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Ob hydraulischer Abgleich, Anforderungen an Temperaturgenauigkeit oder Umsetzung eines Energiemanagements: Sollen in hydraulischen Systemen für Wärme- und Kälteverteilung eine gleichmäßige Versorgung der Verbraucher und eine Reduzierung des Energieverbrauchs erzielt werden, ist die Optimierung der Verteilung eine der wesentlichen Maßnahmen. Der Energieverbrauch für Beheizung und Kühlung von Gebäuden wird neben Einflussfaktoren wie den Wärmeverlusten über die Gebäudehülle sowie Nutzungsart und Nutzungszeiten auch wesentlich durch die Einstellungen der Anlagenhydraulik beeinflusst.

Innerhalb der Verteilung gilt es, die Volumenströme auf die maximalen Soll-Durchflussmengen zu begrenzen. Neben den Volumenströmen gibt auch die Kontrolle der tatsächlichen Mediumtemperaturen im Verteilnetz Aufschluss darüber, ob die Vorlauf- oder Rücklauftemperaturen dem Bedarf entsprechen und mit der Auslegung übereinstimmen.

Veränderte thermische und hydraulische Verhältnisse

Zu den häufigsten Ursachen für die Über- oder Unterversorgung von Verbrauchern in Heizungsanlagen oder in der Kälteverteilung für Klimasysteme zählt ein nicht durchgeführter hydraulischer Abgleich. In vielen Fällen führen erst Beanstandungen über zu geringe oder unzureichend regelbare Raumtemperaturen zur Ermittlung der Ursachen. Hierzu zählen auch neue hydraulische Verhältnisse in den Verteilsystemen, zum Beispiel nach baulichen Änderungen. Ein hydraulischer Abgleich bestehender Anlagen ist deshalb auch nach energetischen Sanierungsmaßnahmen nötig, weil sich mit dem aktuellen Energiebedarf auch die thermischen und hydraulischen Verhältnisse grundlegend ändern.

In bestehenden Verteilnetzen fehlen häufig die nötigen Daten für die Durchführung eines hydraulischen Abgleichs. Dies ist besonders dann der Fall, wenn sich die Struktur von Verteilung und Verbrauchern geändert hat. Ein Beispiel ist die Heizungsverteilung in einem Gewerbeobjekt oder in einem Krankenhaus, bei dem sich über die Jahre durch Erweiterungen, Rückbauten, zusätzliche oder ausgetauschte Verbraucher die hydraulischen Eigenschaften des Verteilnetzes ändern. In diesen Fällen können auch in einem einregulierten Verteilnetz die Soll-Volumenströme nicht mehr mit der ursprünglichen Auslegung übereinstimmen. Eine erste Orientierung für die Optimierung der Wärmeverteilung geben die Ist-Volumenströme und die tatsächlichen Temperaturen im Vorlauf bzw. Rücklauf der Heiz- oder Kühlkreise.

Fehlende Daten erschweren hydraulischen Abgleich

Für bestehende Verteilnetze bedeutet der hydraulische Abgleich, innerhalb der jeweiligen Strangleitungen definierte feste Widerstände einzustellen. Dies setzt voraus, dass an einer Stelle innerhalb des Strangs sowohl der Volumenstrom einreguliert als auch der Ist-Volumenstrom zur Kontrolle gemessen werden kann. In Anlagen mit größeren Leitungsdimensionen (Bild 1), zum Beispiel in Gebäuden wie Krankenhäusern oder großen öffentlichen Gebäuden, sowie in Anlagen mit hohen Anforderungen an die Temperaturgenauigkeit sind dazu möglichst genaue Messwerte nötig.

Messverfahren mit Ultraschall-Sensorik

Um innerhalb einer Leitungsstrecke den Soll-Volumenstrom einzuregulieren und gleichzeitig kontrollieren zu können, hat der Pumpen- und Armaturenhersteller KSB das Mess- und Regelventil BOA-Control entwickelt (Bild 2). Das Messverfahren arbeitet mittels Ultraschall-Sensorik und damit ohne Berührung mit dem Durchflussmedium: Die Messung des Volumenstroms erfolgt durch Ultraschallwellen, die über Sensoren per Laufzeitdifferenzmessung die Durchflussmenge erfassen. Innerhalb der Armatur sind dadurch keine Einbauten erforderlich, sodass weder im Wasser gelöste Stoffe noch Verunreinigungen zu Beeinträchtigungen der Messgenauigkeit führen können.

Der zum System gehörende Boatronic-Messcomputer (Bild 3) ermittelt den Volumenstrom direkt über die Ultraschall-Sensoren. Durch das Ultraschall-Messverfahren kann die Durchflussmenge unabhängig von Ventilstellungen und Mindestdifferenzdrücken ermittelt werden. Bei Inbetriebnahme der Anlage kann der eingestellte Volumenstrom zur Einregulierung unmittelbar mithilfe des Messcomputers kontrolliert werden.

Periodische oder permanente Messung

Mit jeweils zwei unterschiedlichen Ausführungen des Mess- und Regelventils BOA-Control und des Messcomputers Boatronic stehen für den jeweiligen Anwendungsfall (z. B. periodische oder permanente Messung) einsetzbare Varianten zur Auswahl. Der wesentliche Unterschied zeigt sich in der optionalen Ausstattung der Armatur mit mobil einsetzbaren oder fest verklebten Sensoren für die Auslesung der Messdaten:

• Mit der Variante BOA-Control kann der Anwender mit einem Messcomputer des Typs Boatronic MS an mehreren Armaturen dieses Typs die Volumenströme messen. Dazu sind am Armaturenkörper zwei Messnocken vorgesehen, an die das Sensor-Set mittels Magnetkopplung angekoppelt wird (<b>Bild 4</b>). Für einen optimalen Kontakt ist dazu nur noch das Aufbringen von etwas Koppelfett zwischen den Messnocken und den Sensoren notwendig. Ein geeigneter Einsatzbereich ist zum Beispiel der hydraulische Abgleich und die anschlie&szlig;ende periodische Kontrolle von Volumenstrom und Mediumtemperatur.
• Die Variante BOA-Control IMS ist werkseitig mit fest integrierter Ultraschall-Sensorik ausgerüstet. Das Sensorkabel der fest mit dem Armaturengehäuse verklebten Ultraschall-Sensoren kann somit durch die Dämmung geführt werden. Diese Ausführung ist vor allem für Anlagen vorgesehen, deren Rohrdämmungen (<b>Bild 5</b>) hochwertig ausgeführt sind (z. B. mit Stahlblechummantelung) oder Anforderungen an Diffusionsdichtheit und Schutz vor Tauwasserbildung gewährleisten müssen (z. B. Kälteanlagen).
• Für die periodische, kurzzeitige Messung von Volumenstrom und Mediumtemperatur können bei beiden Ausführungen mit dem Messcomputer Boatronic MS die Messdaten für Volumenstrom und Temperatur gespeichert und über eine USB-Schnittstelle ausgelesen werden. Ergänzend dazu stellt der Hersteller die Software Boatronic S zur Verfügung, mit der neben weiteren Funktionen zur Einregulierung ein Messprotokoll und damit ein Nachweis über den hydraulischen Abgleich erstellt werden kann (<b>Bild 6</b>).
• Erfordert der Betrieb des zu regulierenden Heizungs- oder Kältekreises die permanente Kontrolle des Volumenstroms, kann das Mess- und Regelventil BOA-Control IMS zusammen mit dem Messcomputer Boatronic MS-420 eingesetzt werden. Dieser übermittelt die Werte für Volumenstrom und Temperatur kontinuierlich per 4-20 mA-Signal in Echtzeit an ein übergeordnetes System innerhalb der Gebäudeleittechnik.
• Für eine automatisierte Sollwert-Regelung kann das Regelventil BOA-CVE Control IMS eingesetzt werden, das zusammen mit einem Stellantrieb einen autarken Regelkreis bildet (<b>Bild 7</b>). Für den betreffenden Leitungsabschnitt kann damit über die Ventilstellung ein Sollwert vorgegeben werden, den die Armatur bei Schwankungen von Temperatur oder Durchflussmenge selbsttätig reguliert.

