Hydraulik der Pumpen Warm Wasser Heizung aus Sicht

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung aus Sicht der Theorie und Praxis Teil 1 „Nichts zählt, weder Theorie ohne Praxis, noch Praxis ohne Theorie. “ Protagoras 450 v. Chr. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung Beweggrund zum Thema „Hydraulik der PWW-Heizungsanlagen“ Zitate aus dem Abschlussbericht des Projektes OPTIMUS http: //www. hydraulischer-abgleich. de/file/optimus_4_seiten_fassung. pdf Erkenntnis und nötige Folgerung: Die Anforderungen an die Hydraulik sind aufgrund der Volumenstromregelung gestiegen. Man muss bei der Planung und Ausführung von Neuanlagen die erhöhte Relevanz der hydraulischen Zusammenhänge beachten. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung Agenda – Teil 1 1. Historischer Rückblick 2. Systemarten der Heizungsanlagen 3. Wärmeverteilsysteme Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 1. Historischer Rückblick – Vordenker der Heizungs- Klimatechnik Hermann Rietschel 1885 – 1910 - 1847, Dresden – 1914, Berlin Professor auf den weltweit ersten Lehrstuhl für „Ventilation und Heizung“ an der Königlichen Technischen Hochschule zu Berlin; gilt als Begründer Fachrichtung Heizungs- und Klimatechnik entwickelte Berechnungsverfahren für die Auslegung der Heizungs- und Lüftungsanlagen wirkte prägend auf die Generation von jungen Ingenieuren am Ende des 19. und zu Beginn des 20. Jahrhundert. Vater deutschen Heizungs- und Klimatechnik Albert Tichelmann 1861, Königsberg – 1926 Berlin 1885 -1897 Schüler von Hermann Rietschel und dann Assistent bei Prof. H. Rietschel. 1903 Gründete eigene Ingenieurfirma und hat die Forschung und neue Erkenntnisse seines geistigen Vaters kongenial umgesetzt. - Erfinder Rohrführung mit gleichen hydraulischen Weglängen: das sogenannte Tichelmannsystem. Hermann Recknagel 1869, München – 1919, München Ebenfalls ein Schüler von Hermann Rietschel. 1897 veröffentlichte erstmalig den „Kalender für Gesundheitstechnik“ – heute: „Recknagel Taschenbuch“. Das jährlich erscheinende Buch war in seinem Todesjahr 1919 bereits 360 Seiten stark. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 1. Historischer Rückblick – Technische Literatur 1893: Weltweit erstes Leitfaden mit praktischen Arbeitstabellen Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 1. Historischer Rückblick – Technische Literatur Fünfzehnte Auflage des Rietschels/Raiß-Lehrbuchs von 1968 In diesem Standardwerk wurde bereits die Theorie des hydraulischen Abgleichs für Pumpenheizungen beschrieben. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung Dampf-Heizung Wasser. Heizung 1. Historischer Rückblick – Entwicklung der Zentralheizungstechnik 1716: Älteste bekante Warmwasser-Zentralheizung in einem englischen Treibhaus, die von einem Schweden entwickelt wurde. 1750: Verbreitung der Warmwasser-Zentralheizungen in England und Frankreich. 1769: Erfindung der Dampfmaschine durch den Engländer James Watt. 1774: Der Pionier der Dampftechnik Watt beheizte seine Fabrik- und die Wohnräume mit Dampf. 1815: Erste Dampfheizung in Deutschland in der Willa Hildebrand in Berlin. 1850: Verbreitung der Warmwasser-Zentralheizungen in Deutschland. 1867: Berliner Rathaus erhielt eine zentrale Warmwasserheizung, die von Hermann Rietschel geplant wurde. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 1. Historischer Rückblick – Entwicklung der Zentralheizungstechnik 1895: Der deutsche Ingenieur Joseph Strebel erhielt das Patent für einen Glieder-Gusskessel und Glieder-Heizkörper. 