Die Hydraulische Weiche

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1 Die Hydraulische Weiche

2 Inhalt Heizanlagen Hydraulischer Abgleich Funktionsweise/Aufbau
Dimensionierung Überprüfung nach Turbulenzen Probleme in der Praxis

3 Heizanlagen Wärmeerzeuger Wärmeverteilung Wärmeübergabe Gaskessel
Ölkessel Leitungssystem Vorlauf Rücklauf Pumpen Ventile Verteiler Heizkörper Wärmetauscher Fußbodenheizung

4 Hydraulischer Abgleich
Ermittlung Norm-Heizlast nach DIN EN 12831 Festlegung der Temperaturspreizung Überprüfen/Auslegung der Heizflächen Watt-Zahl maßgebend, nicht die Größe!

5 Hydraulischer Abgleich
Ermittlung der Volumenströme Überprüfung/Dimensionierung des Rohrnetzes Wahl der Pumpen Einstellung der Ventile/Pumpen (Regelung)

6 Heizanlage Hydraulischer Abgleich erforderlich Hoher Regelaufwand
Ohne Abgleich Ungleichmäßige Wärmeverteilung Mehrverbrauch durch Überversorgung Geräuschbelästigung Takten des Kessels

7 Heizanlage mit Weiche Regelung wird einfacher
Umwälzpumpe muss ausgelegt werden Pumpen für sämtliche Verbraucher notwendig

8 Aufbau Verbindung Vor- und Rücklauf Großer Innendurchmesser
Entkopplung der Erzeuger von Verbrauchern Bildung einer Temperaturschichtung

9 Primärkreislauf Sekundärkreislauf I Sekundärkreislauf II

10 Betriebszustand I Optimaler Betrieb der Anlage
Allgemein gilt für diesen Fall: 𝑉 𝑃 = 𝑉 𝑆 [Volumenstrom l/s] 𝑇 1 = 𝑇 3 [Temperatur °C] 𝑇 2 = 𝑇 4 [Temperatur °C] 𝑄 𝑃 = 𝑄 𝑆 [Wärmestrom W]

11 Betriebszustand II Gründe: Allgemein gilt für diesen Fall:
Überdimensionierte Primärpumpen Unterdimensionierte Sekundärpumpen Allgemein gilt für diesen Fall: 𝑉 𝑃 > 𝑉 𝑆 [Volumenstrom l/s] 𝑇 1 = 𝑇 3 [Temperatur °C] 𝑇 2 > 𝑇 4 [Temperatur °C] 𝑄 𝑃 = 𝑄 𝑆 [Wärmestrom W]

12 Betriebszustand III Gründe: Allgemein gilt für diesen Fall:
Unterdimensionierte Primärpumpen Überdimensionierte Sekundärpumpen Allgemein gilt für diesen Fall: 𝑉 𝑃 < 𝑉 𝑆 [Volumenstrom l/s] 𝑇 1 > 𝑇 3 [Temperatur °C] 𝑇 2 = 𝑇 4 [Temperatur °C] 𝑄 𝑃 = 𝑄 𝑆 [Wärmestrom W]

13 Bauformen Rund-Weiche Kompakt-Weiche
Höhere Betriebsdrücke möglich Langer Weg zwischen Primär- und Sekundärseite

14 Dimensionierung einer Hydraulischen Weiche
Gewährleistung optimaler Funktionalität An bestimmte konstruktive Anforderungen genügend Laminare (beruhigte) Strömungsverhältnisse auch unter Volllast Mittlere Fließgeschwindigkeit maximal 0,2 m/s

15 Fehlerquellen der Dimensionierung
Unterdimensionierte Weiche: Zu hohe Fließgeschwindigkeit Turbulenzen Durchmischung der Temperaturphasen Abkühlung des Vorlaufs Überdimensionierte Weiche: Physikalisch nie negativ Fließgeschwindigkeiten stets < 2 m/s

16 Effizienzverluste in der Weiche
Näherungsweise Berechnung des Druckverlustes Darcy-Weisbach-Gleichung ∆𝑝= 𝜌∙𝑢² 2 ∙(𝜆∙ 𝑙 𝑑 +∑𝜍𝑖) Bei laminarer Strömung vernachlässigbar gering Geringer Effizienzverlust Beispiel zwecks genauerer Betrachtung

17 Beispiel einer Auslegung
Rechenbeispiel am fiktiven Einfamilienhaus Wohnfläche 130 m² Fußbodenheizung Heizkörper Durchlauferhitzer Kalkulation des Wärmebedarfs Nennwärmeleistung: Heizleistung W/m² Warmwasserleistung ca. 30 % 

18 Berechnung Nennwärmeleistung Nennheizleistung
130 𝑚 2 ∙70 𝑊 𝑚 2 ∙1,3=6825 𝑊 Nennheizleistung Übliche Heizleistung mit Trinkwassererwärmung: 15 𝑘𝑊

