Smarter hydraulischer Abgleich

Die aktuellen Klimaschutzbemühungen haben den hohen Energieverbrauch von Gebäuden wieder stärker in den Fokus der Debatte gerückt. Insbesondere von der Optimierung von Heiz- und Kälteanlagen versprechen sich Experten große Fortschritte in Sachen Energieeffizienz. Eine der wichtigsten Maßnahmen ist dabei der hydraulische Abgleich, der nach Studien, Berechnungen und Erfahrungen Energieeinsparungen von 10 bis 15 % ermöglicht. Ziel ist hier bekanntlich die optimale Nutzung des Heiz- bzw. Kühlwassers. In einem hydraulisch korrekt abgeglichenen Heizsystem steht stets zur richtigen Zeit am richtigen Ort die richtige Warmwassermenge zur Verfügung. Um dies zu erreichen, werden mithilfe voreinstellbarer Ventile die Massenströme des Heiz- oder Kältesystems so reguliert, dass überall nur so viel Warm- bzw. Kaltwasser verfügbar ist, wie zum Erreichen der gewünschten Raumtemperatur erforderlich. Bei der technisch einfachsten Abgleichvariante – dem statischen Abgleich – wird dieses Ziel mithilfe druckabhängiger Ventile anvisiert. Hierbei werden die Massenströme ausschließlich für den Volllastfall berechnet und eingestellt, der Teillastfall kann durch diese Lösung nicht abgebildet werden. Berücksichtigung findet der Teillastfall hingegen beim dynamischen hydraulischen Abgleich. Bei dieser Variante des hydraulischen Abgleichs kann durch den Einsatz von automatischen Strangdifferenzdruckreglern oder druckunabhängigen Regelventilen der Druck bei sämtlichen Lastbedingungen an jedem Verbraucher konstant gehalten werden. Die Massenströme des Heiz- bzw. Kühlsystems sind dann auch bei Teillast korrekt abgeglichen. Die dynamische Abgleichvariante stellt für größere Anlagen, wie sie in Hotels und Bürogebäuden zu finden sind, ohnehin die einzig sinnvolle Option dar, da ein statischer Abgleich bei Systemen dieser Größe nur schwierig durchzuführen ist.

Einbindung der Heizanlage in „Smart Building“-Lösungen unverzichtbar 

Voll erschlossen wird das Einsparpotential des hydraulischen Abgleichs indessen nur dann, wenn er richtig und konsequent umgesetzt wird. Grundvoraussetzung hierfür ist eine gezielte Berechnung der Massenströme, die unter Berücksichtigung der raumweisen Heiz- bzw. Kühllast durchgeführt werden sollte. Einbezogen werden dabei die geografische Lage, Fensterzahl und Fenstergröße sowie unbeheizte oder nicht klimatisierte Räume. Zudem sind auch noch einige andere Parameter, wie etwa U-Werte verschiedener Baujahre, von Bedeutung. In großen Zweckbauten mit vielen Räumen und komplexen Strukturen stellt die Berechnung deshalb eine durchaus anspruchsvolle Aufgabe dar. Unterstützung bieten dem Fachmann hier spezielle marktgängige Softwarelösungen, so auch die „DanBasic 6“ von Danfoss.

