Wissenswertes
Für Ihre Baustelle – über und unter der Erde
Ökonomie trifft Ökologie
Wirtschaftlichkeit und Energieeinsparungen
Gestiegene Energiepreise gepaart mit wachsenden Anforderungen an den Klimaschutz rücken die nachhaltige Energiegewinnung durch Wasserkraft in den Fokus. Aus diesem Grund stellen viele kommunale Versorger z.B. im Sektor Wassertransport, Wasserkraftanlagen, den sorgsamen Umgang mit der Ressource Energie in den Vordergrund. Es wurden deshalb bereits einige Normen und Verordnungen zu diesem Thema verabschiedet, beispielsweise die Internationale Energiemanagementnorm ISO 50001 oder Energieeinsparverordnung EnEV.
Um die Energieeffizienz von Armaturen zu ermitteln, müssen zunächst die Grundlagen der Strömungslehre berücksichtigt werden. Diese besagen, dass durch Reibung des Mediums an der Innenrohrwand und an der Innenkontur der eingebauten Armaturen Widerstandsbeiwerte entstehen, welche zur Überwindung entsprechend Energie benötigen.
Die Auswahl der richtigen Armatur
Ein entscheidendes Kriterium betreffend der Energiekosten und der Energieeinsparung ist die korrekte Auswahl der richtigen Armatur. Armaturen werden zunächst in verschiedene Kategorien eingeteilt, beispielsweise in Absperrarmaturen (Absperrschieber, Absperrklappen, Kugelhähne, etc.) und Sicherheitsarmaturen (Regelventile, Rückflussverhinderer, Be- und Entlüftungsventile, etc.). Die Auswahl der richtigen Armatur ist zunächst abhängig von deren Anwendung, Nennweite, Druckstufe, Druckverhältnissen, Medium, Fließgeschwindigkeit, Temperatur und dessen Antrieb (handbetätigt, elektrisch, pneumatisch, hydraulisch, etc.).
Je nach Auswahl der Armaturenart liegen unterschiedliche Strömungseigenschaften vor. Der Strömungswiderstand von Armaturen wird beeinflusst durch die Bauart, hängt also davon ab, wie stark das Medium beim Passieren der Armatur umgelenkt wird, ob sich der Querschnitt verengt oder ob an Kanten Verwirbelungen auftreten.
Entscheidungsgrundlage für energieeffiziente Armaturen
Als Entscheidungsgrundlage für energieeffiziente Armaturen werden der Kv-Wert (Durchflussmenge) sowie der ζ (Zeta)-Wert (Durchflussbeiwert) herangezogen.
Der Kv-Wert ist eine Kenngröße, womit die Durchflussmenge bei Ventilen definiert wird. Er beschreibt die Menge Wasser von 5°C bis 30 °C, die bei einem Druckverlust von 1 bar durch das Ventil fließt. Die Ermittlung des Kv-Wertes ist geregelt in den technischen Regelwerken VDI/VDE 2173.
Formelbeispiel:
Der ζ (Zeta)-Wert wird bezeichnet als Druckverlustbeiwert, Druckverlustkoeffizient oder auch Widerstandsbeiwert (übliches Formelzeichen ζ) und ist in der Strömungslehre ein dimensionsloses Maß für den Druckverlust in einem durchströmten Bauteil, wie einer Rohrleitung oder Armatur.
Formelbeispiel:
Die Daten zur Anwendung der Formeln erhalten Sie auf Anfrage oder in den Datenblättern der jeweiligen Armaturenhersteller.
Beispiele von Armaturen mit niedrigem Zeta-Wert:
Rückflussverhinderer, beispielsweise Düsenrückschlagventil
Ein optimierter Verlauf im Strömungsquerschnitt sowie eine günstige Strömungskontur bei dieser kompakten Bauweise ergeben einen sehr geringen Widerstandsbeiwert im Betrieb. Dabei sollte auf Vollöffnung des Rückflussverhinderers geachtet werden, welche bei ca. 2m/s Durchflussgeschwindigkeit erreicht wird. Dadurch wird der beste ζ (Zeta)-Wert bewirkt. Zudem trägt der schnelle und kurze Schließweg zur Minimierung von Druckstößen bei.
Doppelexzentrischer Kugelhahn
Bei Vollöffnung ergibt sich ein freier Durchgang, welcher 1:1 des Rohrinnendurchmessers entspricht. Dies führt zu einem sehr niedrigen ζ (Zeta)-Wert. Zudem sind bei dieser Bauart sehr hohe Durchflussgeschwindigkeiten möglich.
Regelarmatur Ringkolbenventil
Eine fachgerechte Auslegung ist speziell bei einem Regelventil von enormer Bedeutung, da zum einen eine Überdimensionierung bzw. auch eine Unterdimensionierung sich auf die Energiekosten auswirkt. Als Beispiel: Bei einer Optimierung der Nennweite eines Ringkolbenventils von DN600 auf DN500 kann z.B. ein Energiekosteneinsparpotential von ca. 30% erreicht werden. Und zum anderen durch die Auswahl eines geeigneten Regeleinsatzes, z. B. Schaufelkranz, Schlitzzylinder, Lochzylinder, welcher zu einem optimierten Strömungsverhalten und einem sehr breiten Regelbereich beiträgt. Die optimale Auslegung führt zu einer kontrollierten Kavitation und damit zu einer Vermeidung von Schäden, welche durch die Kavitationsbildung entstehen könnten.
Unter Beachtung dieser aufgeführten Entscheidungskriterien können die Wirtschaftlichkeit und die Energieeffizienz in der Wasserwirtschaft deutlich verbessert werden und damit zum Ziel der Ressourceneinsparung beitragen.
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