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Ventile & Armaturen

Was ist ein Danfoss-Strangregulierventil und warum wird es in Heiz- und Kühlsystemen eingesetzt?

Das Strangregulierventil begrenzt den Volumenstrom eines Kreises auf den Auslegungswert. Statische und dynamische Bauarten, Volumenstromberechnung über den Kv-Wert, Voreinstellung und proportionales Abgleichverfahren.

PMIngenieurteam von Pomeka Mekanik26. August 202630 min Lesezeit
Was ist ein Danfoss-Strangregulierventil und warum wird es in Heiz- und Kühlsystemen eingesetzt?

Ein Danfoss-Strangregulierventil ist ein einstellbares Drosselventil, das den Volumenstrom jedes Kreises einer Heizungs- oder Kühlanlage auf den Auslegungswert begrenzt. Seine Aufgabe ist nicht, die Strömung abzusperren, sondern das Wasser, das ein Kreis zu viel bezieht, messbar zurückzunehmen und den übrigen Kreisen ihren Anteil zu lassen. In einer nicht abgeglichenen Anlage gelangt der Volumenstrom selbst dann an die falschen Stellen, wenn die Pumpe den richtigen Gesamtvolumenstrom fördert.

Deshalb ist der hydraulische Abgleich die günstigste ingenieurtechnische Maßnahme, um Komfortprobleme zu beheben, ohne die Kesselleistung zu erhöhen, die Pumpe auszutauschen oder Heizkörper nachzurüsten. Wenn eine Steigleitung überhitzt und eine andere kalt bleibt, liegt das fast nie an fehlender Leistung, sondern an der Verteilung des Volumenstroms. Der folgende Ratgeber erklärt Schritt für Schritt, was ein Strangregulierventil ist, worin sich statische und dynamische Bauarten unterscheiden, welche beiden Einstellverfahren in der Praxis angewendet werden und wie der Volumenstrom über den Kv-Wert berechnet wird. Jeder Abschnitt ist für sich lesbar.

In diesem Ratgeber finden Sie:

Was Sie in diesem Ratgeber erwartet

  • Die Antwort auf die Frage, wozu ein Strangregulierventil dient, in einem Satz, sowie sechs Anzeichen eines fehlenden Abgleichs vor Ort
  • Den baulichen Unterschied zwischen statischem Strangregulierventil und dynamischem, d. h. druckunabhängigem Strangregulierventil
  • Was der Kv-Wert ist und wie die Volumenstromberechnung mit der Beziehung Q gleich Kv mal Quadratwurzel aus Δp funktioniert
  • Ein Zahlenbeispiel Schritt für Schritt: Volumenstrom aus dem am Messnippel abgelesenen Δp bestimmen
  • Den Vergleich zwischen dem Verfahren mit Voreinstellung (Preset) und dem proportionalen Abgleichverfahren
  • Was bei Anlagen mit variablem Volumenstrom geschieht, wenn das Thermostatventil schließt, und warum ein dynamisches Ventil nötig ist
  • In welchem Kreis die Danfoss-Familien MSV, USV, AB-QM und ASV eingesetzt werden
  • Die Größenordnung der jährlichen Einsparung je kWh durch den Abgleich, die 5 häufigsten Fehler und eine Checkliste

01Was ist ein Strangregulierventil und wozu dient es?

Ein Strangregulierventil ist ein Einstellventil mit Messnippeln, das den Widerstand eines Kreises kontrolliert erhöht und so den Volumenstrom durch diesen Kreis auf den Auslegungswert absenkt. Es enthält ein einstellbares Drosselorgan und zwei Messstellen, an denen der Druck vor und hinter diesem Organ gemessen werden kann. Der Drosselgrad wird an einer Skala abgelesen und arretiert; die Einstellung ist damit nicht zufällig, sondern an eine wiederholbare Zahl gebunden.

Von einer Absperrarmatur unterscheidet es sich in drei Punkten. Erstens wird seine Kennlinie gleichprozentig oder annähernd linear gewählt; dreht man eine halbe Umdrehung weiter, springt der Volumenstrom nicht, sondern ändert sich stufenweise. Zweitens ist im Herstellerkatalog für jede Einstellstellung ein Kv-Wert definiert, zwischen Stellung und Volumenstrom besteht also ein berechenbarer Zusammenhang. Drittens lässt sich das Ergebnis der Einstellung dank der Messnippel vor Ort überprüfen; nach getaner Arbeit kann berichtet werden, wie viele Kubikmeter Wasser pro Stunde der Kreis tatsächlich bezieht.

Die ingenieurtechnische Antwort auf die Frage, wozu ein Strangregulierventil dient, lautet: Es garantiert den Auslegungsvolumenstrom. Ohne ein Danfoss-Strangregulierventil oder ein gleichwertiges Abgleichventil lässt sich diese Garantie nicht geben. Soll in einer Anlage eine Steigleitung mit 40 kW Leistung bei einer Temperaturdifferenz von 20 K betrieben werden, ergibt sich der erforderliche Volumenstrom aus der Beziehung Q gleich P geteilt durch 1,163 mal ΔT: 40 geteilt durch 1,163 mal 20 gleich 1,72 m³/h. Die Aufgabe des Strangregulierventils ist es, durch diese Steigleitung genau 1,72 m³/h zu leiten, nicht 3 m³/h und den benachbarten Strang mit 0,8 m³/h zurückzulassen.

Unterbleibt dieser Abgleich, arbeitet die Anlage zwar weiter, aber falsch. Der Kreis mit zu hohem Volumenstrom läuft mit einer geringeren Temperaturdifferenz als ausgelegt, die Rücklauftemperatur steigt, der Brennwertkessel verlässt den Kondensationsbereich und verliert an Wirkungsgrad. Der Kreis mit zu geringem Volumenstrom wird nicht warm, der Nutzer erhöht daraufhin die Thermostattemperatur, und nun wird das gesamte Gebäude überheizt. Unsere gesamte Produktgruppe Ventile & Armaturen können Sie sich ansehen. (Details: Ventile & Armaturen)

02Woran erkennt man eine nicht abgeglichene Anlage? Sechs Anzeichen vor Ort

Eine nicht abgeglichene Anlage zeigt sich durch sechs Anzeichen, die sich auch ohne Messung ablesen lassen. Ihnen ist gemeinsam: Das Problem tritt nicht im ganzen Gebäude auf, sondern in bestimmten Bereichen. Ist die Störung überall gleich, liegt die Ursache bei Kessel, Pumpe oder Brennstoffseite; wechselt sie von Ort zu Ort, liegt die Ursache in der Volumenstromverteilung.

  • Steigleitungen nahe dem Heizraum überhitzen – die Gewohnheit, zum Abkühlen das Fenster zu öffnen, ist ein sicheres Zeichen dafür
  • Ein Teil der Heizkörper am weitesten entfernten oder im obersten Geschoss wird nicht warm, die Vorlaufleitung kommt lauwarm an
  • Wird die Pumpendrehzahl erhöht, bessert sich der ferne Kreis etwas, aber der nahe Kreis überhitzt noch stärker
  • Die Kessel-Rücklauftemperatur liegt 8-15 K über der Auslegung, die Anlagen-ΔT liegt im Bereich von 6-10 K statt bei 20 K
  • Der Kessel taktet häufig in kurzen Zyklen, die Brennerlaufzeit sinkt unter 3 Minuten
  • Das Gebäude wird warm, aber die Pumpe nimmt fast die gesamte Typenschildleistung auf, der Verbrauch liegt beim 1,5-2-Fachen des Erwarteten

Die physikalische Ursache dieses Bildes ist einfach. Das aus der Pumpe austretende Wasser bevorzugt den ersten Weg mit geringem Widerstand. Der Rohrwiderstand der Steigleitung nahe dem Heizraum ist gering, der der fernen Steigleitung hoch. Die Pumpe legt nicht an beiden Steigleitungen denselben Differenzdruck an; im nahen Kreis stellen sich 45 kPa ein, im fernen Kreis 12 kPa, also sehr unterschiedliche Werte. Da der Volumenstrom mit der Quadratwurzel des Differenzdrucks wächst, bezieht der nahe Kreis bis zum Doppelten des Wassers des fernen Kreises.

Lässt sich messen, genügen zwei Zahlen. Die erste ist die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf des Kreises; liegt ΔT unter 8 K, bezieht dieser Kreis zu viel Volumenstrom. Die zweite ist der Differenzdruck am Fuß der Steigleitung; beträgt der Unterschied zwischen den Steigleitungen mehr als das 3-Fache, ist die Anlage nicht abgeglichen. Für die Diagnose einer Anlage, deren Heizkörper nicht warm werden, haben wir einen eigenen Ratgeber. (Details: Heizkörper werden nicht warm: Kann die Umwälzpumpe die Ursache sein?)

