Wirtschaftlichkeit, Komfort und ein sicherer Betrieb sind die ausschlaggebenden Kriterien für eine moderne HLK-Anlage. Um diese sicherzustellen, müssen die einzelnen Komponenten effizient und zuverlässig arbeiten sowie optimal aufeinander abgestimmt sein. Dazu gehört auch die Regelungstechnik, die im Gesamtsystem eine entscheidende Funktion einnimmt. Denn je genauer die Regelung, desto besser und energiesparender funktioniert die Anlage.
Regelventile am Verbraucher installieren
In den vergangenen Jahren hat sich deshalb die Regelungstechnik deutlich weiterentwickelt. Das Ziel der Hersteller ist es, Produkte mit immer höherer Regelgenauigkeit anzubieten. So wurden die Systeme noch vor zehn Jahren geregelt, indem an den Wärme- und Kälteerzeugern die Vorlauftemperatur für Heizkörper, Flächenheizungen und Lüftungsgeräte festgelegt wurde.
Mittlerweile werden Regelventile in der Systemperipherie bzw. vor den Verbrauchern eingesetzt. Dadurch verringert sich der Einfluss der Stranganlage wesentlich. Weshalb ist das so wichtig? Durch eine Veränderung der Durchflussmenge, beispielsweise durch das Öffnen oder Schließen von Raumthermostaten, ändert sich auch der Druck im Kreislauf.
Das wiederum hat Auswirkungen auf alle Verbraucher im System: Es können Situationen entstehen, in denen sich durch das Schließen eines Thermostats in einem Raum die Energieabgabe in den anderen Räumen erhöht oder umgekehrt. Auf diese Veränderung reagiert nun die Regelung, wiederum mit Konsequenzen für die komplette Anlage.
„Diese Auswirkungen versucht man zu verhindern, indem das Regelventil am Verbraucher installiert wird, der die Energie an den Raum abgibt“, erläutert Alfred Brenner, Hydronic College Manager Central Europe, IMI Hydronic Engineering. „Der Vorteil ist, dass die Verteilung an dieser Stelle wesentlich genauer möglich ist als für das komplette System, weil die Leistung am Verbraucher geringer ist als am Wärme- bzw. Kälteerzeuger.“
Bild: IMI Hydronic Engineering
Hilfreich zur Systemanalyse und -optimierung
Eine zunehmend beliebtere Lösung in der Regelungstechnik sind dynamische, automatische Regelventile. Diese sogenannten smarten Ventile bieten den großen Vorteil, dass sie nicht nur eine genaue Regelung gewährleisten, sondern mit ihren weiteren Funktionen wesentlich zur Systemanalyse und -optimierung beitragen.
Dazu gehören Messmöglichkeiten, z. B. von Durchfluss und Temperaturdifferenz, mit denen sich u. a. die Leistung berechnen lässt, sowie eine Datenaufzeichnung und -speicherung. „Die richtige Platzierung solcher Ventile erlaubt beispielsweise in einem größeren Gebäude die Berechnung, wie viel Energie jedes Geschoss bzw. jeder Anlagenabschnitt benötigt“, beschreibt Brenner. „Anhand der Ergebnisse können daraufhin entsprechende Maßnahmen zur Optimierung geplant und realisiert werden.“
Darauf, dass smarte Ventile den effizienten und energiesparenden Betrieb der HLK-Anlage gewährleisten können, ist auch die Politik aufmerksam geworden. Die Europäische Gebäuderichtlinie (EBPD) schreibt nun u. a. den Einsatz elektronischer Regelsysteme und Messpunkte zur Anlagenoptimierung bis 2025 in öffentlichen Gebäuden vor.
Um das Potenzial der zusätzlichen Funktion vollumfänglich ausschöpfen zu können, ist allerdings das konsequente Auswerten der Daten nötig. „Wenn die Daten aufgezeichnet oder ausgelesen werden und dann auf einer Art Datenfriedhof landen, haben sie keinen Nutzen. Das Ziel Energiesparen lässt sich nur erreichen, wenn die Ergebnisse analysiert werden und aufgrund dieser Analyse entsprechende Konsequenzen erfolgen“, betont Brenner. „Noch muss diese Analyse größtenteils durch qualifizierte Personen wie Fachhandwerker, Anlagenbauer oder Facility Manager erfolgen. Aufgrund der zunehmenden Verfügbarkeit intelligenter Software ist hier allerdings eine Entlastung in Sicht.“
Bild: IMI Hydronic Engineering
Vorteile bei Wartung und Anlagenüberwachung
Bei der Inbetriebnahme zeigt sich ein weiterer Vorteil smarter Ventile. Die Programmierung erfolgt häufig einfach per mobiler App, die sich auch zur Datenauslesung nutzen lässt. Darüber hinaus ist oftmals eine leichte Anbindung der Geräte an eine übergeordnete Cloud möglich. So können verschiedene Personen, wie Fachhandwerker oder Facility-Manager, auf die dort hinterlegten Daten zugreifen.
Des Weiteren erlauben smarte Ventile einen einfachen, automatischen hydraulischen Abgleich, weil lediglich die zuvor berechneten erforderlichen Durchflussmengen einprogrammiert werden müssen. Sollte sich im laufenden Betrieb herausstellen, dass die hinterlegten Werte nicht oder z. B. aufgrund einer Nutzungsänderung nicht mehr passen, lässt sich durch die Änderung der Einstellungen der Energiefluss im gesamten Gebäude steuern und so nahezu mühelos eine Verbesserung der Situation erreichen. „Ohne smarte Ventile ist eine solche nachträgliche Anlagenoptimierung nur mit erheblichem Zeitaufwand möglich“, schildert Brenner.
Bild: IMI Hydronic Engineering
Im Hinblick auf die Wartung und Anlagenüberwachung ist der Einsatz dieser Lösung ebenfalls mit Vorteilen verbunden. Denn durch eine kontinuierliche Aufzeichnung und Analyse der Durchflussmenge lassen sich Fehler im laufenden Betrieb leichter finden und beheben. Das kann z. B. ein zugesetzter Filter eines Schmutzabscheiders sein, der zu einem erhöhten Widerstand für das Anlagenwasser im Rohrnetz führt und dadurch eine verminderte Leistungsabgabe an den Verbrauchern auslösen kann.
„Über eine kontinuierliche Datenanalyse wird der Fachhandwerker oder Facility-Manager frühzeitig auf solche Probleme aufmerksam und kann handeln, bevor es zu ernsthaften Konsequenzen kommt“, erklärt Alfred Brenner. Aufgrund der genannten Vorteile ist der Einsatz smarter Ventile nicht nur in Neubauten, sondern auch im Bestand sinnvoll. Das gilt besonders hinsichtlich der möglichen Anlagenoptimierung und des damit verbundenen Energieeinsparpotenzials.
Allerdings sollte in Sanierungs- bzw. Modernisierungsfällen genau auf die Produkteigenschaften geachtet werden. Denn je kleiner das einzusetzende Ventil, desto einfacher der Austausch. Größere Modelle, die längere Einlauf- bzw. Beruhigungsstrecken zur Messung der Durchflussmenge benötigen, erfordern hingegen wesentlich mehr Aufwand bei der Nachrüstung.
Bild: IMI Hydronic Engineering
App des Herstellers erfolgen.
Regelventil verknüpft hilfreiche Funktionen
Eine besondere Verknüpfung diverser Funktionen bietet etwa das Regelventil TA-Smart von IMI Hydronic Engineering. Es kann unterschiedliche Parameter wie z. B. die Übertragungsleistung, die Durchflussmenge oder einfach die Ventilstellung regeln. Das Ventil mit gleichprozentiger Kennlinie bietet eine sehr hohe Regelgenauigkeit. Diese zeigt sich besonders bei niedriger Durchflussmenge unterhalb von 30 % der Nenndurchflussmenge. Darüber hinaus lassen sich neben der Durchflussmenge auch die Leistung und die Vor- und Rücklauftemperatur bzw. die Temperaturdifferenz Δt messen.
Aufgrund der Genauigkeit bei der Leistungsaufzeichnung sowie der integrierten Schnittstellen für Datenaustausch und -analyse eignet sich das Ventil darüber hinaus zum Energiemonitoring. Einige Hersteller bieten im Übrigen auch Softwareunterstützung zur Datenauslese und -analyse an. Neben Apps sind u. a. PC-Programme verfügbar.
Für die schnellere und kosteneffektivere Inbetriebnahme und Einregulierung gibt es auch spezielle Geräte, wie z. B. das TA Scope zur Messung und Dokumentation von Differenzdruckwerten, Volumenströmen, Temperaturen und Leistungen in hydraulischen Systemen. Es arbeitet mit einer interaktiven Software, bei der eine Assistentenfunktion Schritt für Schritt die Bedienung unterstützt. Die gespeicherten Daten lassen sich dadurch leicht zur Erstellung professioneller Berichte und zur zügigen Fehlerbehebung sowie besonders zur Anlagenoptimierung nutzen. So können damit z. B. die Förderhöheneinstellungen der Umwälzpumpen optimiert werden.
Fazit und Ausblick
Smarte Regelventile sind eine moderne Lösung, um den sicheren und effizienten Betrieb einer HLK-Anlage zu gewährleisten. Zu den vielen Vorteilen gehören die einfache Inbetriebnahme, die automatische Einregulierung und die Vielzahl an Funktionen.
Dabei sind besonders die Messmöglichkeiten sowie die Option zur Datenaufzeichnung und -auslese hervorzuheben. Denn eine genaue und regelmäßige Analyse der Daten erlaubt eine Anlagenoptimierung ohne großen Aufwand. Der zunehmende Einsatz smarter Ventile verdeutlicht den Trend in Richtung Automatisierung auch im SHK-Bereich.
„Das ist eine Entwicklung, die sich nicht aufhalten lässt. In anderen Ländern ist man schon viel weiter“, resümiert Alfred Brenner. „Dort bauen dann Installateure die Anlagen nach einem vorgegebenen Plan und die Inbetriebnahme auf hydraulischer Seite sowie im Bereich der Regelung erfolgt durch spezialisierte Fachfirmen. Gleichzeitig wird die Datenanalyse immer einfacher, je mehr Werte zur Verfügung stehen. Und mit der Weiterentwicklung künstlicher Intelligenz werden sich höchstwahrscheinlich noch Optionen zur Automatisierung ergeben, die wir jetzt noch gar nicht absehen können.“
