Hydraulische Weiche. Segen und Fluch für Heizungsanlagen.

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1. Was sind hydraulische Weichen?

2. Vorteil einer hydraulischen Weiche.
3. Nachteile der hydraulischen Weiche, Hydraulische Weichen für Brennwertheizkessel.
4. Vor- und Nachteile zusammengefasst.
5. Hydraulische Weiche – Hydraulischer Abgleich bei Brennwertheizgeräten.

Ein Problem welches immer wieder auftaucht ist das Missverständnis der Installateure über Wassermengen der Heizungen. Wasserinhalt der Heizung und dem bewegten Wasser also der Heizungshydraulik. Aus der Annahme das der Wasserinhalt die Grundlage für eine Weiche ist, werden häufig hydraulische Weichen unnützerweise eingebaut.

Beispiel:

Wasserinhalt: Eine alte Heizungsanlage hat den Wasserinhalt von 1,2m³. Auf diesen Wasserinhalt muss das Ausdehnungsgefäß angepasst werden.

Wasserumlauf: Die Berechnung des hydraulischen Abgleich ergibt eine Wasserumlaufmenge von 2,23 m³ die Stunde. Diese Wasserumlaufmenge ist Grundlage für die Aussage Weiche oder keine Weiche und ist letztendlich die Grundlage für fast alle Berechnungen die für Heizungen erforderlich sind. Rohrnetzberechnung, hydraulischer Abgleich, Heizleistung der Heizkörper usw.

1. Was sind hydraulische Weichen?

Es sind simpel gesagt Wärmetauscher, Haupteinsatzgebiet in Heizungsanlagen jeglicher Größen. Es wird mit einer hydraulischen Weiche eine Trennung der Umlaufwassermenge durch den Wärmeerzeuger von einer Umlaufwassermenge im Heizkörperkreis bezweckt (Umlaufwassermengen sind die Wasserströme, die durch eine Umwälzpumpe bewegt werden). In der hydraulischen Weiche entsteht eine Wasserdurchmischung der hohen Temperatur mit Wasser vom Kessel und der  niedrigeren Temperatur durch den Heizkreis. So die Theorie.

2. Vorteil der hydraulischen Weiche.

Bei dem Einsatz der hydraulischen Weiche sind keine Anlagenwiderstände, wie sie bei dem Durchfluss durch ein Heizgerät entstehen, zu erwarten. Heizkesselwiderstände werden für die Heizkreise unwichtig. Die Widerstände der Kesselanlage werden durch die Kesselkreispumpe überwunden. Die unterschiedlichen Umlaufwassermengen der Heizkreise werden durch die Kesselwiderstände nicht beeinflusst.

Beispiel: Großkesselanlagen mit mehreren Heizkesseln der Bauart Standardheizkessel und Niedertemperaturheizkessel. Bei Standardheizkesseln und Niedertemperaturheizkesseln wirkt sich die Temperaturanhebung positiv aus.  (Erklärung: Standardheizkessel dürfen nur mit Rücklauftemperaturen über 58°C und Niedertemperaturheitzkessel nur über 38 °C betrieben werden.) Es entsteht kein oder wenig Kondensat durch hohe Rücklauftemperaturen. Kondensat schädigt insbesondere Stahlheizkessel und Gussheizkessel. In Großkesselanlagen mit mehreren Heizkesseln werden je nach Kesseltyp auch noch Dreiwegeventile über dem Heizkessel installiert, um auch das Kondensat beim Kesselaufheizen so gering wie möglich zu halten.

3. Nachteile der hydraulischen Weiche, Hydraulische Weichen für Brennwertheizkessel.

Hydraulische Weichen sind bei vielen Brennwertheizgeräten älterer Konstruktion erforderlich (Grund: Brennwertheizgeräte nutzen im Gegensatz zu Standard- Niedertemperaturheizkesseln den Kondensatfluss zur besseren Energieausnutzung). Brennwertgerätehersteller geben eine maximale und minimale Wasserdurchlaufmenge als Durchfluss durch das Brennwertgerät an. Die maximale Wassermenge wird in nicht hydraulisch abgeglichenen Heizungsanlagen häufig überschritten. In dem Fall ist eine hydraulische Weiche erforderlich. In hydraulisch abgeglichenen Heizungsanlagen werden die maximalen Wassermengen der Geräteherstellerangaben weit unterschritten und es muss geprüft werden, ob die minimale Wassermenge von dem Hersteller für das Brennwertgerät akzeptiert wird. Bei moderneren Brennwertgeräten wird beim Unterschreiten der minimalen Wasserumlaufmenge durch den steigenden Pumpendruck eine geräteinterne Überströmung geöffnet. Der Grund hierfür: die meisten , insbesondere wandhängende Brennwertgeräte, haben einen sehr geringen Wasserinhalt, 0,5-1,5 l. Diese geringe Wassermenge heizt sich ohne geöffnete Heizkörper oder Überströmung schnell über 100°C auf und es entstehen Dampfschläge. Beispiel: Wenn in einem Brennwertgerät 18 KW Heizleistung auf 1 l Wasser treffen, dauert es nur Sekunden, bis dieses Wasser kocht. Es entstehen Dampfschläge. Auch das ist ein Problem älterer Brennwertgeräte. Neuste Brennwertgeräte starten nicht mit 100% Heizleistung, sondern mit 30 – 50%. In modernen Geräten reagieren die Elektroniken deutlich schneller als in älteren Brennwertgeräten, so dass keine Überheizungen entstehen.

