis ist eine Konfigurationsdatei für den „Geniax“-Server, die auf einer SD-Karte gespeichert wird. Nach Ab­schluss der hydraulischen und elektrischen Installation wird diese zur Inbetriebnahme in den Server eingesteckt. Anschließend wird die Konfiguration automatisch in den Server geladen.

Literatur: