Mit dem statischen hydraulischen Abgleich werden in Heizsystemen die Durchflussmengen so einreguliert, dass eine gleichmäßige Wärmeverteilung erreicht wird. Strangregulierventile begrenzen dabei die Volumenströme auf die Durchflusswerte, die der jeweils geforderten Wärmemenge entsprechen. Eine Voraussetzung dafür ist, dass die Soll-Durchflussmengen für die einzuregulierenden Leitungsabschnitte bekannt sind. Zur Einregulierung von Neuanlagen lassen sich die Durchflussmengen aus den Berechnungsergebnissen der Rohrnetzdimensionierung entnehmen. Für bestehende Anlagen liegen diese Daten jedoch in vielen Fällen nicht vor, so dass die Durchflussmengen zunächst ermittelt werden müssen. Hier steht der SHK-Fachmann in der Praxis zunächst vor der Aufgabe, an brauchbare Daten zu gelangen.
Stehen als Ausgangsdaten die Werte für Wärmeleistung und Temperaturdifferenz zur Verfügung, können daraus die Volumenströme errechnet werden. Die zur Einregulierung benötigten Soll-Durchflussmengen werden nach der Gleichung
V = Q / c ΔT
berechnet. Die Formelzeichen stehen für den Volumenstrom V in l/h, die Wärmeleistung Q in W, die spezifische Wärmekapazität von Wasser c = 1,163 Wh/l K und die Temperaturdifferenz ΔT in K zwischen Vorlauf und Rücklauf des Heizsystems.
Wie können nun für bestehende Anlagen, wenn keine Berechnungsdaten zur Verfügung stehen, die zunächst benötigten Ausgangswerte ermittelt werden? Der Wert für die Temperaturdifferenz ΔT wird anhand der Auslegungstemperaturen oder vor Ort durch Ablesen der Vor- und Rücklauftemperaturen bestimmt. Die Wärmeleistung Q lässt sich näherungsweise rechnerisch bestimmen,
wenn die Heizlast des Gebäudes bekannt ist bzw. anhand von Erfahrungswerten bestimmt werden kann oder
wenn im Bestand die Daten der Heizflächen (Heizkörper, Fußbodenheizkreise) aufgenommen werden können.
Berechnungsformblätter für Radiator- und Flächenheizungen
Damit ergeben sich verschiedene Varianten, um die zur Einregulierung benötigten Durchflussmengen zu berechnen. Taconova zeigt als Anbieter der Setter-Regulierarmaturen in der Fachbroschüre „Energie in Balance“, wie sich die Volumenströme näherungsweise ermitteln lassen. Ergänzend dazu bietet das Unternehmen praxisgerechte Formblätter an. Die Berechnungs-Formblätter „Hydraulischer Abgleich in bestehenden Gebäuden“ sind sowohl für Heizungsanlagen mit Radiatoren als auch mit Fußbodenheizung anwendbar und ermöglichen verschiedene Wege, um die zur Einregulierung benötigten Werte zu ermitteln:
- Ermittlung der Volumenströme über die Heizlast: Die spezifische Gebäudeheizlast in W/m² wird durch eine Heizlastberechnung oder mithilfe einer überschlägigen Berechnungsmethode ermittelt. Für eine grobe Abschätzung der Heizlast für bestehende Gebäude können Kennwerte herangezogen werden. Die Anwendung dieser Kennwerte kann zwar nicht eine genaue Berechnung der Heizlast ersetzen, es lässt sich damit aber anhand des Baujahres des Gebäudes und des Wärmeschutz-Standards eine Abschätzung vornehmen.
- Ermittlung der Volumenströme über den Raumwärmebedarf oder über die Wärmeleistung der Heizflächen: Die Wärmebedarfswerte in W der einzelnen Räume werden einer zugrundeliegenden Wärmebedarfsberechnung entnommen. Stehen diese Daten nicht zur Verfügung, können mit den Formblättern die Daten der vorhandenen Heizkörper oder der Fußbodenheizkreise aufgenommen werden. Alternativ kann durch Aufnahme der zugehörigen Raumflächen die Wärmeleistung anhand der spezifischen Heizlast in W/m² näherungsweise berechnet werden.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen für die Praxis anhand konkreter Zahlenbeispiele die Anwendung der Formblätter „Hydraulischer Abgleich in bestehenden Gebäuden“, ausgehend von jeweils unterschiedlichen verfügbaren Daten. Die Beispiele 1 bis 4 stellen die Anwendungsmöglichkeiten des Formblatts für Heizungsanlagen mit Raumheizkörpern vor und die Beispiele 5 bis 7 befassen sich mit dem hydraulischen Abgleich von Fußbodenheizkreisen und zugehöriger Strangleitungen.