Bei Brennwertheizgeräten sind die Nachteile einer hydraulischen Weiche gravierend. Es wird der Vorteil des hydraulischen Abgleichs zerstört. Bei der Berechnung des hydraulischen Abgleichs nach der Optimus Studie werden hohe Vorlauftemperaturen und niedrige Rücklauftemperaturen gerechnet und eingestellt. Niedrige Rücklauftemperaturen bedeuten einen maximalen Kondensatfluss und damit eine hohe Effizienz des Brennwertgeräts. Durch die hydraulische Weiche wird die Rücklauftemperatur annähernd auf die Vorlauftemperatur angehoben. Der Kondensatfluss verringert sich oder  hört gesamt auf. Somit verringert sich die Brennwerteffizienz.

Beispiel: Ohne Brennwerteffizienz muss bei einem Brennwertgerät mit einer Energieausnutzung von 90 – 92% gerechnet werden. In einer Anlage ohne hydraulische Weiche mit korrektem hydraulischen Abgleich und einer passend eingestellten Heizungsregelung kann mit einer Energieausnutzung von 98 – 102% gerechnet werden.

Ein kluger Mann hat in einem Vortrag einmal gesagt“ wenn der Brennwertgerätehersteller eine hydraulische Weiche verlangt, sehen Sie sich nach einem anderen Hersteller um“. Ein technisch ausgereiftes Brennwertgerät braucht keine hydraulische Weiche.

4. Vor- und Nachteile zusammengefasst.

1. Die hydraulische Weiche ist ein hervorragendes Instrument, um Mehrkesselanlagen leistungsgerecht zusammenzuführen. Bei Standard- und Niedertemperaturheizkesseln sind keine Nachteile für den Energieverbrauch des Brennstoffs gegeben. Bei dem Stromverbrauch sieht das anders aus.
2. Die hydraulische Weiche ist in Verbindung mit Brennwertheizgeräten deutlich verbrauchserhöhend. Für den Betrieb der hydraulischen Weiche ist eine zusätzliche Umwälzpumpe erforderlich, die erhebliche Mengen Strom verbrauchen kann. Viele Brennwertgeräte nicht neuester Bauart haben noch nicht einmal hocheffiziente Umwälzpumpen verbaut. Stromverbrauchsbeispiel für ein kleines Brennwertgerät, der Verbrauch könnte 100€ im Jahr betragen, zusätzlich zum schon vorhandenen Stromverbrauch der Heizung durch die Heizkreispumpe und die Regelelektronik.
3. Mit der ca. 8% schlechteren Energieausnutzung und dem zusätzlichen Stromverbrauch kann bei einem Einfamilienhaus mit  ca. 120 – 170 € Mehrverbrauch und damit zusammenhängend mit ca. 160  -200 Kg CO2 Eintrag gerechnet werden

5. Hydraulische Weiche – Hydraulischer Abgleich bei Brennwertheizgeräten.

Hydraulische Weiche und Hydraulischer Abgleich nach der Optimus Studie sind nur schwer miteinander zu Vereinbaren. Hohe Temperaturspreizungen vom Vor zum Rücklauf setzen eine hohe Vorlauftemperatur voraus. Diese hohe Vorlauftemperatur wird durch die hydraulische Weiche wieder zum Heizgerät zurückgeführt und führt zu sehr geringem Kondensatfluss wie im Abschnitt 3 Beschrieben.

Ist bei einem Brennwertgerät eine hydraulische Weiche gefordert muss der hydraulische Abgleich für die Heizkörper mit möglichst niedriger Vorlauftemperatur gerechnet werden. Damit wird ein höherer Kondensatfluss bei Brennwertgeräten erreicht. Das Problem bei einer niedrigen Vorlauftemperatur, die Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf wird niedrig und somit steigt die Umlaufwassermenge im Heizkörper. In dem Fall wird von der Umwälzpumpe mehr Leistung und somit mehr Stromeinsatz gefordert.

Beispiel Anlage ohne Weiche mit hoher Temperaturspreizung 75 °C Vorlauf  35°C Rücklauf  hat eine Heizleistung von 1025 Watt. Die Wassermenge durch den Heizkörper in dem Fall 25 l/Stunde. Bei 10 Heizkörpern in der Anlage macht das 250 l die Stunde Gesamtumlaufmenge Wasser.

Beispiel Anlage mit Weiche und niedriger Temperaturspreizung müssen für 1025 Watt Heizleistung 52°C Vorlauf 45°C Rücklauf gerechnet und eingestellt werden. Die Wassermenge durch den Heizkörper in dem Fall 126 l/Stunde. Bei 10 Heizkörpern in der Anlage macht das 1260 l die Stunde Gesamtumlaufmenge Wasser.

Ihr Bernd Wulfestieg

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