1896: Hugo Buderus fertigte in Serien Kessel- und Radiatoren-Glieder nach dem Patent vom Strebel. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 1. Historischer Rückblick – Entwicklung der Zentralheizungstechnik 1900: Erste deutsche Dampf-Fernheizung für elf Gebäude in Dresden. 1920: Die Pioniere des deutschen Heizungsbaus, die Brüder Buderus produzierten die ersten Pumpen-Warmwasserheizungen. 1928: Das Unternehmen Viessmann baut die ersten Heizkessel aus Stahlblech, die vorwiegend in Gärtnereien eingebaut werden. 1930: Erste komplette Warmwasser-Zentralheizung in einer Wohnanlage mit 1200 Wohnungen in Berlin-Reinickendorf. 1960: Erste Ölfeuerungen für Heizkessel in Westdeutschland. 1973: Erste Gasfeuerungen für Heizkessel in Westdeutschland. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 1. Historischer Rückblick – Entwicklung der Zentralheizungstechnik 1928: weltweit erste von Wilhelm Opländer entwickelte Heizungsumwälzpumpe. Die Rohrkrümmerpumpe von Wilo wurde Umlaufbeschleuniger genannt Es wurde damals noch nicht von Pumpe für diesen Umlaufbeschleuniger gesprochen. Dieser Begriff setzte sich erst später durch, denn Pumpen brachte man mit Wasserheben in Verbindung. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 1. Historischer Rückblick – Entwicklung der Zentralheizungstechnik 1935: erste „Naßläufer“-Umwälzpumpe nach dem Patent: Rütschi-Perfecta, Schweiz 1953: erste Heizungsumwälzpumpe in Naßläuferbauweise von der Firma WILO Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H 1982: erste elektronische Heizungsumwälzpumpe mit integrierter automatischer Drehzahl-Umschaltung von der Firma Grundfos Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 1. Historischer Rückblick – Entwicklung der Zentralheizungstechnik 1946: Prototyp-Entwicklung des Thermostatventils durch den Danfoss-Gründer Mads Clausen (Däne). 1952: Erstes thermostatische Heizkörperventil der Firma Danfoss auf dem Markt 1965: Erstes gasgefüllte Fühlerelement der Firma Danfoss auf dem Markt. Es reagierte noch sensibler auf die Temperaturschwankungen als herkömmliche Flüssigkeitsfühler. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 2. Systemarten der Heizungsanlagen Allgemeine Hinweise zu Heizwärmetransport Um die Wärme vom Wärme-Erzeuger zu den Wärme. Verbrauchstellen zu bringen, bedarf es eines Verteilsystems mit einem Wärmeträger. Von den heute gebräuchlichen Wärmeträgern für Heizsysteme (Luft, Warmwasser, Heißwasser und Dampf) hat Warmwasser für die Raumheizung in Deutschland die größte Bedeutung erlangt. Während früher die Umwälzung des Warmwassers vorwiegend durch den Schwerkraftumlauf bewirkt wurde, werden heute nur noch Umwälzpumpen eingesetzt. In den USA haben sich dagegen vor allem, für die Beheizung der Hochhäuser, Vakuumdampfanlagen etabliert und werden immer noch weiterhin geplant. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 2. Systemarten der Heizungsanlagen Systemterminologie bei Heizungsanlagen Schwerkraftheizung → bei Wasserumwälzung durch Schwerkraft Pumpenheizung → bei Wasserumwälzung durch Pumpen gebaut als offene oder geschlossene Anlagen nach DIN EN 12 828 früher DIN 4751 Niedertemperaturwasserheizung → bei Vorlauftemperatur ≤ 80°C (Praktisch 30 – 70°C) Warmwasserheizung → bei Vorlauftemperatur ≤ 100°C (Praktisch 80 – 90°C) Heißwasserheizung gebaut als geschlossene Anlagen nach DIN EN 12 952 früher DIN 4752 Niederdruck-Heißwasserheizung → bei p = 3 bis 5 bar (t = 120 – 150°C und Hochdruck-Heißwasserheizung → bei p = 5 bis 12 bar (t > 150°C) Analog sind die Bezeichnungen bei den Dampfheizungen: Niederdruck-Dampfheizung - bei p ≤ 1, 0 bar Überdruck (Dampftemperatur 100 - 120°C) Hochdruck-Dampfheizung - bei p > 1, 0 bar Überdruck (Dampftemperatur >120°C) und Vakuum-Dampfheizung - bei p << 1, 0 bar absolut (Dampftemperatur << 100°C) Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 2. Systemarten der Heizungsanlagen – Schwerkraftheizung Der wirksame Druck hängt von der Temperaturdifferenz zwischen Vorund Rücklauf, der Anlagenhöhe und dem Temperaturniveau ab. wirksame Höhe z. B. H = 10 m Die Umwälzung des Wassers im System erfolgt allein durch den Dichteunterschied des kalten (schweren) Wassers im Rücklauf. Fallstrang und des warmen (leichten) Wassers im Vorlauf-Steigstrang. z. B. bei TV/TR = 90/70°C Anlagenhöhe H = 10 m bzw. 12, 75 : 10 = 1, 27 mbar/m = 127 Pa/m Anlagen-Höhe Vorteile: Nachteile: - Keine Fremdenergie (Strom) nötig - niedrigere Betriebskosten - Geringe Strömungsgeschwindigkeiten → keine Geräuschentwicklung - hydraulischer Abgleich mit Th. V reicht aus - relativ große Trägheit → zögerndes Anlaufen - relativ große Rohrweiten erforderlich - Wärmeerzeuger muss unten angeordnet werden → Dachheizzentralen nicht möglich - nicht geeignet für Brennwert-Kessel und WP Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 2. Systemarten der Heizungsanlagen – Pumpenheizung Am Hochpunkt ! Falsch warum? Pumpenheizung Die Umwälzung des Wassers im System erfolgt zwangsweise durch den Differenzdruck der Umwälzpumpe(n), der erst nach der Dimensionierung der Anlage festgelegt werden kann. Die Wirkung der Schwerkraft ist vernachlässigbar. Bei Anordnung der Heizzentrale im oberen Teil des Hochgebäudes sollte allerdings bei der Auslegung der Umwälzpumpe der Schwerkraftauftrieb, der dem Pumpendruck entgegenwirkt, berücksichtigt werden. Vorteile: ΔP = ? ? ? Zeichnungsquelle: Wilo-Präsentation Pumpentechnik Nachteile: - geringe Systemträgheit - günstiges Regelverhalten - Schnellaufheizung und wechselweises Heizen/Kühlen möglich - Relativ kleine Rohrweiten → kostengünstig - kleinere Rohroberflächen → weniger Wärmeverluste Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Umwälzpumpe - Fremdenergie (Strom) erforderlich - Erhöhung der Betriebskosten durch Pumpen - höhere Strömungsgeschwindigkeiten → Geräuschentwicklung - hydraulischer Abgleich erforderlich ! Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 2. Systemarten der Heizungsanlagen – ND-Dampfheizung Niederdruckdampfheizung (NDDH) Heizkörper Dampf Luft Kondensatableiter Am Tiefpunkt warum? H = Betriebsdruckzone Niederdruck. Dampfkessel Das Wasser im Dampfkessel wird durch Wärmezufuhr zunächst auf Siedetemperatur erhitzt und dann verdampft. Durch den Verdampfungsvorgang entsteht im Kessel ein Überdruck, der notwendig ist, damit der Dampf die Widerstände wie Rohrleitungen und Armaturen überwinden kann und zu Wärmeverbraucher gelangt. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj Hat der Dampf den Wärmeverbraucher erreicht gibt er dort seine Wärme ab und kondensiert. Um zu vermeiden, dass Dampf in die Kondensatleitung gelangt, werden Kondensatableiter eingebaut. Über den Kondensatableiter gelangt das Kondenswasser in die Kondensatleitung und fließt dann durch die Schwerkraft zurück zum Kessel. Im kalten Zustand befindet sich in den Rohrleitungen und in den Wärmeverbrauchern Luft, die aber durch den erzeugten Dampf verdrängt wird. Damit sie entweichen kann, ist auf eine sorgfältige Entlüftung zu achten. Genauso wichtig ist aber die Belüftung einer Dampfanlage, da sich nach der Kondensation des Dampfes (wenn kein weiterer Dampf nachströmt) ein Unterdruck bilden kann.