Formblatt zur Ermittlung der Volumenströme bei Heizkörpern
Das Berechnungs-Formblatt dient wahlweise zur Aufnahme der vorhandenen Heizkörper oder der Raumflächen. Zur Bestimmung der Wärmeleistungen stehen damit zwei Möglichkeiten zur Auswahl:
- Bestimmung der Heizkörper-Wärmeleistungen mit den erfassten Heizkörperdaten anhand von Herstellerunterlagen oder die
- Berechnung der Wärmebedarfswerte für die Räume anhand der Raumflächen und der spezifischen Heizlast.
Aus der Summe der Wärmeleistungswerte wird die Durchflussmenge für die Strangleitung berechnet.
Beispiel 1: Ermittlung über die Heizlast
Die Anwendung dieses Berechnungsweges ist zu empfehlen, wenn die Heizlastberechnung und die Raumflächen verfügbar sind. Für dieses Beispiel wird angenommen, dass eine Heizlastberechnung vorliegt, aus der eine spezifische Gebäudeheizlast von 60 W/m² hervorgeht. Weiter wird angenommen, dass es sich um ein Wohngebäude mit zwei identischen Stockwerken handelt.
Vorgehensweise: Zunächst sind die Raumflächen anhand des Grundrissplans oder durch Aufmaß vor Ort aufzunehmen, woraus sich die Gesamtfläche je Geschoss berechnen lässt. Für die beiden Geschosse ergibt sich eine gesamte zu beheizende Fläche von 2 x 56 m2 = 112 m2 (Bild 2). Aus der spezifischen Heizlast von 60 W/m² und der Summe aller Raumflächen lässt sich die Heizlast berechnen (Bild 3 Mitte). Anhand der Auslegungstemperaturen oder durch Ablesen der Vor- und Rücklauftemperaturen unter Volllastbetrieb wird die Temperaturdifferenz ΔT ermittelt und eingetragen (Bild 3 oben). Schließlich lässt sich aus den Werten für die Heizlast und ΔT der Volumenstrom für den Strang errechnen und das passende Regulierventil auswählen (Bild 3 unten).
Beispiel 2: Ermittlung über Schätzwerte
Die Anwendung dieses Berechnungsweges ist zu empfehlen, wenn außer den Raumflächen keine weiteren Daten zur Verfügung stehen.
Vorgehensweise: Aus Bild 4 lässt sich ein Erfahrungswert für die spezifische Heizlast bestehender Gebäude zur Abschätzung der Heizlast wählen. Angenommen wird hier, dass es sich um ein zwischen 1985 und 1995 errichtetes Gebäude handelt, für das eine Heizlast von 50 bis 70 W/m² angesetzt werden kann. Für die Berechnung wird in diesem Beispiel der Wert 60 W/m² gewählt. Die weitere Vorgehensweise zur Ermittlung des Volumenstroms für den Strangabgleich erfolgt entsprechend Beispiel 1.
Beispiel 3: Ermittlung über den Raumwärmebedarf
Die Anwendung dieses Berechnungsweges ist zu empfehlen, wenn Daten für den Wärmebedarf der zu beheizenden Räume zur Verfügung stehen. Für das Beispiel wird angenommen, dass eine Heizlastberechnung vorliegt, aus der die Wärmebedarfswerte in W für die einzelnen Heizkörper entnommen werden können. Weiter wird angenommen, dass es sich um ein Wohngebäude mit zwei identischen Stockwerken handelt und pro Geschoss vier Heizkörper zu versorgen sind.
Vorgehensweise: Zunächst werden die Wärmebedarfswerte für die einzelnen Heizkörper in das Formblatt eintragen und für jedes Geschoss die Summe der Wärmeleistung gebildet (Bild 5). Die Wärmeleistungen an den Verteilern werden addiert und das Ergebnis (2 x 3250 W = 6500 W) in das Feld „Summe Wärmeleistung“ für den Strang eingetragen (Bild 6 oben). Anhand der Auslegungstemperaturen oder durch Ablesen der Vor- und Rücklauftemperaturen unter Volllastbetrieb wird die Temperaturdifferenz ΔT ermittelt und eingetragen. Mit den Werten für Heizlast und ΔT lässt sich der Volumenstrom für den Strang errechnen und das passende Regulierventil auswählen (Bild 6 unten).