03Was ist ein statisches Strangregulierventil? Die Logik der manuellen Einstellung

Ein statisches Strangregulierventil ist ein manuelles Abgleichventil, dessen Einstellstellung einmal von Hand festgelegt und arretiert wird und das in dieser Stellung einen konstanten Kv-Wert bietet. Das Wort „statisch“ im Namen bedeutet nicht, dass das Ventil unbeweglich wäre, sondern dass es seine Einstellung bei sich änderndem Anlagendruck nicht selbsttätig korrigiert. Die Einstellung stimmt für den Differenzdruck zum Zeitpunkt der Einstellung; ändert sich der Differenzdruck, ändert sich auch der Volumenstrom.

Der Aufbau besteht aus drei Teilen. Der erste ist der Voreinstellmechanismus, der mit Handrad oder Sechskantschlüssel gedreht wird; er umfasst üblicherweise 0 bis 4 Umdrehungen, die Zwischenstufen sind ablesbar. Der zweite ist der Drosselkegel oder eine feste Blendenplatte. Der dritte sind zwei Messnippel beiderseits des Drosselorgans, in die die Nadel einer Manometer-Messsonde dichtend eingeführt werden kann. Typische Vertreter der Danfoss-Strangregulierventile in statischer Bauart sind mit Gewindegehäuse die Danfoss MSV-B und Danfoss MSV-BD, bei großen Nennweiten mit Flanschgehäuse die Danfoss MSV-F2.

Die Stärken des statischen Ventils sind Messbarkeit und Einfachheit. Es enthält keine Membran, keine Feder und kein Kapillarrohr; gegenüber Verschmutzung und Ablagerungen ist es unempfindlich und in einem sehr breiten Nennweitenbereich von DN 15 bis DN 400 erhältlich. Für das Inbetriebnahmeprotokoll ist es ebenfalls die am besten geeignete Bauart, da sich für jeden Kreis der gemessene Volumenstrom und die Einstellung in Umdrehungen festhalten lassen.

Die Schwäche ist die Annahme eines Systems mit konstantem Volumenstrom. Ein statisches Strangregulierventil hält das richtige Ergebnis nur, wenn alle Kreise der Anlage gleichzeitig und im gleichen Verhältnis arbeiten. Beginnen die Heizkörper-Thermostatventile zu schließen, steigt der Differenzdruck der verbleibenden Kreise, und die Einstellung wird unwirksam. Deshalb ist der statische Abgleich die richtige Wahl für Steigleitungen mit konstantem Volumenstrom, Hauptverteilleitungen, Speicherladekreise und Zirkulationsleitungen.

04Was ist ein dynamisches, druckunabhängiges Strangregulierventil? Danfoss AB-QM

Ein dynamisches Strangregulierventil ist ein Ventil mit eingebautem automatischem Druckregler, das den Volumenstrom durch den Kreis unabhängig vom Differenzdruck an der eingestellten Obergrenze hält. In der Branche wird es als druckunabhängiges Abgleich- und Regelventil bezeichnet, kurz PIBCV. Der Vertreter der dynamischen Danfoss-Strangregulierventile ist die Baureihe Danfoss AB-QM.

Im Inneren befinden sich zwei Abschnitte, die in Reihe geschaltet sind. Der erste Abschnitt ist ein Differenzdruckregler mit Membran; er hält den Differenzdruck beiderseits des zweiten Abschnitts konstant. Der zweite Abschnitt ist der Volumenstrom-Einstellbereich, der üblicherweise zwischen 20 und 100 Prozent des Nennvolumenstroms stufenlos eingestellt wird. Weil der Regler den Differenzdruck im zweiten Abschnitt konstant hält, entspricht die eingestellte Öffnung unmittelbar einem Volumenstrom, und dieser bleibt auch bei wechselndem Anlagendruck erhalten.

Das praktische Ergebnis: Dasselbe Ventil übernimmt sowohl die Abgleich- als auch die Regelaufgabe. Wird ein thermischer oder modulierender Stellantrieb aufgesetzt, drosselt der Raumthermostat oder die Gebäudeautomation das Ventil; die gedrosselte Stellung entspricht weiterhin einem Volumenstrom, weil der Einfluss des Differenzdrucks ausgeschaltet ist. Die Auswahl des Stellantriebs ist ein eigenes Thema, deren Vergleich haben wir in einem eigenen Beitrag zusammengestellt. (Details: Danfoss, Siemens oder Belimo? Motorventile und Stellantriebe im Vergleich)

Um zu funktionieren, benötigt es einen Mindestdifferenzdruck. Bei Danfoss AB-QM liegt diese Schwelle bei kleinen Nennweiten in der Größenordnung von ca. 16 kPa und variiert je nach Baureihe; beim Einsatz mit Stellantrieb gilt der Wert aus dem Herstellerkatalog. Die Obergrenze liegt typischerweise bei ca. 400 kPa. Fällt der Differenzdruck des Kreises unter die Mindestschwelle, kann das Ventil den Volumenstrom nicht mehr begrenzen und verhält sich wie ein gewöhnliches Drosselventil. Deshalb wird bei der Auswahl eines dynamischen Ventils stets die Differenz zwischen Pumpenförderhöhe und Kreisverlust geprüft.

05Was leistet ein Differenzdruckregler? Danfoss ASV und USV

Ein Differenzdruckregler ist ein automatisches Ventil, das den Differenzdruck zwischen den Enden einer Steigleitung oder eines Zweigs auf dem eingestellten Wert konstant hält. Vom Strangregulierventil unterscheidet er sich dadurch, dass er nicht den Volumenstrom, sondern den Druck zum Ziel hat. Bei Danfoss übernehmen diese Aufgabe die Ventile Danfoss ASV-PV und ASV-P; sie werden im Rücklauf der Steigleitung montiert und über ein Kapillarrohr mit dem Partnerventil im Vorlauf der Steigleitung verbunden.

Die andere Hälfte dieses Paares ist das Partnerventil. Diese Ventile, bekannt als Danfoss USV-I und USV-M und im neueren Katalog auch unter den Bezeichnungen ASV-I und ASV-M geführt, werden im Vorlauf der Steigleitung eingebaut; sie tragen den Kapillaranschluss, die Absperrfunktion, die Entleerung und den Messnippel. Das Danfoss USV-I ist die Bauart mit Mess- und Voreinstellmöglichkeit, das USV-M erfüllt nur die Aufgabe der Absperrung und des Kapillaranschlusses.

Die Einstellbereiche variieren je nach Baureihe; gängige Bereiche liegen in der Größenordnung von 5-25 kPa, 20-40 kPa und 35-75 kPa. Bei Wohnungs-Steigleitungen mit Heizkörpern sind ca. 10 kPa, bei Fan-Coil-Steigleitungen ca. 20-30 kPa typische Startwerte. Den Differenzdruck, den der schwächste Verbraucher am Kopf der Steigleitung benötigt, übersteigt man bei der Einstellung geringfügig.

Der eigentliche Nutzen des Differenzdruckreglers liegt darin, Geräusche und Autorität der Thermostatventile zu verbessern. Ein Heizkörper-Thermostatventil beginnt bei Differenzdrücken über 30 kPa zu zischen; wird der Druck der Steigleitung bei ca. 10 kPa konstant gehalten, entfällt diese Geräuschquelle. Unsere Produktgruppe Heizung können Sie sich ansehen. (Details: Heizung)

06Was ist der Kv-Wert? Die Beziehung zwischen Volumenstrom und Differenzdruck

Der Kv-Wert ist der Wasservolumenstrom in Kubikmeter pro Stunde, den ein Ventil bei einer bestimmten Öffnung unter 1 bar Differenzdruck durchlässt. Das Bezugsmedium ist Wasser bei etwa 20 °C. Der Kv-Wert beschreibt die Durchlässigkeit des Ventils in dieser Stellung mit einer einzigen Zahl, und die gesamte Volumenstromberechnung für Strangregulierventile baut auf dieser einen Zahl auf.

Die Grundbeziehung lautet: Q gleich Kv mal Quadratwurzel aus Δp. Dabei ist Q der Volumenstrom in Kubikmeter pro Stunde und Δp der Differenzdruck über dem Ventil in bar. Die Beziehung wird auch umgekehrt verwendet: Δp gleich Q geteilt durch Kv, das Ergebnis quadriert. Mit dieser zweiten Form findet man, wie stark gedrosselt werden muss, um in einem Kreis einen bestimmten Volumenstrom zu halten.

