Mischerdimensionierung
Für die meisten Anwendungen ist die Auslegung des Mischers recht einfach. Der Druckabfall im Stellglied soll möglichst in einem Toleranzband von 15 bis 40 mbar liegen. Im Diagramm in Abb. 5 ist dieser Bereich mit zwei Linien markiert.
Zur Mischerdimensionierung steigt man mit dem Wärmestrom Q bzw. der errechneten Heizlast links unten ins Diagramm (vgl. Abb. 5) ein und geht senkrecht nach oben zum Schnittpunkt mit der Linie, auf der die gewünschte Spreizung aufgetragen ist. Von dort bewegt man sich waagrecht nach rechts, bis sich die waagerechte Linie im grau hinterlegten Feld (15 bis 40 mbar Druckabfall) mit der Dimensionskennlinie schneidet. So ergibt sich einerseits die erforderliche Größe des Mischers wie auch – wenn man senkrecht nach unten geht – sein Druckabfall. Das in das Diagramm eingezeichnete Beispiel zeigt eine Heizlast von 60 kW und eine Spreizung von 20 K. Daraus folgert die Mischernennweite DN 32 mit einem KVS-Wert von 16 m³/h sowie einem Druckverlust von 26 mbar.
Vorsicht ist bei der Auslegung geboten, falls eine Anlage über mehrere Heizkreise mit unterschiedlichen Systemtemperaturen verfügt, was im Alltag häufig vorkommt. Zum Beispiel, wenn ein Gebäude eine Fußbodenheizung mit Systemtemperaturen von 35/30 °C hat und einen weiteren Heizkreis mit Systemtemperaturen von 60/50 °C für statische Heizflächen. Im Auslegungsfall bedeutet das, dass die Vorlauftemperatur von 60 °C auch am Mischer für die Fußbodenheizung ansteht. Das hat zur Folge, dass der Stellwinkel von 90 Grad nur zu einem ganz geringen Teil genutzt werden kann. Eine stabile Regelung ist so deutlich erschwert oder gar unmöglich. Um dieses Problem zu lösen und dem Mischer seinen vollen Stellbereich von 90 Winkelgraden zu erlauben, ist die „Mischschaltung mit nachgeschaltetem Bypass“ die richtige Wahl der hydraulischen Schaltung.
Ein Beispiel einer solchen Schaltung zeigt Abb. 6: Es handelt sich um eine Fußbodenheizung mit einer Heizleistung von 8 kW und Auslegungstemperaturen von 35/30 °C, also einer Spreizung von 5 K. Der Kreis für die statischen Heizflächen hat eine Auslegetemperatur von 60/50 °C. Dadurch ergibt sich für den Kesselkreis ein Massenstrom von 229 kg/h, während für den Heizkreis 1.375 kg/h erforderlich sind. Der Kesselkreis hat also nur rund ein Sechstel des Massenstroms des Fußbodenheizkreises. Nach diesem Wert (229 kg/h) ist der Mischer zu dimensionieren. Würde der Mischer – wie in der Praxis häufig der Fall – nach dem Massenstrom der Fußbodenheizung (1.375 kg/h) ausgelegt, wäre er um mindestens zwei Nennweiten zu groß. Folge dieser Überdimensionierung wäre, dass nur ein kleiner Bereich des Gesamtstellbereiches eines Mischers zur Regelung genutzt werden kann, nämlich konkret:
Vom Stellbereich von 90 Winkelgraden könnten in diesem Falle also nur 17 Prozent zur Regelung genutzt werden. Eine stabile Regelung der Vorlauftemperatur wäre nahezu unmöglich. Durch die Dimensionierung des Mischers mit den Eckdaten 60/30 °C (Spreizung 30 K) wird die Mischerdimension sehr klein, was die Nachschaltung einer einregulierten Bypass-Strecke notwendig macht. In Abb. 5 sind die abweichenden Wassermengen gut erkennbar. Durch diese hydraulische Maßnahme ist der Mischer in der Lage, seinen vollen Stellwinkel für die Regelfunktion zu nutzen.
Der notwendige Bypass wird gemäß Abb. 7 wie folgt einreguliert: Zunächst sind das Regulierventil (2) sowie der Mischer ganz zu öffnen. Bis zur Kreuzung Bypass/Vorlauf (D) dürfte nahezu die Kesseltemperatur von 60 °C anstehen, während nach D in jedem Fall eine zu geringe Temperatur anliegt. Grund ist die durch das ungedrosselte Bypass-Regulierventil von E nach D strömende, recht hohe Beimischmenge. Jetzt kann das Regulierventil (2) so lange schrittweise gedrosselt werden, bis sich am Punkt 1 (Vorlauf Fußbodenheizung) die vorgesehene maximale Temperatur (hier 35 °C) einstellt. Der nächste Drosselschritt sollte jeweils immer erst nach erfolgter gleichmäßiger Durchwärmung des gesamten Verbraucherkreises und der Stabilisierung der Rücklauftemperatur erfolgen. Das kann bei einer Fußbodenheizung mehrere Stunden dauern. Im Falle eines Pufferspeichers sollte auf die beschriebene Bypass-Lösung verzichtet werden. Denn bei einer hohen Rücklaufbeimischung über den Bypass ist eine vollständige Pufferentladung nicht möglich.
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