Die Mess- und Regelventile BOA-Control und BOA-Control IMS erfüllen zusammen mit den Messcomputern Boatronic MS und Boatronic MS-420 die Funktionen

• Volumenstrommessung
• Einregulierung der Durchflussmengen
• Messung der Mediumtemperatur
• Absperrung
• Erstellung von Messprotokollen.

Eine zusätzliche Absperrarmatur wird somit nicht benötigt. Nach Inbetriebsetzung zeigt der Messcomputer zur Kontrolle automatisch die Strömungsrichtung an. Wird im Betrieb die Leitung mit dem integrierten Ventil abgesperrt, erleichtert eine skalierte Positionsanzeige die Wiederherstellung der Ventilstellung für die Volumenstromregulierung. Für weitere Kontrolloptionen erhöhen Zusatzfunktionen wie Fehlermeldungen und Messdatenprotokolle die Anlagensicherheit.

Wartungs- und störungsfreie Kontrolle

Mess- und Regelaufgaben wie die Ermittlung und Einregulierung von Volumenströmen sind Bestandteil des hydraulischen Abgleichs und fallen beispielsweise auch im Rahmen eines Energiemanagementsystems nach DIN EN ISO 500001 an. Die Optimierung der Anlagenhydraulik ist mit der Erfassung von Ist-Daten und der Einregulierung von Volumenströmen verbunden. Für Heiz- und Kühlkreisläufe, besonders in größeren Rohrdimensionen, ermöglicht der Einsatz von Mess- und Regelventilen mit Ultraschall-Sensorik eine wartungs- und störungsfreie sowie einfache und zeitsparende Kontrolle der Istwerte für Volumenstrom und Temperatur.

System im Einsatz

Für die Strangregulier- und Messventile KSB BOA-Control und BOA-Control IMS gibt es verschiedene Anwendungsmöglichkeiten.

BOA-Control

• Absperr-, Mess- und Regelventil zur Ankopplung von Ultraschall-Sensoren (Magnetkopplung)
• Auslesung Messdaten mit Ultraschall-Sensoren und Messcomputer Boatronic MS
• Anwendungsbeispiel: konstantes Lastprofil, Anpassung des einregulierten Soll-Volumenstroms bei geänderten hydraulischen Verhältnissen oder nach baulichen Änderungen. Einbau der Armatur zur Einregulierung eines fest eingestellten Volumenstroms, periodische Kontrolle der Daten für Volumenstrom und Temperatur mit Messcomputer vor Ort
• Verfügbare Dimensionen DN 15 bis DN 200

BOA-Control IMS

• Absperr-, Mess- und Regelventil mit fest verklebten Ultraschall-Sensoren
• Auslesung Messdaten mit Messcomputer Boatronic MS, mit Boatronic MS-420 Datenübertragung mit per 4-20 mA-Signal zu übergeordneter Regelung
• Anwendungsbeispiel: veränderliches Lastprofil, kontinuierlich oder wiederholt erforderliche Kontrolle und Anpassung der einregulierten Soll-Volumenströme. Einbau der Armatur zur Einregulierung eines fest eingestellten Volumenstroms, periodische oder permanente Kontrolle der Daten für Volumenstrom und Temperatur über fest installierten Messcomputer, laufende Auswertung der Messdaten z. B. im Rahmen eines Energiemanagementsystems
• Verfügbare Dimensionen DN 15 bis DN 350