Mit der korrekten Berechnung ist die notwendige Basis geschaffen – die Nutzervorgaben müssen dann aber anschließend auch exakt umgesetzt werden. Entscheidend ist hier die Wahl der richtigen Komponenten, die auf jeden Fall höchste Regelungsgenauigkeit aufweisen müssen; in großen Gebäuden lässt sich die Heiz- und Kühlanlage zudem nicht mehr losgelöst von der übrigen Haustechnik betrachten. Eine Effizienzoptimierung ist hier nur durch die Harmonisierung aller Gewerke zu erreichen. Daher sollte die Heiz- bzw. Kälteanlage mit der Lüftungstechnik sowie anderen temperaturrelevanten Gewerken wie Trinkwasserversorgung und Sonnenschutzvorrichtungen abgestimmt werden. Der dynamische hydraulische Abgleich fordert also Systemkomponenten, die nicht nur eine hohe Regelungsgenauigkeit aufweisen, sondern auch digital ansprechbar sind und so die Einbindung von Heizung und Klimatisierung in eine intelligente Gebäudetechnik unterstützen. Dabei sollte die Digitalisierung auch die Feldebene der Ventile und Stellantriebe umfassen, welche die Massenströme lastgerecht hydraulisch abgleichen. Über international standardisierte Protokolle, wie BACnet, kommunizieren solche Komponenten mit den übergeordneten Automations- sowie Managementebenen. Sie setzen über spezielle Aktoren und Sensoren Steuerungsbefehle um und liefern Informationen zu aktuellen Systemzuständen.

Stellantriebe und Ventile unterstützen Gebäudetechnik 4.0

Beispiele für Komponentenlösungen, die eine hohe Genauigkeit und die Digitalisierung vereinen, sind die Stellantriebe des Typs Danfoss-„NovoCon“, die in Verbindung mit den Danfoss-„AB-QM“-Abgleich- und Regelventilen einen dynamischen hydraulischen Abgleich in Zweckbauten präzise realisieren. Die multifunktionalen Stellantriebe zeichnen sich durch eine hohe Positionsgenauigkeit aus und können gleichzeitig als Durchflussanzeige und zum Energiemanagement verwendet werden. Sie lassen sich via BACnet- oder Modbus-Kommunikation digital ansteuern und so ohne Weiteres in die Gebäudeleittechnik integrieren. Über die Kommunikation mit dem zentralen Gebäudemanagementsystem können im Zusammenhang mit dem hydraulischen Abgleich dann auch Zusatzparameter wie aktuelle Gebäudeauslastung, Nutzerverhalten, Anwesenheit, Witterung und Sonneneinstrahlung berücksichtigt werden. Die für die eigentliche Massenstrom­regulierung vorgesehenen „AB-QM“-Ventile wurden in den Nennweiten von DN 10 bis 250 entwickelt und ermöglichen aktuell Durchflusseinstellungen zwischen 10 und 100 %. Alternativ sind die Ventile auch als High-Flow- bzw. Low-Flow-Varianten verfügbar, so dass selbst mit kleinen Ventilabmessungen von DN 15HF Durchflussmengen von bis zu 1.200 l/h realisiert und dadurch hohe Heiz- bzw. Kälteleistungen erzielt werden können. Darüber hinaus weisen die Ventile der neuen Generation „AB-QM 4.0“ aufgrund ihrer überdurchschnittlichen Ablagerungs- und Verschmutzungsresistenz eine hohe Langzeitstabilität auf.

Fazit

Durchgeführt auf der Grundlage hochwertiger Regelungskomponenten wie den Danfoss-Ventilen und -Stellantrieben, erschließt der dynamische hydraulische Abgleich in Zweckbauten ­enorme Potentiale zur Energieeinsparung. Grundlegende Kalkulationen – wie etwa eine zuverlässige Rohrnetzberechnung – können mithilfe von Softwarelösungen wie „DanBasic 6“ ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden. Die passenden Ventile und Stellantriebe sind dabei im Datenbestand der Software bereits berücksichtigt und lassen sich per Mausklick auswählen und im Rechnungsmodell hinterlegen. Darüber hinaus unterstützen die digitalen Komponentenlösungen die umfassende Einbindung der Heizung und Kühlung in eine intelligente Gebäudeleittechnik und tragen so entscheidend zu einer effizienzoptimierten Wärmenutzung bei. Aufgrund der Fähigkeit zur Verarbeitung standardisierter Kommunikationsprotokolle können die digitalen Systemkomponenten nicht zuletzt auch in der Fernwärmenutzung zur effektiven energetischen Abstimmung ganzer Gebäudegruppen oder Distrikte beitragen.