Heizung & Energie | Messen, Steuern, Regeln | 26.02.2013

Berechnungen für eine optimale Heizungsanlage

Statischer hydraulischer Abgleich

Durchflusswerte für den Bestand ermitteln

Mit dem statischen hydraulischen Abgleich werden in Heizsystemen die Durchflussmengen so einreguliert, dass eine gleichmäßige Wärmeverteilung erreicht wird. In der Praxis steht der SHK-Fachmann aber zunächst vor der Aufgabe, an brauchbare Daten zu gelangen. Der Beitrag stellt anhand von Berechnungsbeispielen Wege auf, wie sich die Volumenströme näherungsweise ermitteln lassen, um in bestehenden Heizungsanlagen – mit Heizkörpern oder Fußbodenheizung – den statischen hydraulischen Abgleich vorzunehmen.

  • Bild 1 Erfassung der Raumflächen zu Beispiel 1. Mit dem Wert für die spezifische Heizlast kann daraus die Wärmeleistung für den Strang berechnet werden

  • Bild 2 Mit den Werten für Heizlast und Spreizung wird die Durchflussmenge für die Einregulierung berechnet

  • Bild 3 Mit dem Formblatt zur Ermittlung der Volumenströme für den statischen hydraulischen Abgleich von Fußbodenheizkreisen können auch die Einstellwerte für die Abgleichoberteile am Heizkreisverteiler eingetragen werden, die mit dem im Formblatt dargestellten Rechenweg ermittelt wurden

  • Bild 4 Fehlen Angaben für die spezifische Heizlast des Gebäudes, können zur Abschätzung Näherungswerte herangezogen werden

  • Bild 5 Aus der Summe der Wärmeleistung für den Strang und der Temperaturdifferenz wird die Gesamt-Durchflussmenge und damit der Einstellwert für die Strangleitung ermittelt

  • Bild 6 Für die Berechnung der Volumenströme über die Wärmeleistungen wird der Wert für die Spreizung benötigt. Stehen für den hydraulischen Abgleich keine Berechnungsdaten zur Verfügung, können die Vor- und Rücklauftemperaturen bei Volllastbetrieb direkt an der Anlage aufgenommen werden

  • Bild 7 Für den hydraulischen Abgleich kann am Taconova-Abgleichventil „Setter Bypass SD“ die Soll-Durchflussmenge direkt am Bypass-Messkörper einjustiert und kontrolliert werden

Strangregulierventile zur Einstellung der Durchflussmenge begrenzen 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. Wie soll eine bestehende Heizungsanlage hydraulisch abgeglichen werden, wenn keine Berechnungsdaten vorliegen und damit auch keine Durchflussmengen bekannt sind? Zur Einregulierung von Neuanlagen lassen sich die Durchflussmengen bekanntlich 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.

 
Volumenströme mit Standardformel berechnen

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 folgenden Gleichung berechnet.

Der Wert für die Temperaturdifferenz ∆T 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

anhand von Erfahrungswerten oder

wenn im Bestand die Daten der Heizflächen (Heizkörper, Fußbodenheizkreise) und aufgenommen werden können.


Arbeitshilfen für Radiatoren- und Fußbodenheizungen

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. Die dazu verfügbaren 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. Einer davon wird nachfolgend anhand von Beispielwerten für Heizungsanlagen mit Heizkörpern sowie für Fußbodenheizkreise vorgestellt.

Für die beiden Beispiele 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.

 
Beispiel zur Ermittlung der Volumenströme für den statischen Strangabgleich von Heizungsanlagen mit Raumheizkörpern

1) Anhand des Grundrissplans oder durch Aufmaß vor Ort werden die Raumflächen aufgenommen und die Gesamtfläche je Geschoss ermittelt. Für jedes Geschoss ergibt sich eine gesamte zu beheizende Fläche von 56 m².

Bild 1:

2 x 56 m² = 112 m²

2) Die Heizlast wird aus dem Wert für die spezifische Heizlast (60 W/m²) und der Summe aller Raumflächen berechnet.

Bild 2, A):

60 W/m² x 112 m² = 6720 W

3) Die Temperaturdifferenz ∆T (Spreizung) wird anhand der Auslegungstemperaturen oder durch Ablesen der Vor- und Rücklauftemperaturen unter Volllastbetrieb (!) ermitteln und eingetragen.