Die Umrechnung der Einheiten ist die häufigste Fehlerquelle. Manometer vor Ort zeigen meist kPa oder mbar an; 1 bar gleich 100 kPa gleich 1000 mbar. Außerdem entspricht 1 bar etwa 10,2 mWS. Setzt man Δp in kPa unmittelbar in die Beziehung ein, wird der Volumenstrom grob um das 10-Fache zu groß ausgewiesen; dieser Fehler findet sich häufig in Inbetriebnahmeprotokollen.

Kvs und Kv dürfen nicht verwechselt werden. Der Kvs-Wert ist die Durchlässigkeit des Ventils in vollständig geöffneter Stellung und eine einzelne Zahl. Der Kv-Wert dagegen ist für jede Voreinstellung einzeln tabelliert; bei einem Ventil DN 25 kann der Kv bei 0,5 Umdrehungen 1,2 betragen, bei 4 Umdrehungen 8,5. Bei der Auswahl gilt nicht der Kvs-Wert, sondern der Kv-Wert im Betriebspunkt. Für die vollständige Volumenstromberechnung bei der Auswahl von Ventilen und Armaturen sollte auch das Berechnungsverfahren auf der Pumpenseite herangezogen werden. (Details: Wie berechnet man den Pumpenvolumenstrom? m³/h, l/min und Druckberechnung)

07Wie wird ein Strangregulierventil eingestellt? Messung, Berechnung und Preset-Verfahren

Die Antwort auf die Frage, wie ein Strangregulierventil eingestellt wird, besteht aus drei Schritten: den erforderlichen Volumenstrom berechnen, an den Messnippeln des Ventils Δp ablesen, aus dem abgelesenen Δp und der Kv-Tabelle den durchströmenden Volumenstrom ermitteln und bei Abweichung die Einstellung korrigieren. Der Vorgang wird für jeden Kreis wiederholt, und das Ergebnis wird nicht in eine Tabelle, sondern in eine Inbetriebnahmeliste eingetragen.

Der erste Schritt ist der Auslegungsvolumenstrom. Wenn für eine Fan-Coil-Steigleitung mit 28 kW Leistung eine Temperaturdifferenz von 12 K vorgesehen ist, beträgt der erforderliche Volumenstrom Q gleich 28 geteilt durch 1,163 mal 12 gleich 28 geteilt durch 13,96 gleich 2,01 m³/h. Diese Zahl ist das Ziel der Einstellung des Danfoss-Strangregulierventils.

Der zweite Schritt ist die Messung. Das Ventil wurde zunächst mit 2,0 Umdrehungen geöffnet gelassen, und der Katalog gibt für diese Stellung einen Kv-Wert von 4,2 an. Die Messnadeln des digitalen Differenzdruckmessgeräts werden in die beiden Messnippel gesteckt, und es werden 26 kPa abgelesen. Dieser Wert wird in bar umgerechnet: 26 geteilt durch 100 gleich 0,26 bar.

Der dritte Schritt ist die Berechnung des Volumenstroms. Aus der Beziehung Q gleich Kv mal Quadratwurzel aus Δp ergibt sich Q gleich 4,2 mal Quadratwurzel aus 0,26 gleich 4,2 mal 0,510 gleich 2,14 m³/h. Da der gemessene Volumenstrom 2,14 m³/h und das Ziel 2,01 m³/h beträgt, bezieht der Kreis ca. 6,5 Prozent zu viel Wasser. Weil das Toleranzband üblicherweise plus/minus 10 Prozent beträgt, liegt dieser Kreis innerhalb der Grenze und erfordert keinen Eingriff.

Läge die Abweichung außerhalb des Bandes, würde der erforderliche neue Kv-Wert berechnet. Bei einem Zielvolumenstrom von 2,01 m³/h und einem gemessenen Differenzdruck von 0,26 bar ergibt sich der erforderliche Kv gleich Q geteilt durch Quadratwurzel aus Δp gleich 2,01 geteilt durch 0,510 gleich 3,94. Liegt die Stellung mit einem Kv-Wert von 3,94 laut Katalog z. B. bei 1,8 Umdrehungen, wird das Ventil von 2,0 auf 1,8 Umdrehungen gedrosselt. Nach dem Drosseln wird die Messung wiederholt, denn die Drosselung verändert auch den Differenzdruck des Kreises etwas.

Bei der Messung gelten zwei Praxisregeln. Erstens müssen während der Messung die Pumpe mit Nenndrehzahl laufen und alle Kreise geöffnet sein; ein im Teillastbetrieb durchgeführter Abgleich geht bei Volllast verloren. Zweitens geht die Messgenauigkeit verloren, wenn Δp unter 3 kPa fällt; in diesem Fall wird das Ventil um eine Stufe weiter gedrosselt, um einen messbaren Differenzdruck zu erzeugen, oder es wird ein Ventil mit kleinerer Nennweite verwendet.

Das Preset-Verfahren ist ein Abgleichverfahren, bei dem die Voreinstellung jedes Ventils nicht vor Ort, sondern am Schreibtisch berechnet und bei der Montage unmittelbar eingestellt wird. Der Voreinstellwert (Preset) ist die am Ventil ablesbare und arretierbare Zahl, die angibt, um wie viele Umdrehungen oder Stufen das Drosselorgan geöffnet ist. Die Kv-Tabelle im Katalog des Danfoss-Strangregulierventils ist die Eingangsgröße dieser Berechnung. Voraussetzung des Verfahrens ist, dass die hydraulische Berechnung im Anlagenprojekt durchgeführt wurde.

Der Ablauf umfasst vier Schritte. Zunächst wird der Auslegungsvolumenstrom jedes Kreises aus Heizlast und ΔT bestimmt. Dann wird der Rohr- und Armaturenverlust des Kreises berechnet. Danach ermittelt man den Restdruck zwischen dem Differenzdruck, den die Pumpe an diesem Kreis aufbringt, und dem natürlichen Verlust des Kreises; das ist der Druck, den das Strangregulierventil abbauen muss. Zuletzt werden mit der Beziehung Kv gleich Q geteilt durch Quadratwurzel aus Restdruck Δp der erforderliche Kv-Wert und die zugehörige Voreinstellung abgelesen.

Ein Zahlenbeispiel verdeutlicht das Verfahren. Der Auslegungsvolumenstrom eines Kreises betrage 1,5 m³/h, der Rohr- und Geräteverlust 22 kPa, der von der Pumpe an diesem Punkt gelieferte Differenzdruck 60 kPa. Der Restdruck ergibt sich zu 60 minus 22 gleich 38 kPa, also 0,38 bar. Der erforderliche Kv gleich 1,5 geteilt durch Quadratwurzel aus 0,38 gleich 1,5 geteilt durch 0,616 gleich 2,43. Welche Voreinstellung im Katalog den Kv-Wert 2,43 liefert, auf diese Stellung wird das Ventil bei der Montage gestellt.

Der Vorzug des Verfahrens ist seine Schnelligkeit. In einem Gebäude mit Hunderten von Kreisen kann das Montageteam alle Ventile ohne Messung einstellen; gemessen wird nur an ausgewählten Kreisen zur Kontrolle. Die Schwäche liegt darin, dass es von der Übereinstimmung der Berechnung mit der Realität abhängt. Weicht die Rohrführung vom Projekt ab, ändert sich eine Nennweite oder werden bei der Montage zusätzliche Bögen eingebaut, trifft der berechnete Restdruck nicht mehr zu. Deshalb wird das Preset-Verfahren stets mit einer Stichprobenmessung abgeschlossen: Gemessen werden der entfernteste Kreis, der nächstgelegene Kreis und zwei Kreise dazwischen.

08Wie wird das proportionale Abgleichverfahren angewendet?

Das proportionale Abgleichverfahren ist ein Verfahren vor Ort, das ohne Berechnung allein mit Messungen arbeitet und alle Kreise im Verhältnis zueinander abgleicht. Die Grundidee: Für jeden Kreis wird das Verhältnis des gemessenen Volumenstroms zum Auslegungsvolumenstrom berechnet, und dieses Verhältnis wird in allen Kreisen angeglichen. Sind die Verhältnisse angeglichen, ist die Anlage abgeglichen; die verbleibende Arbeit besteht darin, den Gesamtvolumenstrom an der Pumpe einzustellen.