19 Parameter Primärkreis (Erzeuger) Sekundärkreis(Verbr.) 𝑄 𝑃 =15000𝑊
𝑄 𝑃 =15000𝑊 Temperaturspreizung 𝜃=20𝐾 Sekundärkreis(Verbr.) 𝑄 𝑆 =6825𝑊 Temperaturspreizung 𝜃=10𝐾 Maximale Fließgeschwindigkeiten: In der hydraulischen Weiche 0,2 m/s Im Kellerbereich 0,7 m/s Im Strangbereich 0,5 m/s Im Wohnbereich 0,3 m/s

20 Fließgeschwindigkeit Primärkreis
𝑄 = 𝑚 ∙𝑐∙∆𝑇 𝑄 [𝑊] Wärmestrom 𝑚 [ 𝑘𝑔 ℎ ] Massestrom 𝑐 𝑊ℎ 𝑘𝑔𝐾 spez. Wärmekapazität ∆𝑇 [𝐾] Temperaturdifferenz 𝑉 =𝐴∙𝑣 𝑉 [ 𝑚³ 𝑠 ] Volumenstrom 𝐴 [𝑚²] Querschnitt 𝑣 [ 𝑚 𝑠 ] Fließgeschwindikeit 𝑐 von Wasser 4184 𝐽 𝑘𝑔𝐾 ⇒ 1,162 𝑊ℎ 𝑘𝑔𝐾 𝑚 = 15000𝑊 1,162 𝑊ℎ 𝑘𝑔𝐾 ∙20𝐾 =645 𝑘𝑔 ℎ ≈ 𝑙 ℎ =1,81∙ 10 −4 𝑚 3 𝑠 = 𝑉 Bei 3 4 " 𝑣= 1,81∙ 10 −4 𝑚³ 𝑠 3,664∙ 10 −4 𝑚² =0,49 𝑚 𝑠 <0,7 𝑚 𝑠

21 Fließgeschwindigkeit Sekundärkreis
𝑚 = 6825𝑊 1,162 𝑊ℎ 𝑘𝑔𝐾 ∙10𝐾 =587 𝑘𝑔 ℎ ≈ 𝑙 ℎ =1,64∙ 10 −4 𝑚 3 𝑠 = 𝑉 Bei 3 4 " 𝑣= 1,64∙ 10 −4 𝑚³ 𝑠 3,664∙ 10 −4 𝑚² =0,45 𝑚 𝑠 <0,5 𝑚 𝑠

22 Fließgeschwindigkeit Hydraulische Weiche
→ Maximaler Massestrom ist zu wählen! 𝑚 =645 𝑘𝑔 ℎ ≈ 𝑙 ℎ =1,81∙ 10 −4 𝑚³ 𝑠 Bei " 𝑣= 1,81∙ 10 −4 𝑚³ 𝑠 10,122∙ 10 −4 𝑚² =0,18 𝑚 𝑠 <0,2 𝑚 𝑠 Hydraulische Weiche ist mit mindestens DN 32 (1 1 4 “) zu bauen!

23 Turbulenzen mit Reynolds
𝜗= 𝜂 𝜌 = 5,471∙ 𝑘𝑔 𝑚∙𝑠 988,03 𝑘𝑔 𝑚³ =5,537∙ 10 −7 𝑚² 𝑠 𝐷ℎ= 4∙𝐴 𝑈 = 4∙10,122∙ 10 −4 𝑚² 𝜋∙0,359𝑚 =3,59∙ 10 −3 𝑚 𝑅𝑒= 𝑣𝑚∙𝐷ℎ 𝜗 = 0,18 𝑚 𝑠 ∙3,59∙ 10 −3 𝑚 5,537∙ 10 −7 𝑚² 𝑠 =1167 <𝑅𝑒𝑘𝑟𝑖𝑡=2200 ⇒ Laminare Strömung!

24 Probleme in der Praxis Fall 1: Primärkreispumpe unterdimensioniert
Erzeugerseite fährt Volllast Taktung Höherer Bedarf im Sekundärkreislauf wird durch Rücklauf „aufgefüllt“ Verbraucherseite heizt nicht richtig auf Fall 2: Primärkreispumpe vergessen Kesselanlage heizt auf Abnehmerseite bleibt unberührt Kurzschlussstrecke zwischen Abnehmervorlauf und Rücklauf

25 Fazit Hydraulische Entkopplung Konstante Durchflussmenge
Sanfte Regelung hoher Wirkungsgrad geringe Emissionen Hohe Leistung der Verbraucher Geringe, preiswerte Regelung Entschlammung Luftabscheider

26 Quellen Neubau/article/Wie_hoch_ist_mein_Waermebedarf.html denheizung/FBH_Handbuch_0409_Druckversion_opt.pdf Seite pdf heizung_MjA2NDc4.PDF

27 Danke für Eure Aufmerksamkeit
Ende Danke für Eure Aufmerksamkeit