Bild 2, oben:

55 °C – 40 °C = 15 K

4) Aus den Werten für die Heizlast und ∆T kann nun der Volumenstrom für den Strang berechnet und das passende Regulierventil ausgewählt werden.

Bild 2, B):

Volumenstrom im Strang:

6720 W / (70 x 15 K) = 6,4 l/min


Erläuterung: Die in Bild 2 dargestellte Formel „Volumenstrom im Strang“ enthält den Rechenfaktor 70. Dieser Wert ist eine Näherungskonstante, die sich aus der spezifischen Wärmekapazität von Wasser und einem Faktor zur Umrechnung der Einheit l/h in l/min zusammensetzt:

1,163 Wh / l × K × 60 min/h = 69,78 ~ 70

Durch die Näherungskonstante kann die Berechnung etwas vereinfacht werden. Die ausgeschriebene Darstellung der Formel verdeutlicht, wie im Rechenergebnis die Einheit l/min zustande kommt:

V = ——————————— = 6,42 l/min

1,163 Wh x 60 min x 15 K

Beispiel zur Ermittlung der Volumenströme für den statischen Abgleich von Fußbodenheizkreisen und zugehörigen Strangleitungen

1) Anhand des Grundrissplans oder durch Aufmaß vor Ort werden die Raumflächen aufgenommen und im Formblatt unter „Raumgröße“ eingetragen.

Bild 3:

Heizkreise Nr. 1 + 4: je 11 m²,

Heizkreise Nr. 2 + 5: je 16 m²,

Heizkreise Nr. 3 + 6: je 21 m²

2) Die Heizlast für den einzelnen Heizkreis wird aus dem Wert für die spezifische Heizlast (60 W/m²), der Raumfläche [m²] und dem Korrekturfaktor fB ( Bild 4) berechnet. Diese Berechnung erfolgt nach dem in à Bild 5 unter A) dargestellten Rechenschema: 

Bild 3:

Heizkreis Nr. 1:

60 W/m² x 11 m² x 1,0 = 660 W

Heizkreis Nr. 2:

60 W/m² x 16 m² x 1,0 = 960 W

Heizkreis Nr. 3:

60 W/m² x 21 m² x 1,0 = 1260 W

(für die Heizkreise 4, 5 und 6 ergeben sich aufgrund gleicher Raumgrößen dieselben Werte)

3) Die Summe ergibt den Gesamt-Wärmebedarf für den Strangabgleich.
Bild 3:

Summe Wärmeleistung Verteiler:

2880 W

Die Wärmeleistungen der Heizkreisverteiler werden addiert und das Ergebnis in das Feld „Summe Wärmeleistung“ für den Strang eintragen.

Bild 5, oben:

Summe Wärmeleistung Strang:

5760 W

4) Die Temperaturdifferenz ∆T (Spreizung) wird anhand der Auslegungstemperaturen oder durch Ablesen der Vor- und Rücklauftemperaturen unter Volllastbetrieb (!) ermitteln und eingetragen.
Bild 5, oben:

35 °C – 28 °C = 7 K

5) Für die Einregulierung der Abgleich­oberteile an den Heizkreisverteilern wird die in l/min benötigte Durchflussmenge für den Volumenstrom im Heizkreis ermittelt. So ergibt sich zum Beispiel für Heizkreis 2 aus der Wärmeleistung von 960 W bei einem ∆T von 7 K eine Durchflussmenge von 2,0 l/min (gerundetes Ergebnis).

Bild 3, Heizkreis 2:

960 W / (70 x 7 K) = 2,0 l/min

6) Aus den Werten für die Heizlast und ∆T kann nun der Volumenstrom für den Strang berechnet und das passende Regulierventil ausgewählt werden.

Bild 5, B):

Volumenstrom im Strang:

5760 W / (70 x 7 K) = 11,8 l/min

Fazit

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.

Ergänzend dazu hat Taconova auch eine Fachinformation mit ausführlichen Berechnungsbeispielen erstellt, die weitere Rechenwege beschreibt:

Ermittlung der Volumenströme über die Heizlast anhand eines Schätzwertes für die Heizlast (für Radiatoren- und Fußbodenheizungen)

Ermittlung der Volumenströme über den Raumwärmebedarf (für Radiatoren- und Fußbodenheizungen)

Ermittlung der Volumenströme über die Wärmeleistung der Heizflächen durch Aufnahme der vorhandenen Heizkörper.

Autor: Wolfgang Heinl,

Wangen

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