Die Vorgehensweise ist wie folgt. Zunächst werden alle Strangregulierventile vollständig geöffnet, und die Pumpe läuft mit Nenndrehzahl. In jedem Kreis wird Δp abgelesen und aus der Kv-Tabelle der Volumenstrom bestimmt. Dann wird für jeden Kreis das Verhältnis berechnet: gemessener Volumenstrom geteilt durch Auslegungsvolumenstrom. Der Kreis mit dem kleinsten Verhältnis wird als Referenzkreis, d. h. Index-Kreis, gewählt; dieser Kreis ist der am schlechtesten versorgte und wird niemals gedrosselt.

Anschließend werden die übrigen Kreise nacheinander auf das Verhältnis des Referenzkreises abgesenkt. In einem Beispielzweig seien vier Kreise vorhanden. Gemessen worden seien für Kreis A ein Verhältnis von 1,45, für Kreis B 1,22, für Kreis C 1,08 und für Kreis D 0,84. Referenzkreis ist Kreis D. Das Ventil A wird gedrosselt, bis sein Verhältnis auf 0,84 sinkt; da durch die Drosselung der Volumenstrom der anderen Kreise steigt, werden die Messungen erneuert. Danach werden B und dann C auf dieselbe Weise abgesenkt. Sind die Verhältnisse innerhalb des Zweigs angeglichen, wird der Zweig selbst auf der nächsthöheren Ebene wie ein einzelner Kreis behandelt.

Der letzte Schritt betrifft die Pumpe. Wurden die Verhältnisse aller Kreise z. B. auf 0,84 angeglichen, bezieht in der Anlage jeder Kreis 84 Prozent seines Auslegungswerts. Die Pumpendrehzahl oder das Ventil in der Hauptleitung wird so geöffnet, dass 100 Prozent erreicht werden, und alle Volumenströme steigen gemeinsam, ohne dass die Verhältnisse gestört werden. Das ist der wertvollste Aspekt des proportionalen Abgleichverfahrens: Ist der relative Abgleich einmal hergestellt, lässt sich der Gesamtvolumenstrom von einem einzigen Punkt aus skalieren.

Der Preis des Verfahrens ist Zeit. Weil jede Drosselung die übrigen Messungen verändert, werden die Iterationen mit steigender Kreiszahl länger; ein Zweig mit 20 Kreisen nimmt für ein Zweierteam typischerweise einen halben Tag in Anspruch. Dafür ist es das einzige zuverlässige Verfahren, das bei Anlagen ohne Projektberechnung, bei nachträglich geänderten oder undokumentierten Anlagen angewendet werden kann.

09Warum braucht man bei Anlagen mit variablem Volumenstrom ein dynamisches Ventil?

In einer Anlage mit variablem Volumenstrom steigt der Anlagenwiderstand, wenn Thermostatventile und Zweiwege-Regelventile schließen; dagegen steigt die Pumpenförderhöhe, und der Differenzdruck über den geöffnet bleibenden Kreisen wird größer. Ein statisches Strangregulierventil kann diese Änderung nicht erfassen; seine Einstellung ist auf den Differenzdruck zum Zeitpunkt der Einstellung festgelegt. Die Folge ist im Teillastbetrieb ein unvermeidlicher Überstrom.

Die Größenordnung zeigt sich in der Rechnung. In einem Kreis sei bei Volllast unter 20 kPa Differenzdruck ein Volumenstrom von 1,00 m³/h eingestellt; daraus ergibt sich Kv gleich 1,00 geteilt durch Quadratwurzel aus 0,20 gleich 2,24. Schließt die Hälfte der Kreise im Gebäude, steige der Differenzdruck über demselben Kreis auf 50 kPa. Der neue Volumenstrom beträgt Q gleich 2,24 mal Quadratwurzel aus 0,50 gleich 2,24 mal 0,707 gleich 1,58 m³/h. Der Kreis bezieht im Teillastbetrieb also 58 Prozent mehr als ausgelegt.

Dieser Überschuss hat drei Nachteile. Erstens bricht ΔT ein; da der Wärmeübertrager oder das Fan-Coil-Register dieselbe Wärme an mehr Wasser abgibt, steigt die Rücklauftemperatur, und der Wirkungsgrad von Brennwertkessel oder Wärmepumpe sinkt. Zweitens geht die Autorität des Regelventils verloren; in den ersten 20 Prozent des Ventilhubs fließen mehr als 70 Prozent der Kapazität, die Raumtemperatur beginnt zu pendeln. Drittens steigt der Stromverbrauch, weil die Pumpe unnötigen Volumenstrom fördert.

Ein druckunabhängiges Strangregulierventil löst diese drei Probleme in einem Zug. Da der interne Regler den Differenzdruck über dem Regelabschnitt konstant hält, wird der eingestellte Volumenstrom nicht überschritten, ob die Anlage nun 20 kPa oder 300 kPa aufweist. Die Autorität des Regelventils nähert sich in der Praxis dem Wert 1, ΔT bleibt erhalten, und die Pumpe fördert im Teillastbetrieb keinen unnötigen Volumenstrom. Für das Gegenstück auf der Pumpenseite bei Anlagen mit variablem Volumenstrom sollten auch Lösungen mit Frequenzumrichter betrachtet werden. (Details: Pumpe mit Frequenzumrichter: Was ist das? Spart sie wirklich Strom?)

10Wie lassen sich die Danfoss-Produktfamilien mit den Äquivalenten von Caleffi und Watts vergleichen?

Das Sortiment der Danfoss-Strangregulierventile gliedert sich in vier Familien, und jede Familie hat eine klar umrissene Aufgabe. Bei der Auswahl eines Danfoss-Strangregulierventils beginnt man damit, aus diesen vier Familien die richtige zu finden. Die Auswahl erfolgt über die Fragen, ob der Kreis mit konstantem oder variablem Volumenstrom arbeitet und ob der abzugleichende Punkt ein Endgerät, eine Steigleitung oder eine Hauptleitung ist.

  • Danfoss MSV-B und MSV-BD – manuelles statisches Strangregulierventil mit Gewindegehäuse, mit Messnippeln und Voreinstellung, typischerweise zwischen DN 15 und DN 50, für Steigleitungen und Zweige mit konstantem Volumenstrom
  • Danfoss MSV-F2 – statisches Strangregulierventil mit Flanschgehäuse, bei großen Nennweiten für Hauptverteilleitungen, Kessel- und Kältemaschinenkreise
  • Danfoss USV-I – Partnerventil im Vorlauf der Steigleitung, Kapillaranschluss, Messnippel und Absperrfunktion in einem
  • Danfoss USV-M – vereinfachtes Partnerventil, das nur die Aufgabe der Absperrung und des Kapillaranschlusses erfüllt
  • Danfoss ASV-PV und ASV-P – automatischer Differenzdruckregler im Rücklauf der Steigleitung, Einstellbereich je nach Baureihe im Bereich von 5-75 kPa
  • Danfoss AB-QM – druckunabhängiges Abgleich- und Regelventil, Stellantrieb aufsetzbar, für Fan-Coil-Register und Register von Klimazentralgeräten sowie für Steigleitungsenden

Die Entscheidungsregel lässt sich in drei Sätzen zusammenfassen. Hat das Endgerät ein Regelventil, übernimmt das Danfoss AB-QM allein sowohl Abgleich als auch Regelung, und ein zusätzliches statisches Ventil ist nicht nötig. Haben die Endgeräte Thermostatventile, wird am Fuß der Steigleitung das Paar aus Danfoss ASV-PV und Danfoss USV-I eingesetzt. Ist der Kreis vollständig mit konstantem Volumenstrom ausgelegt, genügt das Danfoss MSV-B oder bei großen Nennweiten das Danfoss MSV-F2.

Auch Werkstoff und Temperaturgrenzen fließen in die Auswahl ein. Gewindegehäuse bestehen in der Regel aus korrosionsbeständiger Bronze oder aus entzinkungsbeständigem Messing (DZR), Flanschgehäuse aus Gusseisen. Die Betriebstemperatur reicht auf der Heizungsseite bis in die Größenordnung von 120 °C, auf der Kühlungsseite hinab bis minus 10 °C; in Kühlkreisen wird zur Vermeidung von Kondensation eine Dämmschale verwendet. Alle von uns geführten Marken können Sie sich ansehen. (Details: unsere Markenseite)

Auf dem Markt für Strangregulierventile gibt es auch außerhalb von Danfoss ausgereifte Produktfamilien, und technisch arbeiten sie nach demselben physikalischen Gesetz. Der Vergleich erfolgt nicht über die Marke, sondern über vier technische Kriterien: Auflösung der Voreinstellung, Vorhandensein von Messnippeln, Mindestdifferenzdruck bei dynamischer Bauart und Detailtiefe der Kv-Tabelle im Katalog.

