Hydraulische Weiche

Die technischen Anforderungen der Wärmeerzeuger für einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb unterscheiden sich von den technischen Anforderungen, die die Wärmeverbraucher an das System stellen.

Die hydraulische Weiche als Systemkomponente in Heiz- und Heißwasserkesselanlagen trennt die Anforderungen des Wärmeerzeugers von den Anforderungen des Wärmeverbrauchers. Sie gleicht die in verschiedenen Betriebszuständen unterschiedlichen Volumenströme von Wärmeerzeuger und -verbraucher aus.

Damit können beide Seiten hydraulisch bzw. wärmetechnisch unabhängig voneinander betrieben werden.

Bei der Auslegung ist darauf zu achten, dass alle Grenzsituationen von Erzeugern und Verbrauchern, bspw. Sommer- und Winterlast, beachtet werden. Bei maximalem Volumenstrom auf Erzeuger- und Verbraucherseite muss die Strömungsgeschwindigkeit (beim internen Ausgleich) in der hydraulischen Weiche unter 0,1 m/s bleiben. Diese Begrenzung stellt sicher, dass die hydraulische Weiche ihre Hauptfunktion der

Druckentkopplung ohne Druckverluste erfüllen kann und zusätzlich eine Luftabscheidung ermöglicht.

Anforderungen der Verbraucher

• Wärmeleistungsregelung der Verbraucher von 0 – 100 %
• Am Wärmeverbraucher schwanken sowohl die Wärmemenge als auch die Temperaturdifferenz beliebig
• Vorlauftemperatur am Verbraucher kann fest oder variabel (z.B. witterungsgeführt) sein
• Rücklauftemperatur am Verbraucher:
  • Schwankt bei vielen Anwendungen
  • Sinnvoll ist eine möglichst geringe Rücklauftemperatur für eine möglichst hohe Effizienz von Wärmerückgewinnungsmaßnahmen oder Wärmepumpen
  • Geringe Rücklauftemperaturen und dadurch hohe Temperaturspreizung zwischen Vorlauf und Rücklauf reduzieren die elektrische Pumpenleistung der Umwälzpumpen

Anforderungen der Wärmeerzeuger

• Leistungsregelung:
  • Eine stufenlose Leistungsregelung von 0 – 100 % ist nur für elektrisch betriebene Heißwasser- und Heizkessel gegeben
  • Alle anderen Wärmeerzeuger wie Heißwasser- oder Heizkessel, BHKW, Wärmepumpen, Biomassekessel haben eine Mindestleistung, die nicht unterschritten werden kann
• Maximale Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf:
  • Heißwasser- und Heizkessel 40 – 50 K
  • Wärmepumpen je nach Anwendung 10 K oder für mehrstufige Systeme 30 – 60 K
  • BHKW-Anlagen meist 20 K
• Minimale Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf:
  • Heißwasser- und Heizkessel 10 – 20 K
  • Wärmepumpen je nach Anwendung 10 K oder für mehrstufige Systeme 30 – 60 K
  • BHKW-Anlagen meist 10 K
• Minimale Umwälzmenge:
  • Sichere Wärmeabfuhr aus den Wärmeerzeugern
  • Sichere Anströmung von Temperaturregler und Begrenzereinrichtungen
• Maximale Umwälzmenge:
  • Meist definiert durch die Auslegung

Betrieb nur von Wärmeerzeugern

Die hydraulische Weiche wird von oben nach unten durchströmt. Die Temperaturen im Rücklauf zum Kessel steigen an.

Betrieb nur von Wärmeverbrauchern

Die hydraulische Weiche wird von unten nach oben durchströmt. Die Temperaturen im Vorlauf zum Wärmeverbraucher fallen ab.

Beispiele für den gleichzeitigen Betrieb von Wärmeerzeugern und Wärmeverbrauchern

Die Rücklauftemperatur zum Kessel wird um 10 K angehoben, da trotz gleicher Leistung durch die größere Temperaturspreizung auf der Wärmeverbraucherseite ein geringerer Volumenstrom vorhanden ist.

Die Vorlauftemperatur zu den Verbrauchern wird in diesem Betriebszustand durch das Überströmen von kaltem Netzrücklauf auf 68 °C reduziert.

Bei geringeren Druckverlusten in den gemeinsamen Verbindungsleitungen (Kesselvorlauf und Kesselrücklauf) zur hydraulischen Weiche können auch Mehrkesselanlagen hydraulisch unabhängig eingebunden werden.