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 2. Systemarten der Heizungsanlagen – ND-Dampfheizung Niederdruckdampfheizung (NDDH) - Fortsetzung Wasserdampf ist ein gutes und effizientes Wärmeträgermedium. In den Heizkörpern kondensiert der Dampf und gibt die Kondensationswärme ca. 2250 k. J/kg ab. Warmwasser gibt dagegen bei Δϑ=20°K nur 84 k. J/kg ab, das ist ca. 26 mal weniger. Dankt des thermisch erzeugten Druckes im Kessel fließt der Dampf selbst zu den Heizkörpern. Der Druck, der zur Überwindung der Widerstände in der Anlage notwendig ist, beträgt: - für Gebäude mit einer waagerechten Ausdehnung bis zu 200 m etwa 0, 05 bis 0, 1 bar, - bis zu 300 m etwa 0, 15 bar und - bis zu 500 m etwa 0, 2 bar. Auch das Kondensat fließt durch die Schwerkraft selbst zurück zum Kessel, wo es erneut durch Erwärmen in Dampf umgewandelt wird. Vorteile gegenüber Warmwasserheizung: - geringere Trägheit und dadurch schnelles Hochheizen des Systems - geringere Anlagenkosten - geringere Einfriergefahr - einfache Wärmemengenmessung durch Kondensatmesser Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Nachteile der Dampfheizung: - hohe, hygienisch ungünstige Oberflächentemperatur der Heizkörper - keine Wärmespeicherung in den Heizkörpern - schlechte zentrale Regelbarkeit - größere Wärmeverluste - Korrosionsgefahr in den Kondensatleitungen Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 2. Systemarten der Heizungsanlagen – Vakuum-Dampfheizung (VDH) Hier keine Entlüftung Kondensat Vakuumpumpe als einfache Luftpumpe oder als Dampf/Kondensat. Strahlpumpe Dampfkessel Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H D Bei einer Vakuumdampfheizung wird durch eine Vakuumpumpe (Luftpumpe) in den Kondensatleitungen ein Unterdruck bzw. ein negativer Überdruck in Bezug auf das atmosphärische Druckniveau aufgebaut. Dabei wird der absolute Dampfdruck in der Anlage je nach Außentemperatur zwischen 0, 2 – 1, 0 bar gehalten (60 bis 100°C). Dadurch wird auch der Ablauf des Kondensats in den Leitungen beschleunigt. Vorteile gegenüber Niederdruckdampfheizung: - geringe Heizkörpertemperaturen - leichte zentrale Regelbarkeit - schnelles Hochheizen - geeignet für sehr hohe Hochhäuser, da der statische Druck in der Anlage sehr gering ist. Nachteile: - höhere Anforderung an die Dichtigkeit als bei Überdrucksystem. Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 2. Systemarten der Heizungsanlagen – Vakuum-Dampfheizung aus dem Lehrbuch Rietschel/Raiß 15. Auflage 1968 Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 2. Systemarten der Heizungsanlagen – HD-Dampfheizung Hochdruckdampfheizung (HDDH) Meist 1 bis 5 bar als überhitzter, trockener Dampf; - oft als Rein-Dampf. 2. Zug Rauchrohre 1. Zug Flammrohr 3. Zug Rauchrohre Dreizug-Flammrohr-Rauchrohr-Kessel So eine Hochdruckdampf-Anlage haben wir (IBK) 1990 in HKZ (Herz-Kreislauf. Zentrum) in Rotenburg a. d. Fulda als Reindampferzeugung 2, 5 bar für die Luftbefeuchtung und Sterilisatoren der OP-Saale eingebaut. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Automatische Flüssigkeits. Pumpe von Spirax-Sarco als Kondensat. Heber Die Besonderheit der Anlage war, dass die OP-Räume im EG und die Kesselanlage im DG sich befanden. Es wurden für die Kondensat-Rückführung dampfbetriebene Kondensat-Heber eingebaut. Es funktionierte einwandfrei. Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme Rohrsysteme 1. Zweirohrsystem • mit normalem konventionellem Anschluss der Heizflächen • mit Anschluss der Heizflächen im Tichelmannprinzip 2. Einrohrsystem • mit senkrechtem Einrohrring • mit waagerechtem Einrohrring Rohrführungsarten 1. Nach Anordnung der Heizkörper-Anschlussstränge • senkrechte Rohrführung • waagerechte Rohrführung 2. Nach Anordnung der Vorlauf-Verteilung • untere Verteilung • obere Verteilung Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Rohrsysteme Zweirohrsystem Jeder Heizkörper ist an die getrennte Vorlauf- und Rücklaufleitung angeschlossen und erhält annähernd die gleiche Vorlauftemperatur. Normales konventionelles System Vorl. Das Tichelmann-System Vorl. Rückl. Der Rücklauf kehrt nach jedem Heizkörper. Anschluss sofort mit Gegenstrom zurück. Rückl. Der Rücklauf läuft nach jedem Heizkörper. Anschluss parallel im Gelichstrom weiter. Einrohrsystem Jeder Heizkörper befindet sich in hydraulischer Parallelschaltung zu einer Strangleitung. Vorl. Rückl. Die Wassertemperatur verringert sich mit jedem durchströmten Heizkörper, so dass die Heizflächen bei gleich großer Wärmeabgabe vergrößert werden müssen. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Rohrführungsarten Untere Verteilung Obere Verteilung Zentrale Entlüftung Örtliche Entlüftung Zentrale Steigleitung Anbindeleitungen mind. 5º⁄ₒₒ Vorl. -Steigund Rückl. -Fallleitungen Verteilleitungen mind. 2º⁄ₒₒ Das häufigste Problem: Luft in der Anlage! • Geringerer Rohrleitungsaufwand • Einzelentlüftung an oberen Heizkörpern erforderlich • Zentralentlüftung erfordert zusätzliche Luftleitungen • Hydraulischer Abgleich ganzer Anlage erforderl. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H • • Vorl. -Verteilleitung mind. 2º⁄ₒₒ Anbindeleitungen mind. 5º⁄ₒₒ Vorl. - und Rückl. -Fallleitungen Rückl. -Sammelleitung mind. 2º⁄ₒₒ Etwas höherer Rohrleitungsaufwand Raum für obere Verteilung erforderlich Einfache Zentralentlüftung Hydraulischer Abgleich an Strangventilen erforderlich, an Heizkörpern allerdings überflüssig - da hier Tichelmannsystem Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Rohrführungsarten Horizontale Rohrführung mit zentralem Hauptstrang im Kernbereich des Gebäudes Ein typisches Bürogebäude in Skelettbauweise und durchgehenden Fensterbände. Zeichnungsquelle: „Projektierung von Warmwasserheizungen“ vom Prof. W. Burkhardt und Prof. R. Kraus Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj Bei Massivbauten können dagegen alle üblichen Verteilungsarten eingesetzt werden; untere und obere Verteilung mit vertikaler oder geschossweiser waagerechten Rohrführung.

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Tichelmann-System Das Prinzip des Tichelmannsystems (System der gleichen Weglängen) A Im Tichelmannsystem sind alle Heizkörper etwa gleichen Differenzendrücken ausgesetzt und dadurch gleichmäßig durchströmt, auch wenn keine Regelventile verwendet werden. Dies bewirkt ein gleichmäßiges Erwärmen auch von weiter entfernt gelegenen Heizkörpern. Vorteile: B Bei Tichelmannscher Rohrführung ist die Summe der Längen vom Vorlaufanschluss und Rücklaufanschluss bei jedem Verbraucher etwa gleich lang. - Ein hydraulisch in sich hervorragend abgeglichenes Rohrführungssystem. - Hydraulischer Abgleich ist nicht nötig. - Es wird keine Pumpenleistung durch unnötige Widerstände verbraucht. Zwischen A und B sind alle Wege gleich lang. Nachteile: Heizkörper mit kurzem Vorlauf haben eine lange Rücklaufleitung und umgekehrt. - Unter Umständen etwas höherer Rohrverbrauch Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Tichelmann-System Vollständiger Tichelmann-Ring Ober e Ver teil-L eitun g Bei Tichelmann´scher Rohrführung kann man auch bei Pumpenheizungen die Vorlauf. Verteilung im Kellergeschoss und die Rücklauf. Sammelleitung im obersten Geschoß anordnen. Ein solcher „umgekehrter Umlauf“ hat den zusätzlichen Vorteil einer wirksamen Entlüftungsmöglichkeit während des Betriebes. Untere Sammel-Leitung 1 bis 5: Strangnummern Tichelmann-System mit oberer Verteilung geeignet für Schwerkraft- und Pumpenheizung. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Sonnenkollektoren werden grundsätzlich nach diesem System angeschlossen, damit alle gleich stark durchströmt werden. Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Tichelmann-System Horizontale Tichelmann´sche Rohrführung Weshalb für so ein Büro. Gebäude ein Einrohr-System als Beispiel in diesem Lehrbuch herangezogen wurde, ist es sehr verwunderlich. Es gibt dort leider keine Angaben dazu, wie hoch hier die Vorlauftemperatur sein muss und wie groß dann die Heizkörper werden. Das ist doch ein typischer Grundriss für ein Tichelmann-System! Beispiel für Einrohrprinzip! Zeichnungsquelle: „Projektierung von Warmwasserheizungen“ vom Prof. Burkhardt und Prof. Kraus Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj Da es in anderen Lehrbüchern ebenfalls für horizontale Tichelmannsche Rohrführung keine Beispiele gibt, wurde dieses Einrohr-System zum Tichelmann-System umgezeichnet.