  • Danfoss MSV-B – manuell statisch, mit Messnippeln, vier Umdrehungen Voreinstellung, Gewindegehäuse, umfangreiche Kv-Tabelle
  • Caleffi Baureihe 130 – manuelles statisches Abgleichventil, mit Messanschlüssen, voreinstellbar und arretierbar, gleichwertiges Einsatzgebiet
  • Caleffi 132 FLOWCAL – automatischer Volumenstrombegrenzer mit Kartusche, arbeitet mit einer Kartusche für konstanten Volumenstrom, erfordert statt stufenloser Einstellung einen Kartuschenwechsel
  • Watts hydraulische Abgleichventile – manuelle statische Bauarten und automatische Volumenstrombegrenzer verfügbar, Modellcodes variieren je nach Baureihe und Nennweite, bei der Auswahl gilt die Kv-Tabelle des Herstellers
  • Honeywell Kombi-3-plus – manuelle Bauart, die Absperrung, Entleerung und Abgleich in einem Gehäuse vereint, in Wohnungs-Steigleitungen verbreitet
  • Danfoss AB-QM – druckunabhängige Bauart, Volumenstromeinstellung stufenlos im Bereich von 20-100 Prozent, direkt per Stellantrieb regelbar

Der Unterschied zwischen automatischen Volumenstrombegrenzern mit Kartusche und druckunabhängigen Strangregulierventilen ist wichtig und wird häufig verwechselt. Die Kartuschenbauart hält nur einen einzigen Volumenstrom, der auf der Kartusche aufgedruckt ist; um den Volumenstrom zu ändern, muss die Kartusche ausgebaut werden. Bei der druckunabhängigen Bauart wird der Volumenstrom dagegen am Handrad stufenlos eingestellt und kann bei der Inbetriebnahme erneut geändert werden. In Büro- und Hotelprojekten mit wechselnder Nutzung ist diese Flexibilität ausschlaggebend.

Ein Punkt muss ausdrücklich genannt werden: Nicht alle hier genannten Marken gehören zum Portfolio von Pomeka Mekanik. Bei den Abgleich- und Regelventilen finden sich in unserem Portfolio Produkte von Danfoss, Caleffi, Watts, Honeywell und Siemens; Marken, die nicht im Portfolio sind, werden in diesem Beitrag ausschließlich zum technischen Vergleich genannt. Für die projektbezogene Festlegung gleichwertiger Produkte können Sie uns schreiben. (Details: unsere Kontaktseite)

11Statisch oder dynamisch? Welche Lösung passt zu wem?

Die entscheidende Frage lautet: Ändert sich der Differenzdruck des Kreises im Betrieb? Wenn nicht, ist das statische Strangregulierventil günstiger, langlebiger und ausreichend. Wenn ja, ist ein dynamisches Strangregulierventil zwingend, weil ein statisches Ventil im Teillastbetrieb seine Einstellung nicht halten kann.

  • Kessel-Ladekreis mit konstantem Volumenstrom, Speicherladeleitung, Zirkulationsleitung – statisches Strangregulierventil, Danfoss MSV-B
  • Hauptverteil-Steigleitung, Verdampferkreis der Kältemaschine, Hauptleitung mit großer Nennweite – statische Flanschbauart, Danfoss MSV-F2
  • Wohnungs-Steigleitung mit Heizkörper-Thermostatventilen – Differenzdruckregler am Steigleitungsfuß, Danfoss ASV-PV plus Danfoss USV-I
  • Fan-Coil und Klimazentralgeräte-Register mit Zweiwege-Regelventil – druckunabhängige Bauart, Danfoss AB-QM
  • Fußbodenheizungsverteiler – Einstellung über Durchflussmesser im Verteiler plus Strangregulierventil am Verteilereingang
  • Gebäude wie Hotels und Büros, in denen die Teillast unter 50 Prozent fällt – dynamische Bauart; die statische Bauart liefert im Teillastbetrieb 40-60 Prozent Überstrom

Bei den Kostenpositionen wird das statische Ventil mit geringerer Investition installiert, aber der Abgleich ist arbeitsaufwendig; Stunden für Messung und Iteration kommen zum Projekt hinzu. Das dynamische Ventil ist auf der Investitionsseite teurer, dafür verkürzt sich die Inbetriebnahme, weil die Einstellung vor Ort nicht per Messung, sondern unmittelbar an der Volumenstromskala erfolgt. Bei Projekten mit mehr als hundert Kreisen nähert dieser Unterschied beim Arbeitsaufwand die Gesamtkosten beider Optionen einander an.

Das klare Urteil lautet: In jeder Anlage mit Zweiwege-Regelventil und variablem Volumenstrom sollte die druckunabhängige Bauart gewählt werden. In Anlagen mit konstantem Volumenstrom und Dreiwegeventil genügt dagegen die statische Bauart, und sie sollte bevorzugt werden, um unnötige Komplexität zu vermeiden. Die Wahl zwischen Zweiwege- und Dreiwegeventil haben wir in einem eigenen Beitrag behandelt. (Details: 2-Wege-Ventil oder 3-Wege-Ventil? Welches wird wo eingesetzt?)

12Wo wird ein Strangregulierventil eingebaut? Montageregeln und Ablauf der Inbetriebnahme

Die kurze Antwort auf die Frage, wo ein Strangregulierventil eingebaut wird, lautet: in der Rücklaufleitung. Der Einbau im Rücklauf hat den Grund, dass die Messtemperatur niedriger und stabiler ist, das Risiko von Luftansammlung im Gehäuse sinkt und die Absperrfunktion bei der Wartung praktischer ist. Der Einbau in der Vorlaufleitung ist möglich, aber die Nähe der Messnippel zu heißen Oberflächen erschwert sowohl die Messung als auch die Arbeitssicherheit.

Damit die Messung stimmt, wird die Regel für gerade Rohrstrecken eingehalten. Am Ventileintritt bleibt mindestens das 5-Fache des Durchmessers, am Austritt mindestens das 2-Fache als gerade Rohrstrecke. Bei einem Ventil DN 40 bedeutet das am Eintritt ca. 200 mm, am Austritt ca. 80 mm. Wird unmittelbar vor dem Ventil ein Bogen, ein Pumpenaustritt, eine Reduzierung oder ein Rückschlagventil angeordnet, wird das Strömungsprofil gestört, und der gemessene Differenzdruck gibt den tatsächlichen Volumenstrom nicht wieder.

  • Die Einbaulage muss dem Strömungspfeil auf dem Gehäuse entsprechen; bei umgekehrtem Einbau ist die Voreinstelltabelle ungültig
  • Vor dem Ventil ist ein Schmutzfänger anzuordnen; Ablagerungen schleifen den Drosselkegel ab und verschieben den Kv-Wert dauerhaft
  • Die Messnippel sind in zugänglicher Richtung zu belassen; bei Montage in der Decke ist eine Revisionsöffnung einzuplanen
  • Nach Abschluss der Einstellung muss die Voreinstellung unbedingt arretiert und im Inbetriebnahmeprotokoll festgehalten werden
  • In Kühlkreisen ist das Gehäuse zu dämmen und der Nippelbereich gegen Kondensattropfen zu schützen
  • Das Kapillarrohr des Differenzdruckreglers darf nicht gequetscht und nicht scharf geknickt werden, und beim Entleeren darf keine Luft eindringen

Zur horizontalen und vertikalen Einbaulage gilt die allgemeine Regel, dass manuelle statische Ventile in beiden Lagen arbeiten können, membrangesteuerte Differenzdruckregler dagegen in der vom Hersteller angegebenen Lage montiert werden müssen. Bei der Inbetriebnahme ist Voraussetzung, dass das System gespült und entlüftet ist; eine Differenzdruckmessung in einem Kreis mit Luftblasen ist unzuverlässig. Unsere Produktgruppe Installationstechnik können Sie sich ansehen. (Details: Installationstechnik)

Der hydraulische Abgleich wird nach Abschluss von Druckprüfung und Spülung der Anlage und unmittelbar nach der Inbetriebnahme des Wärmeerzeugers durchgeführt. Ein Abgleich in einer verschmutzten Anlage ist ungültig, denn der Kreiswiderstand ändert sich, sobald Ablagerungen den Schmutzfänger zusetzen, und die Einstellung verschiebt sich. Ebenso zeigt die Differenzdruckmessung in einem nicht entlüfteten Kreis instabile Werte.