Beispiel 4: Ermittlung über die Wärmeleistung der Heizflächen
Die Anwendung dieses Berechnungsweges ist zu empfehlen, wenn eine Begehung der Räume möglich ist, um die Baugrößen der vorhandenen Heizkörper aufzunehmen. Für dieses Beispiel wird angenommen, dass in zwei Geschossen mit identischem Grundriss je vier Heizkörper zu versorgen sind.
Vorgehensweise: Abmessungen und Typ der vorhandenen Heizkörper sind in das Formblatt einzutragen. Zusätzlich sollte das Fabrikat der Heizkörper vermerkt werden. Aus dem Katalog des jeweiligen Heizkörper-Herstellers lassen sich anhand der erfassten Baugrößen die Wärmeleistungen ermitteln und eintragen (Bild 7). Für jedes Geschoss ergibt sich ein Gesamt-Wärmebedarf von 3250 W. Die Wärmeleistungen an den Verteilern sind zu addieren und der Wert (6500 W) ist in das Feld „Summe Wärmeleistung“ für den Strang einzuvtragen. Anhand der Auslegungstemperaturen oder durch Ablesen der Vor- und Rücklauftemperaturen unter Volllastbetrieb ist die Temperaturdifferenz ΔT zu ermitteln und einzutragen. Mit den Werten für Heizlast und ΔT lässt sich der Volumenstrom für den Strang errechnen und das passende Regulierventil auswählen. Die Zahlenwerte sind bei diesem Beispiel gleich wie in Bild 6 zum vorhergehenden Beispiel 3.
Anmerkung zur Anwendung des Formblattes zur Ermittlung der Volumenströme für den statischen Abgleich von Heizungsanlagen mit Raumheizkörpern: Aus den Werten für die Wärmeleistungen der einzelnen Heizkörper können anhand der im Formblatt beschriebenen Rechenwege auch die Durchflusswerte für den Abgleich einzelner Heizkörper, beispielsweise durch regulierbare Rücklaufverschraubungen, wie sie in Bild 11 dargestellt sind, ermittelt werden.
Formblatt für den statischen Abgleich bei Flächenheizungen
Mit diesem Berechnungs-Formblatt können die Raumflächen der Heizkreise aufgenommen werden. Anhand dieser Daten wird unter Berücksichtigung eines Korrekturfaktors für den jeweiligen Bodenbelag die Wärmeleistung der Heizkreise ermittelt. Aus der Summe der Wärmeleistungswerte werden die Durchflussmengen für die Einregulierung an den Abgleichoberteilen der Heizkreisverteiler sowie für die Strangleitung berechnet.
Beispiel 5: Ermittlung über die Heizlast
Die Anwendung dieses Berechnungsweges ist zu empfehlen, wenn als Eingangsdaten die Heizlastberechnung und die Raumflächen verfügbar sind. Für dieses Beispiel wird angenommen, dass eine Heizlastberechnung vorliegt, aus der eine spezifische Gebäudeheizlast von 60 W/m² hervorgeht. Weiter wird angenommen, dass es sich um ein Wohngebäude mit zwei identischen Stockwerken handelt und pro Geschoss drei Heizkreise zu versorgen sind.
Vorgehensweise: Die Raumflächen sind anhand des Grundrissplans zu ermitteln oder durch Aufmaß vor Ort aufzunehmen und im Formblatt unter „Raumgröße“ einzutragen (Bild 8). Aus der spezifischen Heizlast von 60 W/m², der Raumfläche in m² und dem Korrekturfaktor fB (Bild 4) gemäß dem in Bild 9 unter A) dargestellten Rechenschema ist die Wärmeleistung für jeden einzelnen Heizkreis zu berechnen und einzutragen (Bild 8). Die Summe ergibt für den Strangabgleich einen Gesamt-Wärmebedarf von 2880 W. Die Wärmeleistungen der Heizkreisverteiler sind zu addieren und das Ergebnis (5760 W) in das Feld „Summe Wärmeleistung“ für den Strang einzutragen (Bild 9 oben). Anhand der Auslegungstemperaturen oder durch Ablesen der Vor- und Rücklauftemperaturen unter Volllastbetrieb ist die Temperaturdifferenz ΔT zu ermitteln und einzutragen (Bild 9 oben). Für die Einregulierung der Abgleichoberteile an den Heizkreisverteilern wird die in l/min benötigte Durchflussmenge gemäß der unter B) dargestellten Formel für den Volumenstrom im Heizkreis ermittelt. So ergibt sich zum Beispiel für Heizkreis 2 aus der Wärmeleistung von 960 W bei einem ΔT von 7 K eine Durchflussmenge von 2,0 l/min (Bild 8). Mit den Werten für Heizlast und ΔT lässt sich der Volumenstrom für den Strang errechnen und das passende Regulierventil auswählen (Bild 9 unten).