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Bedeutung des Tichelmann-Systems heute Erstaunliche Zitate aus der Fachwelt „Der Energieberater“ http: //www. delta-q. de/export/sites/default/de/downloads/waermeverteilsysteme. pdf Das ist falsch! Nach Prof. Roos „Hydraulik der Wasserheizung“ und Prof. Burkhardt „Projektierung von Warmwasserheizungen“ ist diese Feststellung nicht fachgemäß und wird nachfolgend anschaulich widerlegt (siehe Folien 32 - 36). Diese Aussage beruht auf einer oberflächlichen Interpretation der Systemschemata aus dem Recknagel-Taschenbuch (siehe nächste Folie). Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Systemschema im Recknagel-Taschenbuch „A“ Falsch ! Tichelmann-System ist kein Drei-Rohr-System, sondern ein Ring-Leitungs-System Man verlegt beim Tichelmannsystem nicht drei Leitungen parallel, sondern baut einen Tichelmann-Leitungsring! Und wenn die Rücklaufleitung tatsächlich parallel zurücklaufen muss, wie z. B. beim Anschluss von Wärmeerzeugern, Solarkollektoren, Deckenstrahlplatten usw. , dann muss sie entsprechend hydraulisch dimensioniert werden, damit die Druckverluste in dieser Leitung gemäßigt werden (siehe ). Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Rohrführung im Grundriss Normale konventionelle Verlegung nach Tichelmannprinzip Differenz-Druckregler (DDR) Versorgungsstrang Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Versorgungsstrang Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Druckverlauf bei Volllast (Berechnungsfall) Normale konventionelle Rohrverlegung nach Tichelmannprinzip Die Drucklinien im Vorlauf und im Rücklauf verlaufen parallel, somit ist der Differenzdruck an jedem Verbraucher annähernd gleich groß. Ein hydraulischer Abgleich ist überflüssig. Der Differenzdruck am Verbraucheranschluss nimmt mit zunehmender Entfernung von der Pumpe ab, weil die Drucklinien des Vorlaufs Der erforderliche Differenzdruck am DDR und Rücklaufs gegenläufig verlaufen. (ΔP DDR), ist i. d. R. viel kleiner als bei Ein hydraulischer Abgleich ist unentbehrlich. normalem 2 -Rohrsystem. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Hydraulischer Abgleich Bedeutung des hydraulischen Abgleichs einer Heizungsanlage Unter der Forderung auf einen hydraulischen Abgleich wird im Allgemeinen verstanden, dafür zu sorgen, dass sämtliche Verbraucher im Auslegungszustand mit den richtigen Volumenströmen versorgt werden können, die berechnungsmäßig (bei Q = 100%) ermittelt wurden. Erfahrungsgemäß wird selbst diese Forderung oft nicht erfüllt. Es ist aber zu beachten, dass Schwierigkeiten beim Betrieb von 2 -Rohr-Anlagen hauptsächlich bei Teillastbetrieb auftreten. Berechtigterweise wird nach DIN 18 380 eine weitere Forderung gestellt, und zwar, dass die Sicherstellung der Wassermengenversorgung der einzelnen Verbraucher nicht nur für den Berechnungszustand, sondern auch für die wechselnden Betriebsbedingungen des Schwachlastbetriebs erreicht werden muss. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Druckverlauf bei Schwachlastbetrieb Normale konventionelle Rohrverlegung Da der hydraulische Abgleich des Berechnungszustands jetzt nur teilweise wirksam ist, stellen sich an den Verbrauchern immer größere Differenzdrucküberschüsse ein. Die Differenzdruck-Überschüsse müssen gezwungenermaßen die Thermostatventile übernehmen bzw. ausregeln, und so kommt es zur Verringerung des Stellhubs der Thermostatventile (fast bis zum Schließpunkt). Thermostatventile sind aber Temperaturregler mit Proportionalverhalten. Durch die Einschränkung des Stellbereichs wird der Proportionalbereich verkleinert. Dies führt zu einer Verringerung der Ventilautorität und damit zur Minderung der Regelqualität. Der hydraulische Teillastfall ist durch einen ver. Der von Thermostatventilen automatisch minderten Netzvolumenstrom charakterisiert. vorgenommene Abgleich geht zu Lasten Die Rohrleitungen und fest eingestellte Wider- der Stabilität der Regelung und führt zur stände haben dadurch geringeren Druckverlust. Geräuschentwicklung! Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Druckverlauf bei Schwachlastbetrieb Rohrverlegung nach Tichelmannprinzip Zweirohranlagen nach Tichelmannprinzip zeigen im Schwachlastbetrieb ein besonderes Verhalten: Der Differenzdruck an den Verbrauchern erhöht sich nur geringfügig. Die Differenzdruck-Überschüsse, die Thermostatventile bei Teillastbetrieb übernehmen müssen, sind hier viel kleiner als bei konventionellem System. Der Druckabgleich kann somit ohne größere Beeinträchtigung der Regelqualität übernommen werden. Die zweite Forderung der DIN 18 380 kann Da hier keine fest eingestellten Abgleichswider- beim Tichelmann-System problemlos erfüllt werden. stände vorhanden sind, verlieren im Teillast. Das Tichelmann-Prinzip ist eine einfache betrieb nur Rohrleitungen an Druckverlust. Möglichkeit, ein System hydraulisch Die Differenzdruck-Überschüsse an den abzugleichen, und dies nicht nur im Verbrauchern sind daher viel kleiner als beim Berechnungszustand, sondern auch für konventionellen System. den Schwachlastbetrieb. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Direkter Vergleich der Druckverläufe Normale konventionelle Rohrverlegung Drucklinie Dru cklin ie im Rohrverlegung nach Tichelmannprinzip im Vorlauf Drucklinie Vorl auf Dru cklin ie im Drucklinie A bgleichswiderstände in Th. V Dru cklin e im klini Druc ie im Drucklinie im bgleichs. Drucklinie A in RV de än st er id w klau Rüc im Vorlauf Vorl auf Rüc klau f Rücklauf f Drucklinie im Hydraulischer Abgleich ist überflüssig, da das System in sich abgeglichen ist. Rücklauf Hydraulischer Abgleich ist unentbehrlich. Die Differenzdruckerhöhung an Verbrauchern bzw. Thermostatventilen im Schwachlast. Es gibt große Differenzdruckerhöhung an betrieb ist viel kleiner als bei konventionellem Verbrauchern bzw. Thermostatventilen im Schwachlastbetrieb →schlechte Regelqualität. 2 -Rohr-System → bessere Regelqualität. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Einrohrsystem Waagerechte Stockwerks-Einrohrheizung Die Heizkörper werden an Abzweige einer Ringleitung angeschlossen und mit Regulierventilen versehen. Dabei ist auch eine Regulierung der Heizleistung einzelner Heizkörper möglich. Durch jeden Heizkörper fließt ein Teilmassenstrom der Strangwasser-menge, die abgekühlt wieder in den Strang zurückläuft. Das führt zu einer niedrigeren Vorlauftemperatur von Heizkörper zu Heizkörper und muss bei der Dimensionierung berücksichtigt werden. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Einrohrsystem Mehretagen waagerechte Einrohr-Kreise Mehretagen senkrechte Einrohr-Kreise Steig-/ Verteilleitungen: ständig durchströmt Anbindeleitungen: einzeln absperrbar Steig-/ Verteilleitungen: ständig durchströmt Die Einrohrkreise werden an die Steigleitungen angeschlossen und mit Absperr-/Regulierventilen versehen. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Die Einrohrkreise werden an die Verteilleitungen angeschlossen und mit Absperr-/Regulierventilen versehen. Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Einrohrsystem Anschluss der Heizkörper bei Einrohrheizung Es gibt viele Varianten von Ausführungsformen für den Heizkörperanschluss, z. B. - Saugfittings (Venturifittings) im Hauptstrang beim Rücklaufanschluss. Sie saugen die erforderliche Wassermenge durch die Heizkörper. - Spezial-Ventile für reitender Anschluss der Heizkörper Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Einrohrsystem (Beispiele) Senkrechte Einrohrheizung mit Nebenanschluss mit Reihenanschluss Waagerechte Einrohrheizung mit Nebenanschluss Die vertikale Einrohrheizung ist besonders im Platten-Wohnungsbau der ehemaligen DDR einzutreffen, die in den Jahren 1956 – 1990 errichtet wurden. Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Horizontale Einrohrheizungen sind meistens in Westdeutschland zu finden, bei denen jeder Einrohr-Kreis innerhalb einer Wohneinheit bleibt. z. B. Künstlerhaus Mousonturm in Frankfurt, Waldschmidtstr. 4 Beim Umbau im Jahr 1986 wurde eine waagerechte Einrohr-Anlage, die mit „Multiplan“ auf Commodore-64 berechnet wurde. Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Einrohrsystem Druck- und Temperaturverlauf im Einrohr-Strang 50°C 70°C Tv<70°C Tv<<70°C 50°C Vorteile: • Geringerer Rohrleitungsaufwand, da nur ein Rohr als Strang Nachteile: • Größere Heizkörper erforderlich, da die Temperatur von Heizkörper zu Heizkörper abnimmt • Im Teillastbetrieb zirkuliert das Wasser unbenutzt im Kreislauf und erhöht die Rücklauftemperatur. • Nicht geeignet für Brennwerttechnik, Wärmepumpen, bei Anschuss an Fernnetze mit begrenzter Rücklauftemperatur ! Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Rohrführung bei Dampfanlagen Dampfanlage mit unterer Verteilung und trockener Kondensatleitung Kondensatableiter Kondensatleitung Dampfleitung Standrohr Entlüftung Dampfvertei lung trockene Kond. -Leitung Drucklinie Entwässerungsschleife der Dampfverteilung Höchster Wasserstand Trockene Kondensatleitung, wenn die Leitung über der Drucklinie liegt Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Luft + Wasserdunst Kondensat Bei unterer Verteilung wird die Dampfverteilleitung an der Kellerdecke verlegt. Bei der Leitungsführung muss vor allem die Entwässerung der Dampfleitungen beachtet werden. Bei größerer Ausdehnung der Anlage werden sie deshalb stufenförmig (sägeförmig) Verlegt und mit Entwässerungsschleifen oder Kondensatableiter an den Steigstellen versehen. Das trockene Kondensatleitung wird oberhalb der Drucklinie mit natürlichen Gefälle zum Kessel verlegt und sie wird nur teilweise mit Kondensat angefüllt. An der tiefsten Stelle der Trockenzone muss an der Kondensatleitung eine Entlüftung vorgesehen werden, damit die Luft bei der Dampffüllung der Anlage von dem leichteren Dampf durch die Heizkörper und die Kondensatleitung ausgedrückt werden kann. Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj

Hydraulik der Pumpen. Warm. Wasser. Heizung 3. Wärmeverteilsysteme – Rohrführung bei Dampfanlagen Dampfanlage mit oberer Verteilung und nasser Kondensatleitung Entwässerungsschleife der Dampfverteilung Entlüftung Drucklinie Höchster Standrohr nasse Nasse Kondensatleitung, wenn die Leitung unter der Drucklinie liegt Ingenieurbüro KLÖFFEL Gmb. H Entlüftungsleitung Wasserstand Kondensatleitung Kondensat Bei oberer Verteilung wird die Dampfverteilleitung im Dachaufbau verlegt. Bei der Leitungsführung muss ebenfalls die Entwässerung der Dampfleitungen beachtet werden. Bei größerer Ausdehnung der Anlage werden sie ebenfalls stufenförmig (sägeförmig) Verlegt und über Entwässerungsschleifen oder Kondensatableiter in die Kondensatfallleitungen entwässert. Das nasse Kondensatleitung wird unterhalb der Drucklinie mit natürlichen Gefälle zum Kessel verlegt und sie wird immer voll mit Kondensat ausgefüllt. Bei tiefliegenden Kondensatleitungen müssen die senkrechten Kondensatstränge durch eine besondere Luftleitung entlüftet werden, damit die Luft bei der Dampffüllung der Anlage durch diese Leitung ausgedrückt werden kann. Dipl. -Ing. Heinrich Niestroj