Richtlinien und Verordnungen fordern für nahezu alle wasserführenden Rohrsysteme den hydraulischen Abgleich. Insbesondere ist diese Maßnahme inzwischen Voraussetzung für alle Förderprogramme der KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) sowie der Marktanreizprogramme des BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle), die eine Heizungssanierung oder einen Anlagenneubau betreffen.
In der Praxis wird der hydraulische Abgleich nach Schätzungen allerdings maximal nur bei einem Viertel der Heizungsanlagen durchgeführt. Das liegt unter anderem daran, dass viele Fachhandwerker den Aufwand für die zum Teil komplexen Berechnungsverfahren – etwa die Rohrnetzberechnung – scheuen. Die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Parametern sind oft nur schwer und mit großer Systemkenntnis zu erkennen. Während sich im Neubau aufgrund von bekannten Größen die Berechnungen und der hydraulische Abgleich noch mit relativ wenig Aufwand durchführen lassen, liegen bei Bestandsanlagen regelmäßig schwierigere Rahmenbedingungen vor. Sind beispielsweise Systemstruktur und Leitungsführung weitgehend unbekannt, können die notwendigen Auslegungsparameter nicht oder nur teilweise ermittelt werden.
Häufig sind Heizkörpersysteme im Bestand auch weit verzweigt. Es ist dann schwer oder gar nicht erkennbar, wo die einzelnen Wärmeverbraucher eingebunden sind. Bei Flächenheizungen können ohne Ausführungsunterlagen keine Rückschlüsse auf die Länge der Heizkreise und auf die Verlegeabstände gezogen werden. In diesen Fällen lässt sich der Anteil des Rohrnetzwiderstandes den einzelnen Wärmeverbrauchern nicht eindeutig zuordnen. Darüber hinaus ist auch eine Nachrüstung mit Einregulierungsarmaturen – etwa mit Differenzdruckreglern – in bestehenden Gebäuden aufgrund beengter Platzverhältnisse oder verbauter bzw. verdeckter Verteilungsleitungen oftmals nicht realisierbar.
Volumenstromregler als Problemlöser
Mit dem Ziel, den erforderlichen Planungs- und Berechnungsaufwand für einen hydraulischen Abgleich zu minimieren und gleichzeitig die Maßnahme auch bei schwierigen Rahmenbedingungen im Bestand möglichst einfach und schnell durchführen zu können, wurde die sogenannte AFC-Technologie entwickelt. Dahinter verbirgt sich ein neuartiger Ventileinsatz zur automatischen Durchflussregelung (Automatic Flow Control = AFC). Direkt am jeweiligen Wärmeverbraucher eingesetzt, regelt die von Heimeier entwickelte und patentierte AFC-Technologie die maximale Durchflussmenge unabhängig von dem am Ventil anliegenden Druck. Demzufolge ist es nicht mehr notwendig, zur Ermittlung der Ventileinstellposition auf die entsprechenden Differenzdruckwerte zurückgreifen zu müssen. Denn der Ventileinsatz stellt jederzeit sicher, dass der einmal eingestellte Volumenstrom zu keiner Zeit überschritten wird.
Die für die Planung und Berechnung üblicherweise notwendigen Systemkenntnisse bezüglich Differenzdruck und Durchfluss sind nicht mehr unbedingt erforderlich, da der Ventileinsatz den überschüssigen Druck automatisch drosselt und nur so viel Heizwasser in den Heizkörper oder Heizkreis lässt, wie ursprünglich eingestellt. Dies geschieht vor allem auch in dem in der Praxis am häufigsten vorkommenden Teillastbetrieb, denn durch geschlossene Ventile in anderen Räumen hervorgerufene Druckschwankungen im Netz haben keinen Einfluss auf das Regelverhalten des mit der AFC-Technologie ausgestatteten Ventileinsatzes. Damit sorgt die automatische Durchflussregelung unter allen Betriebsbedingungen für ein hydraulisch abgeglichenes System und eine optimale Wärmeverteilung in der gesamten Anlage.
Minimaler Aufwand für die Umsetzung in der Praxis
Ist der Durchflussregler an jedem Wärmeverbraucher eingebaut, erfolgt automatisch ein hydraulischer Abgleich im Gesamtsystem. Da damit die sonst notwendige Aufnahme des Rohrnetzes und die Ermittlung der entsprechenden Druckverluste und Differenzdruckwerte entfallen, hat der Einsatz der AFC-Technologie insbesondere im Bestand eine wesentliche Vereinfachung des Planungs- und Berechnungsaufwandes zur Folge. Benötigt wird lediglich die Heizlastberechnung pro Raum bzw. die installierte Heizleistung, aus der dann die entsprechende maximale Durchflussmenge ermittelt wird. Darüber hinaus sollte sichergestellt sein, dass der Mindest-Differenzdruck am ungünstigsten Ventil anliegt. Sind diese Voraussetzungen erfüllt, muss der Fachhandwerker danach nur noch das Ventil mit integrierter AFC-Technologie montieren und die Einstellskala auf den berechneten Durchflusswert ausrichten sowie die Anlage entlüften.
Zur weiteren Vereinfachung hat der Hersteller aus Erwitte für verschiedene Anwendungsfälle Tabellen entwickelt, aus der sich anhand der Systemspreizung (ΔT) und der Heizleistung (Q) oder der bestehenden Heizkörperdaten (Typ, Länge und Höhe) der entsprechende Einstellwert für die maximale Durchflussmenge entnehmen lässt. Des Weiteren stellt das Unternehmen Formblätter und Protokolle für den Nachweis des hydraulischen Abgleichs – unter anderem zur Einreichung bei der KfW und BAFA – zur Verfügung. Komplettiert wird das Serviceangebot durch Seminare zur Anwendung der AFC-Technologie insbesondere in größeren Anlagen sowie unterstützende Begleitung während der konkreten Projektumsetzung.
Anwendung jetzt auch in Zweirohr-Heizkörpersystemen
Auf Basis der bereits vor vier Jahren speziell für Fußboden-Heizkreisverteiler entwickelten AFC-Technologie bietet das Unternehmen diese nun auch für die Anwendung in Zweirohr-Heizkörpersystemen an. Der automatische Durchflussregler wurde dabei zusätzlich in die bewährte Thermostat-Ventiltechnik integriert. Das Ergebnis ist ein Ventilunterteil (A-Exact), das die beiden Funktionen Thermostatventil und automatische Durchflussregelung miteinander kombiniert. Gängige Standard-Baugrößen und eine unkomplizierte Handhabung ermöglichen bei Bestandsanlagen einen einfachen Austausch der vorhandenen Ventile.
Der erforderliche Durchfluss der einzelnen Heizkörper wird direkt an dem Thermostatventil eingestellt. Hierzu dient die stirnseitig angebrachte und mit den Einstellwerten 1 bis 15 versehene Ziffernkappe. Die Skala entspricht dabei der jeweiligen Durchflussmenge, die mithilfe eines Spezialschlüssels stufenlos zwischen 10 (Einstellwert 1) und 150 (Einstellwert 15) l/h gewählt werden kann. Nach der Montage eines Thermostat-Kopfes oder Stellantriebs ist die Ziffernkappe verdeckt und damit vor ungewünschter bzw. unbefugter Verstellung geschützt.
Die optimale Abstimmung des Ventilunterteils auf eine Kombination mit sämtlichen Thermostat-Köpfen und thermischen wie motorischen Stellantrieben des Herstellers gewährleistet eine sichere und einwandfreie Funktionsweise. So wird der einmal berechnete und eingestellte maximale Volumenstrom bei allen Thermostatkopf- und Stellantrieb-Modellen sowie auch ohne deren Einsatz im voll geöffneten Zustand sichergestellt. Demzufolge kann die Auswahl der entsprechenden Endkomponente bei Bedarf erst nach der Montage der AFC-Technologie erfolgen, ohne dass eine Neuberechnung und Nachjustierung der Durchflussmenge erforderlich sind. Bei Verwendung von Stellantrieben anderer Hersteller sollte darauf geachtet werden, dass deren Stellkraft im Schließbereich auf Thermostat-Ventilunterteile mit weichdichtenden Ventiltellern angepasst ist.
Geräuscharmer Betrieb auch bei hohen Differenzdrücken
Ein günstiges Geräuschverhalten gehört ebenfalls zu den Vorteilen der AFC-Technologie. Werden insbesondere komplexe und weit verzweigte Rohrleitungssysteme zur Durchführung des hydraulischen Abgleichs etwa mit voreinstellbaren Thermostatventilen nachgerüstet, so ist in der Regel der Einbau von Differenzdruckreglern auch zur Vermeidung störender Fließgeräusche notwendig. In Bestandsanlagen lässt sich die Leitungsführung allerdings häufig schlecht nachverfolgen, sodass eine Bestimmung geeigneter Stellen für den Einsatz eines Differenzdruckreglers nur schwer bis gar nicht möglich ist.
Im Gegensatz zu gängigen voreinstellbaren Thermostatventilen, die bereits ab einem Differenzdruck von etwa 20 kPa (200 mbar) Geräusche verursachen können, sind die Thermostat-Ventilunterteile mit automatischer Durchflussregelung für Differenzdrücke bis zu 60kPa ausgelegt. Auf diese Weise gewährleistet die AFC-Technologie in den meisten Fällen einen geräuscharmen Betrieb des Systems auch ohne den Einsatz von Differenzdruckreglern. Auch in kleinen Anlagen, deren nicht verringerbare Pumpen-Förderhöhe über 15kPa (1,5m) liegt, bietet die automatische Durchflussregelung eine attraktive Lösung. Einen typischen Anwendungsfall stellen hier beispielsweise bestehende Gasetagenheizungen dar, bei denen aus Platzgründen – etwa weil die Rohrleitungsführung direkt hinter dem hängenden Brennwertgerät in der Wand verläuft – keine Differenzdruckregler installiert werden können.
Funktionsprinzip des Volumenstromreglers
Doch wie funktioniert die AFC-Technologie im Detail? Der automatische Durchflussregler ist dem A-Exact-Thermostatventil direkt vorgeschaltet und besteht im Wesentlichen aus den drei Komponenten Regulierkegel, Feder und Hülse. Durch Drehen der Ziffernkappe wird der Hub des Regulierkegels auf den berechneten Durchflusswert eingestellt. Sobald das Thermostatventil geöffnet wird – etwa in der Aufheizphase am Morgen – steigt der Durchfluss entsprechend. Der hierdurch parallel hervorgerufene Druckanstieg bewegt die Hülse, die daraufhin die Durchflussmenge auf den eingestellten Wert begrenzt. Infolge dessen wird sichergestellt, dass zu keinem Zeitpunkt eine Überschreitung des maximal berechneten Volumenstroms und damit eine Überversorgung des Heizkörpers stattfinden. Beim Schließen des Thermostatventils sinkt der Durchfluss unter den eingestellten Maximalwert und die Feder drückt die Hülse wieder in ihre Ausgangsposition zurück.
Im Normalbetrieb bleibt nach wie vor das Thermostatventil selbst für eine konstante Raumtemperatur verantwortlich. Die AFC-Technologie ist in das Ventilunterteil so integriert, dass sie den eingestellten Durchfluss bei einer Proportionalabweichung von max. 2 K gewährleistet. Dementsprechend hat die Proportionalabweichung auch keinen Einfluss auf die Berechnung des maximalen Volumenstroms. Auf diese Weise sorgt die AFC-Technologie für eine einfach umsetzbare, aber dennoch exakte Einregulierung der jeweiligen Durchflussmengen. Ein vorgeschalteter Siebeinsatz schützt zudem vor Schmutz und Ablagerungen, die unter Umständen insbesondere in Bestandsanlagen mit dem Heizwasser transportiert werden.
Damit die AFC-Technologie einwandfrei funktioniert, sollte jeder Wärmeverbraucher im System mit der automatischen Durchflussregelung ausgestattet werden. Ist dies nicht der Fall, können einzelne Heizkörper oder Heizkreise wie ein Bypass wirken und in diesen speziellen Abschnitten den Durchfluss erhöhen, wodurch negative Auswirkungen auf die Hydraulik im Gesamtsystem entstehen. Die AFC-Technologie ist für so gut wie alle gängigen Anwendungsfälle verfügbar. So sind die Thermostat-Ventilunterteile für traditionelle Heizkörper mit seitlichem Anschluss (A-Exact) ebenso wie für Bad-, Design-, Universal- und Ventilheizkörper mit unterem Zweipunktanschluss (Multilux 4-A-Set) in zahlreichen Varianten – etwa als Eck-, Durchgangs- oder Axialformen – sowie in sämtlichen Standard-Baugrößen erhältlich. Für Flächenheizungen stehen Fußboden-Heizkreisverteiler (Dynacon) für zwei bis 12 Heizkreise sowie fünf unterschiedliche Verteiler-Anschlusssets zur Verfügung. Dezentrale Unterputz-Einzelraumregelungen (Multibox AFC) – entweder mit Thermostatventil für separate Regelung einzelner Heizkreise oder mit Rücklauftemperaturbegrenzer und wahlweise Thermostatventil für kombinierte Heizkörper-Fußbodenheizungen – vervollständigen das umfassende Angebotsspektrum. So lassen sich nahezu sämtliche Liegenschaften von Ein- und Zweifamilienhäusern bis zu größeren Gebäuden mithilfe der AFC-Technologie hydraulisch abgleichen. Wird der maximal vorgegebene Differenzdruck an keinem Ventil überschritten, ist ein Einbau der Komponenten ohne Stückzahlbegrenzung möglich.
Eine erfolgreiche Umsetzung der automatischen Durchflussregelung fand bereits in zahlreichen Projekten statt. So sind beispielsweise in drei Schuleinrichtungen der Stadt Beckum insgesamt 460 Thermostat-Ventilunterteile sowie die entsprechende Anzahl an Stellantrieben verbaut worden. Die Lösung hat sich nach Angaben der Projektbeteiligten hinsichtlich ihrer Funktionalität und der daraus resultierenden Komfortsteigerung wie Energieeinsparungen schon nach kurzer Einsatzdauer so gut bewährt, dass inzwischen auch weitere Sanierungsprojekte der Kommune mit der AFC-Technologie ausgestattet werden sollen.