Beispiel 6: Ermittlung über die Heizlast mit Schätzwerten
Die Anwendung dieses Berechnungsweges ist zu empfehlen, wenn außer den Raumflächen keine weiteren Daten zur Verfügung stehen.
Vorgehensweise: Aus der Tabelle in Bild 4 „Erfahrungswerte für die spezifische Heizlast bestehender Gebäude zur Abschätzung der Heizlast“ ist ein Wert für die Heizlast auszuwählen. Angenommen wird, dass es sich um ein zwischen 1985 und 1995 errichtetes Gebäude handelt, für das eine Heizlast von 50 bis 70 W/m² angesetzt werden kann. In die Berechnung wird für dieses Beispiel der Wert 60 W/m² eingesetzt (Bild 9 Mitte). Die weitere Vorgehensweise zur Ermittlung des Volumenstroms für den Strangabgleich erfolgt entsprechend wie bei Beispiel 5.
Beispiel 7: Ermittlung über den Raumwärmebedarf
Die Anwendung dieses Berechnungsweges ist zu empfehlen, wenn Daten für den Wärmebedarf der zu beheizenden Räume zur Verfügung stehen. Wie in Beispiel 5 wird angenommen, dass es sich um ein Wohngebäude mit zwei identischen Stockwerken handelt und pro Geschoss drei Heizkreise zu versorgen sind.
Vorgehensweise: Die Werte für die Wärmeleistung je Raum werden in das Formblatt unter „Wärmeleistung“ eingetragen. Die Summe ergibt für den Strangabgleich pro Heizkreisverteiler einen Gesamt-Wärmebedarf von 2880 W (Bild 8). Die Wärmeleistungen der Heizkreisverteiler sind zu addieren und das Ergebnis (5760 W) ist in das Feld „Summe Wärmeleistung“ für den Strang einzutragen (Bild 9 oben). Anhand der Auslegungstemperaturen oder durch Ablesen der Vor- und Rücklauftemperaturen unter Volllastbetrieb wird die Temperaturdifferenz ΔT ermittelt (Bild 9 oben). Für die Einregulierung der Abgleichoberteile an den Heizkreisverteilern wird die in l/min benötigte Durchflussmenge gemäß der unter B) dargestellten Formel für den Volumenstrom im Heizkreis ermittelt. So ergibt sich zum Beispiel für Heizkreis 2 aus der Wärmeleistung von 960 W bei einem ΔT von 7 K eine Durchflussmenge von 2,0 l/min (Bild 8). Mit den Werten „Summe Wärmeleistung“ und ΔT kann nun der Volumenstrom für den Strang errechnet und das passende Regulierventil ausgewählt werden (Bild 9 unten).
Wege zum näherungsweisen hydraulischen Ableich
Für die Durchführung des hydraulischen Abgleichs bestehender Heizungsanlagen werden Daten aus Wärmebedarfsberechnungen und Rohrnetzdimensionierungen benötigt. Diese Daten stehen jedoch in vielen Fällen nicht zur Verfügung. Um einen statischen hydraulischen Abgleich vorzunehmen, muss für die einzuregulierenden Leitungsabschnitte die Soll-Durchflussmenge bekannt sein. Dieser Einstellwert lässt sich auch näherungsweise ermitteln, wenn zumindest der Wert für die spezifische Heizlast vorliegt oder wenn Daten wie Heizkörpermaße und Raumflächen vor Ort aufgenommen werden können, um daraus die Wärmeleistungen zu berechnen. Sind diese Teilergebnisse ermittelt, werden nur noch die Systemtemperaturen der Anlage benötigt, um über die Werte für Wärmeleistung und Temperaturdifferenz (Spreizung) die Durchflussmenge zu berechnen.
Die Berechnungs-Formblätter „Hydraulischer Abgleich in bestehenden Gebäuden“ stehen unter https://www.taconova.com/de/ zum kostenlosen Download zur Verfügung.
Extras
Die eingangs erwähnte Fachbroschüre „Energie in Balance“ finden Sie zum Herunterladen bei den SBZ-Extras für dieses Heft.
Eine umfangreiche Auswahl von Vordrucken zur Anlagenhydraulik finden Sie auf der Homepage von Taconova. Zusätzlich haben wir die hier verwendeten Formblätter bei den SBZ Extras hinterlegt.
Autor
Wolfgang Heinl schreibt als Fachjournalist für die SHK-Branche, 88239 Wangen, Telefon (0 75 22) 90 94 31 wolfgang.heinl@t-online.de