  • Schritt 1 – Die Anlage wird gespült, die Schmutzfänger werden gereinigt, der Anlagendruck wird auf den Betriebswert gebracht
  • Schritt 2 – An automatischen und manuellen Entlüftern wird die Luft vollständig abgelassen, an den Steigleitungsenden wird die Entlüftung kontrolliert
  • Schritt 3 – Alle Strangregulierventile und alle Thermostatventile werden vollständig geöffnet
  • Schritt 4 – Die Pumpe läuft mit Nenndrehzahl, der Gesamtvolumenstrom der Hauptleitung wird gemessen
  • Schritt 5 – Zweig für Zweig wird das proportionale Abgleichverfahren oder die berechnete Preset-Voreinstellung angewendet
  • Schritt 6 – Die Einstellungen werden arretiert, für jeden Kreis werden gemessener Volumenstrom und Einstellstellung im Inbetriebnahmeprotokoll festgehalten
  • Schritt 7 – Die Anlage läuft 24 Stunden bei Volllast; die ΔT-Werte der Steigleitungen und die Kessel-Rücklauftemperatur werden verifiziert

Das Inbetriebnahmeprotokoll hat auch rechtlichen Wert. EN 14336 beschreibt die Installation und Inbetriebnahme von Heizungsanlagen, EN 12828 die Planung von Heizungsanlagen in Gebäuden, und beide erwarten, dass die Abgleichergebnisse dokumentiert werden. Auf der Trinkwasserseite liefern TS EN 806-3 und DIN 1988-300 die Regeln zur Rohrdimensionierung und zur Strömungsgeschwindigkeit; der Abgleich von Zirkulationsleitungen wird im Rahmen dieser Normen betrachtet.

In Bestandsgebäuden kehrt sich die Reihenfolge um. Zuerst wird der Ist-Zustand gemessen und eine Karte der Ungleichgewichte erstellt; man sieht, welche Steigleitung um das Wievielfache mehr Volumenstrom bezieht. Dann werden die Einbaustellen der Ventile festgelegt, anschließend erfolgt der Abgleich.

13Der Energiegewinn durch den Abgleich: Jahresgrößenordnung je kWh

Der Energiegewinn durch den hydraulischen Abgleich stammt aus zwei getrennten Posten: Pumpenstrom und Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers. Beide sind voneinander unabhängig und ergeben summiert in einem Gebäude typischerweise eine jährliche Energieverbesserung im Bereich von 10-20 Prozent. Bei einem Abgleich mit Danfoss-Strangregulierventilen werden beide Posten gemeinsam ausgewiesen. Die folgende Rechnung dient der Veranschaulichung der Größenordnung; für jedes Gebäude muss sie durch Messung bestätigt werden.

Zuerst die Pumpenseite. Läuft eine Umwälzpumpe mit 1,5 kW Typenschildleistung während der Heizperiode 5000 Stunden, beträgt der Jahresverbrauch grob 1,5 mal 5000 gleich 7500 kWh/Jahr. Sinkt der Gesamtvolumenstrom nach dem Abgleich auf den Auslegungswert und hat sich der Überstrom um 25 Prozent verringert, fällt die aufgenommene Leistung bei einer drehzahlvariablen Pumpe grob proportional zum Quadrat des Volumenstroms: 0,75 zum Quadrat gleich 0,56, also 1,5 mal 0,56 gleich 0,84 kW. Der neue Verbrauch beträgt 0,84 mal 5000 gleich 4200 kWh/Jahr, und der Gewinn liegt in der Größenordnung von 3300 kWh/Jahr.

Bei Pumpen mit konstanter Drehzahl entsteht dieser Gewinn nicht, denn die Drosselung verschiebt die Pumpe auf der Kennlinie nach links, und der Leistungsrückgang fällt viel geringer aus. Deshalb wird der Abgleich, wo immer möglich, gemeinsam mit einer drehzahlgeregelten Pumpe geplant. Warum eine Pumpe zu viel Strom verbraucht, untersucht ein eigener Beitrag ausführlich. (Details: Warum verbraucht eine Pumpe so viel Strom? 8 Wege, den Energieverbrauch zu senken)

Nun die Seite des Wärmeerzeugers. Sinkt bei einem Brennwertkessel die Rücklauftemperatur von 55 °C auf 45 °C, steigt der Jahresnutzungsgrad typischerweise um 3-6 Punkte. Bei einem Kessel mit 200 kW Leistung und 1200 Volllaststunden pro Jahr liegt die jährliche Wärmeerzeugung in der Größenordnung von 240000 kWh; eine Wirkungsgradverbesserung um 4 Prozent bedeutet grob 9600 kWh/Jahr Brennstoffeinsparung. Bei Anlagen mit Wärmepumpe ist die Wirkung noch größer, da sich eine niedrige Rücklauftemperatur unmittelbar im COP-Wert niederschlägt.

Ein dritter Posten sind Komfort und Beschwerdekosten, die sich schwer in Zahlen fassen lassen. In einem abgeglichenen Gebäude kann die Raumtemperatur im Band von plus/minus 1 K um den Zielwert gehalten werden; im unabgeglichenen Gebäude haben bei gleicher Einstellung manche Wohnungen 24 °C, andere 18 °C. In überhitzten Wohnungen kann die Gewohnheit, das Fenster zu öffnen, allein den jährlichen Wärmeverbrauch in der Größenordnung von 10 Prozent erhöhen. Unseren Ansatz zur Energieeffizienz haben wir gesondert beschrieben. (Details: Energieeffizienz in mechanischen Anlagen)

14Wie erfolgt der Abgleich bei Fußbodenheizung und Fan-Coil-Kreisen?

Fußbodenheizungs- und Fan-Coil-Kreise erfordern eine unterschiedliche Abgleichlogik. Bei der Fußbodenheizung ist die Zahl der Kreise groß, der Volumenstrom je Kreis klein, und der Abgleich erfolgt am Verteiler. Bei Fan-Coil-Kreisen besitzt dagegen jedes Endgerät sein eigenes Regelventil, und der Abgleich erfolgt am Endgerät.

Am Fußbodenheizungsverteiler befindet sich für jeden Kreis ein Durchflussmesser (Rotameter), und der typische Einstellbereich liegt zwischen 0,5 und 5 l/min. Der Volumenstrom des Kreises wird nach der Kreislänge bestimmt: Für eine Fläche von ca. 15 m² mit 100 Metern Rohr und einer Heizlast von 15 W/m² liegt der erforderliche Volumenstrom bei einer Temperaturdifferenz von 5 K grob in der Größenordnung von 1,5-2,0 l/min. Rotameter stellen nur den Abgleich zwischen den Kreisen her; um den Abgleich zwischen den Verteilern herzustellen, wird am Verteilereingang ein eigenes Strangregulierventil angeordnet.

Das Ventil am Verteilereingang ist in der Regel ein Differenzdruckregler, denn wenn die thermischen Stellantriebe schließen, steigt der Differenzdruck im Verteiler, und die Rotameter-Einstellungen verschieben sich. Die allgemeine Funktionsweise der Fußbodenheizung haben wir in einem eigenen Ratgeber zusammengestellt. (Details: Wie funktioniert eine Fußbodenheizung? Auswahl von Verteiler, Pumpe und Thermostat)

Auf der Fan-Coil-Seite ist die Regel eindeutig: Vor jedes Fan-Coil-Register wird ein Danfoss AB-QM oder ein gleichwertiges druckunabhängiges Ventil gesetzt und mit einem Stellantrieb versehen. So wird sowohl der Auslegungsvolumenstrom garantiert als auch die Raumregelung übernommen. Für ein Fan-Coil mit 3 kW Kühlleistung ergibt sich bei einer wasserseitigen Temperaturdifferenz von 5 K der erforderliche Volumenstrom Q gleich 3 geteilt durch 1,163 mal 5 gleich 0,52 m³/h; das Ventil wird auf diesen Volumenstrom eingestellt. Auswahl und Kapazitätslogik von Fan-Coils haben wir gesondert betrachtet. (Details: Was ist ein Fan-Coil? Unterschiede zwischen 2-Rohr- und 4-Rohr-Fan-Coil-Systemen)

Bei Registern von Klimazentralgeräten steigen mit wachsender Nennweite die Kosten des druckunabhängigen Ventils; alternativ kann eine Kombination aus statischem Strangregulierventil plus separatem Regelventil verwendet werden. In diesem Fall muss die Autorität des Regelventils berechnet werden, und sie darf nicht unter 50 Prozent fallen. Ist die Autorität gering, fließt im ersten Drittel des Ventilhubs der größte Teil der Kapazität, und die Temperaturregelung beginnt zu pendeln.

