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Whitepaper |
Energie sparen mit PICVs | Juni 2017
© Siemens Schweiz AG 2017
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Überversorgung vermeiden
Unterschiedlicher Widerstand führt zur Unter- oder
Überversorgung
Bei hydraulischen Heiz- oder Kühlsystemen wird das heiße oder
kalte Trägermittel (Wasser, entweder pur oder mit einem Mittel
wie Glykol gemischt), das die thermische Energie von ihrer
Erzeugung zum Verbraucher verteilt, über Rohrabschnitte mit
verschiedener Länge oder verschiedenem Durchmesser trans-
portiert. Bei mehrgeschossigen Gebäuden kann die zu über-
windende Höhe ebenfalls unterschiedlich ausfallen. Daher ist
der hydraulische Widerstand entlang des Pfads von der Ener-
gieerzeugung zu jeder Übergabestelle verschieden.
Um die erforderliche Heiz- oder Kühlleistung bereitstellen zu
können, ist jede Übergabestelle für einen bestimmten
Durchfluss ausgelegt. Wenn der Durchfluss zu niedrig ist, erhält
der Verbraucher nicht genügend Energie (Unterversorgung).
Im umgekehrten Fall ist es so, dass bei einem Überfluss (oder
einer Überversorgung) der Durchfluss so hoch ist, dass die
Übergabestelle die bereitgestellte thermische Energie nicht
ausreichend austauschen kann. Als Folge wird die
überschüssige Energie zurück an die Energieerzeugung geleitet,
die dann wiederum nicht mit dem höchsten Wirkungsgrad
betrieben werden kann.
Die Unterschiede werden durch statischen Abgleich
normalisiert
Um sicherzustellen, dass jeder Verbraucher die richtige Menge
an Heiz-/Kühlenergie erhält, wird ein hydraulischer Widerstand
in das System integriert. Normalerweise wird dieser
sogenannte Abgleich durch die Installation von manuellen
Abgleichdrosseln erreicht, die in Reihe zu den
Standardregelventilen installiert werden. Bei dieser Methode
wird der hydraulische Widerstand der Abgleichdrosseln so
dimensioniert, dass das System für nominale
Betriebsbedingungen ideal abgeglichen ist. Das System ist
„statisch abgeglichen“. Dies kann jedoch nur für einen einzigen
vorgegebenen „idealen“ Betriebszustand erreicht werden
(Abb. 2).
Überversorgung tritt trotz des statischen Abgleichs auf
Die Wirklichkeit sieht jedoch ganz anders aus. In statisch
abgeglichenen Systemen kann nach wie vor ein Überfluss bei
bestimmten Teillastzuständen auftreten.
Wenn zum Beispiel einige Kreisläufe nur zur Hälfte geöffnet
sind (Teillast), aber der Rest vollständig geöffnet ist (Volllast),
kommt es in den letzteren Kreisläufen, die übermäßig Energie
erhalten, zu einem Überfluss (Abb. 3).
Ein solcher Überfluss kann über einen längeren Zeitraum bestehen
bleiben, bevor die Raumtemperaturregelung auf die erhöhte oder
verringerte Temperatur reagiert. Solche vorübergehenden
Überversorgungsphasen treten entweder durch eine Änderung
der Last (z. B. Änderung der Belegung eines Raums) oder eine
Änderung des Sollwerts (z. B. Anlaufphase am Morgen) auf.
Überversorgung führt zu Energieineffizienzen
Abhängig von den verwendeten Energieerzeugungsanlagen
kann dieser Überfluss zu zwei negativen Nebenwirkungen
führen. Zunächst führt der Überfluss zum Transport von Wasser
durch das System, das keine passende Menge an zusätzlicher
Energie zu den Verbrauchern bringt,
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und dadurch zu einem
geringen Temperaturunterschied über den Wärmetauscher.
Außerdem führt Überfluss bei Kühlgeräten und Wärmepumpen
zu Ineffizienzen in den Energieerzeugungsanlagen. Überfluss
bei bestimmten Verbrauchen kann zu einer Rücklauftemperatur,
die niedriger als der Nennwert im Kühlmodus ist, sowie zu einer
Rücklauftemperatur führen, die höher als der Nennwert im
Heizmodus ist, sodass die Energieeffizienz von Heiz- und
Kühlgeräten um jeweils 2 % und 3 % sinkt.
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Die Wärmeübertragung durch den Wärmetauscher ist direkt
proportional zum Durchfluss und zum Temperaturunterschied
im gesamten Wärmetauscher. Durchfluss und
Temperaturunterschied sind in einem geschlossenen System
umgekehrt proportional zueinander.
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Die Verringerung der Verdampfungstemperatur eines
Kühlgeräts um 1 Grad unter den Auslegungswert verringert
seine Leistung um ca. 3 %. Die Erhöhung der
Kondensationstemperatur einer Wärmepumpe um 1 Grad über
den Auslegungswert verringert ihre Leistung um ca. 2 %.
Abbildung 2: Statisch abgeglichenes System, das
mit dem ausgelegten Betriebswert betrieben wird.
Abbildung 3: Wenn bestimmte Kreisläufe in Teillast oder
geschlossen sind, befinden sich andere im
Überflusszustand (große blaue Pfeile).