15Pumpenauswahl, Überdruck und Geräusche am Strangregulierventil

Abgleich und Pumpenauswahl sind zwei Seiten derselben Rechnung. Strangregulierventile fügen der Anlage bewusst Widerstand hinzu; dieser Widerstand muss von Anfang an in die Berechnung der Pumpenförderhöhe einbezogen werden. Geschieht das nicht, reicht entweder die Pumpe nicht aus, oder die Ventile werden vor Ort vollständig geöffnet gelassen, und der Abgleich wird faktisch aufgehoben.

Der praktische Ansatz lautet: Für das Strangregulierventil im kritischsten Kreis, also im Index-Kreis, wird ein Mindestverlust zwischen 3 und 6 kPa vorgesehen. Wird ein druckunabhängiges Ventil verwendet, entspricht dieser Wert der Mindestdifferenzdruck-Schwelle des Herstellers, also in der Größenordnung von ca. 16 kPa. Die Gesamtförderhöhe ist die Summe aus Rohrverlust des entferntesten Kreises plus Verlust des Endgeräts plus Verlust des Strangregulierventils.

Ein Zahlenbeispiel: Der Rohr- und Armaturenverlust des entferntesten Kreises betrage 38 kPa, der Verlust des Fan-Coil-Registers 22 kPa, der Mindestdifferenzdruck des Danfoss AB-QM 16 kPa. Die Summe ergibt 38 plus 22 plus 16 gleich 76 kPa, also ca. 7,8 mWS. Die Pumpe wird so ausgewählt, dass sie bei dieser Förderhöhe den Auslegungsvolumenstrom liefert. Die Auswahlschritte für Umwälzpumpen haben wir in einem eigenen Beitrag beschrieben. (Details: Wie wählt man eine Umwälzpumpe aus? Was bedeuten 25/4, 25/6, 25/8?)

Auch die Regelungsart wird gemeinsam mit dem Abgleich gewählt. In einer Anlage mit druckunabhängigen Ventilen wird die Pumpe im Modus variabler Differenzdruck betrieben und spart im Teillastbetrieb Energie, indem sie die Förderhöhe absenkt. Diese Betriebsarten elektronisch geregelter Pumpen haben wir am Beispiel der Grundfos MAGNA3 ausführlich beschrieben. (Details: Was ist die Grundfos MAGNA3? Unterschiede zwischen MAGNA1 und MAGNA3)

Eine Warnung ist nötig: Eine überdimensionierte Pumpe erschwert den Abgleich. Bei einer Pumpe, deren Förderhöhe doppelt so hoch ist wie der Bedarf, müssen die Strangregulierventile sehr viel Druck abbauen, der Drosselkegel geht nahezu in die geschlossene Stellung, und es entstehen sowohl Geräusch- als auch Kavitationsrisiko. Die richtige Reihenfolge lautet: zuerst die richtige Pumpe, dann der Abgleich.

Geräusche am Strangregulierventil entstehen, wenn der am Ventil abgebaute Differenzdruck zu hoch wird. An der Drosselstelle steigt die Geschwindigkeit, der statische Druck fällt, und das Wasser verdampft lokal und kondensiert wieder; es entsteht ein Zischen oder ein Kiesgeräusch. Dieses Verhalten ist markenunabhängig und tritt bei einem Danfoss-Strangregulierventil und bei gleichwertigen Ventilen auf dieselbe Weise auf. Die Schwelle liegt ungefähr dort, wo der Differenzdruck über dem Ventil 50 kPa übersteigt und die Voreinstellung des Ventils weniger als ein Viertel geöffnet bleibt.

Drei Lösungen werden der Reihe nach versucht. Die erste ist, die Pumpenförderhöhe zu senken; ist in der Anlage unnötiger Druck vorhanden, müssen die Ventile ihn nicht abbauen, und das Geräusch verschwindet von selbst. Die zweite ist, am Steigleitungsfuß einen Differenzdruckregler anzuordnen und so den Druck an der Quelle zu begrenzen. Die dritte ist, die Ventilnennweite zu verkleinern; ein um eine Stufe kleineres Ventil lässt denselben Volumenstrom in einer weiter geöffneten Stellung durch, und das Drosselgeräusch nimmt ab.

Die Logik der Verkleinerung um eine Stufe zeigt sich über den Kv-Wert. Beträgt bei einem Ventil DN 25 der für 1,2 m³/h erforderliche Kv-Wert 2,0, entspricht das auf der Skala dieses Ventils mit 4 Umdrehungen etwa der Stellung 0,7 Umdrehungen; das Ventil ist also nahezu geschlossen. Derselbe Kv-Wert liegt bei einem Ventil DN 20 bei etwa 2,0 Umdrehungen, und das Strömungsprofil ist viel gleichmäßiger.

Deutet eine Geräuschbeschwerde darauf hin, dass man sich der Kavitationsgrenze nähert, sollte auch der Anlagendruck geprüft werden. In einer geschlossenen Heizungsanlage wird erwartet, dass der statische Druck am höchsten Punkt mindestens 0,5 bar absolut Überschuss belässt und der Anlagendruck im kalten Zustand im Bereich von 1,0-1,5 bar liegt. In Anlagen mit Druckminderer sollte auch die Richtigkeit des Einstellwerts überprüft werden. (Details: Wie wählt man einen Honeywell/Resideo Druckminderer aus?)

16Die 5 häufigsten Fehler

  • Fehler 1 – Das Ventil wie eine Absperrarmatur benutzen. Wird das Strangregulierventil zur Wartung geschlossen und danach vollständig geöffnet gelassen, geht die Einstellung verloren. Bei Bauarten mit Einstellsperre kann abgesperrt werden, und das Ventil kehrt in die frühere Stellung zurück; ohne Sperre muss der Kreis von vorn abgeglichen werden.
  • Fehler 2 – Einheiten verwechseln. Den am Manometer abgelesenen Wert 26 kPa wie 26 bar in die Beziehung einzusetzen oder den Faktor 1000 zwischen mbar und bar zu überspringen, führt zu einem um das 10- bis 30-Fache falsch berechneten Volumenstrom. Δp wird immer in bar in die Beziehung eingesetzt.
  • Fehler 3 – Den Kvs-Wert für den Kv-Wert halten. Werden der Kvs-Wert bei voller Öffnung und der Kv-Wert in der Betriebsstellung verwechselt, weist die berechnete Voreinstellung den tatsächlichen Volumenstrom bis zum Doppelten zu hoch aus. Zu verwenden ist die Zeile im Katalog, die der Voreinstellung entspricht.
  • Fehler 4 – In einer Anlage mit variablem Volumenstrom auf ein statisches Ventil vertrauen. Mit dem Schließen der Thermostatventile steigt der Differenzdruck, und der Volumenstrom durch das statische Ventil nimmt im Teillastbetrieb um 40-60 Prozent zu. In Anlagen mit Zweiwege-Regelventilen ist ein druckunabhängiges Strangregulierventil zwingend.
  • Fehler 5 – Den Abgleich im Teillastbetrieb oder in einer verschmutzten Anlage durchführen. Messungen, die bei teilweise geschlossener Anlage oder bei vollen Schmutzfängern genommen werden, halten bei Volllast nicht. Der Abgleich erfolgt in der gespülten und entlüfteten Anlage, bei geöffneten Kreisen und mit Pumpe auf Nenndrehzahl.

17Checkliste: vor und nach dem Abgleich

  • Wurde die Anlage gespült, wurden die Schmutzfänger gereinigt und wurde der Anlagendruck auf den Betriebswert gebracht?
  • Wurde an allen automatischen und manuellen Entlüftern die Luft abgelassen und an den Steigleitungsenden bestätigt, dass keine Luft verblieben ist?
  • Wurde der Auslegungsvolumenstrom jedes Kreises aus Heizlast und ΔT berechnet und in eine Liste eingetragen?
  • Wurden die Nennweiten der Strangregulierventile nicht nach der Leitungsnennweite, sondern nach dem erforderlichen Kv-Wert gewählt?
  • Wurde am Ventileintritt das 5-Fache und am Austritt das 2-Fache des Durchmessers als gerade Rohrstrecke belassen?
  • Passt die Einbaulage zum Strömungspfeil auf dem Gehäuse, oder liegt ein umgekehrter Einbau vor?
  • Wurde das Kapillarrohr des Differenzdruckreglers am richtigen Punkt angeschlossen, gibt es Quetschstellen oder scharfe Knicke?
  • Sind die Messnippel zugänglich, wurde bei Montage in der Decke eine Revisionsöffnung eingeplant?
  • Liefen bei der Messung die Pumpe mit Nenndrehzahl und waren alle Kreise geöffnet?
  • Liegt der gemessene Δp-Wert über 3 kPa, und wurde das Ventil, falls darunter, um eine Stufe weiter gedrosselt?
  • Liegt der gemessene Volumenstrom jedes Kreises im Bereich von plus/minus 10 Prozent des Auslegungsvolumenstroms?
  • Wurden die Einstellungen arretiert und im Inbetriebnahmeprotokoll Kreisname, gemessener Volumenstrom und Einstellstellung festgehalten?
  • Ist die Kessel-Rücklauftemperatur gesunken, hat sich die Anlagen-ΔT dem Auslegungsziel genähert?
  • Wurde die von der Pumpe aufgenommene Leistung nach dem Abgleich gemessen und mit dem Wert davor verglichen?
  • Wurden in Kühlkreisen Ventilgehäuse und Nippelbereich gegen Kondensation gedämmt?

18Häufig gestellte Fragen

Ist ein Strangregulierventil in jeder Anlage erforderlich?
In jeder Anlage mit mehreren parallelen Kreisen ist es erforderlich. Bei einer kleinen Wohnungsheizung mit nur einem Kreis entsteht kein Abgleichproblem, da es keinen parallelen Weg gibt. Sind mehr als zwei Steigleitungen vorhanden, übersteigt der Unterschied der Rohrlängen zwischen den Steigleitungen 20 Meter oder ist das Gebäude höher als drei Geschosse, darf man nicht erwarten, dass die Auslegungsvolumenströme ohne Abgleich eingehalten werden.
Was ist der Unterschied zwischen einem Strangregulierventil und einer Absperrarmatur?
Eine Absperrarmatur arbeitet in zwei Stellungen und lässt die Strömung entweder durch oder sperrt sie ab; der in Zwischenstellungen durchgelassene Volumenstrom ist unbekannt. Ein Strangregulierventil dagegen hat für jede Zwischenstellung einen im Katalog definierten Kv-Wert, seine Einstellung lässt sich arretieren, und der durchströmende Volumenstrom kann über die Messnippel vor Ort überprüft werden. Einen Abgleich mit halb geöffneter Absperrarmatur vorzunehmen, ist eine nicht messbare und nicht wiederholbare Einstellung.
Muss auf dem Danfoss AB-QM zwingend ein Stellantrieb montiert werden?
Nein. Ohne Stellantrieb arbeitet das Ventil nur als Volumenstrombegrenzer und hält den eingestellten Volumenstrom unabhängig vom Differenzdruck. Mit aufgesetztem Stellantrieb wird dasselbe Ventil per Raumthermostat oder Gebäudeautomation gedrosselt und übernimmt auch die Aufgabe des Regelventils. Bei Fan-Coil- und Klimazentralgeräte-Anwendungen wird die zweite Nutzungsart bevorzugt.
Was tun, wenn sich der Volumenstrom am Strangregulierventil nicht messen lässt?
Zuerst wird überprüft, ob der Differenzdruck über 3 kPa liegt; liegt er darunter, reicht die Messgenauigkeit nicht, und das Ventil wird um eine Stufe weiter gedrosselt. Besteht das Problem weiter, wird kontrolliert, ob die Nippelnadel verstopft ist, ob die Schläuche Luft enthalten und ob der Nullabgleich des Manometers stimmt. Ein alternatives Verfahren ist die indirekte Schätzung des Volumenstroms aus der Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf des Kreises über die Heizlast.
Ist bei einem Differenzdruckregler am Steigleitungsfuß zusätzlich ein Strangregulierventil erforderlich?
Sind die Endgeräte in der Steigleitung mit Thermostatventilen ausgestattet, nicht; den Differenzdruck konstant zu halten, genügt, um den Abgleich zu bewahren. Gibt es jedoch an der Steigleitung einen Teilstrang mit konstantem Volumenstrom oder soll die Obergrenze des Steigleitungsvolumenstroms garantiert werden, wird am Partnerventil die Voreinstellung vorgenommen. Das Danfoss USV-I vereint deshalb Kapillaranschluss sowie Voreinstell- und Messfunktion.
Verstellt sich die Einstellung nach dem Abgleich von selbst?
Bei manuellen statischen Ventilen bleibt die Einstellung mechanisch fest, verliert aber ihre Gültigkeit, wenn sich die Anlage ändert. Eine neu hinzugefügte Steigleitung, eine geänderte Rohrnennweite, ein Pumpenwechsel oder ein zugesetzter Schmutzfänger stören den Abgleich. Außerdem kann der Verschleiß am Drosselkegel den Kv-Wert über die Jahre verschieben. In großen Gebäuden wird alle drei bis fünf Jahre eine Kontrollmessung empfohlen.
Wird die Nennweite des Strangregulierventils gleich der Rohrnennweite gewählt?
Nein. Die Ventilnennweite wird nach dem erforderlichen Kv-Wert gewählt und fällt häufig eine Stufe kleiner aus als die Leitungsnennweite. Ein Ventil, das gleich der Leitungsnennweite gewählt wird, arbeitet bei niedrigen Volumenströmen in nahezu geschlossener Stellung; das führt sowohl zu Geräuschen als auch zu Problemen mit der Messgenauigkeit. Der Durchmesserunterschied zwischen Rohr und Ventil wird durch eine konische Reduzierung ausgeglichen, und die Regel für gerade Rohrstrecken wird eingehalten.
Wird bei Kühlkreisen ein anderes Strangregulierventil gewählt?
Das Funktionsprinzip ist dasselbe, aber es gibt drei zusätzliche Bedingungen. Erstens werden Ventilgehäuse und Messnippelbereich gegen Kondensation gedämmt. Zweitens wird die untere Temperaturgrenze geprüft; für Kühlkreise werden Baureihen bevorzugt, die bis minus 10 °C einsetzbar sind. Drittens fließt bei Glykolgemischen eine Viskositätskorrektur in die Volumenstromberechnung ein; bei 30 Prozent Glykol wird der Volumenstrom grob in der Größenordnung von 5-10 Prozent korrigiert.
Ist es eine Lösung, statt des Abgleichs die Pumpendrehzahl zu erhöhen?
Nein. Wird die Pumpendrehzahl erhöht, steigt der Volumenstrom aller Kreise gemeinsam; der nahe Kreis, der ohnehin zu viel Wasser bezieht, bezieht noch mehr, der Anteil des fernen Kreises ändert sich dagegen proportional nicht. Das Ergebnis ist dasselbe Komfortproblem, dazu steigender Stromverbrauch und Geräusche. Die dauerhafte Lösung besteht darin, das Verhältnis zwischen den Kreisen zu korrigieren, also im Abgleich.
Ersetzt bei der Fußbodenheizung der Rotameter das Strangregulierventil?
Zwischen den Kreisen innerhalb des Verteilers ja, zwischen den Verteilern nein. Der Rotameter zeigt nur den Volumenstrom des einen angeschlossenen Kreises an und stellt ihn ein; sind mehrere Verteiler vorhanden, bleibt die Verteilung zwischen den Verteilern weiterhin unabgeglichen. Deshalb wird am Eingang jedes Verteilers ein eigenes Abgleichventil oder ein Differenzdruckregler angeordnet.

Auswahl von Strangregulierventilen und Abgleich bringen den größten Nutzen, wenn sie gemeinsam mit der hydraulischen Berechnung des Projekts durchgeführt werden. Für die Auswahl von Danfoss-Strangregulierventilen in einem Bestandsgebäude, die Messung der Ungleichgewichte zwischen den Steigleitungen, die Festlegung der Ventilnennweiten und das Inbetriebnahmeprotokoll können Sie sich an das Ingenieurteam von Pomeka Mekanik wenden. Wenn Sie uns Zeichnungen und Raumliste Ihres Projekts übermitteln, erstellen wir Ihnen eine Volumenstromtabelle je Kreis und eine Ventilauswahlliste. (Details: unsere Kontaktseite) Auch zu weiteren häufig gestellten technischen Themen können Sie sich informieren. (Details: häufig gestellte Fragen)

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