Ventilantriebe in HLK-Anlagen

Energieeffizienz zwischen Regelung und Hydraulik

Dipl.-Ing. Claudia Zeller

Vollautomatische Ventilantriebe kommen in jeder HLK-Anlage von größeren Gebäuden wie beispielsweise in Büro- und Verwaltungsgebäuden, Schulen, kulturellen Einrichtungen, Flughäfen, Einkaufszentren, Stadien, Hotels, Krankenhäusern und Produktionsstätten zum Einsatz.

Tag für Tag öffnen und schließen sie Ventile und sorgen für die Umsetzung der elektrischen Signale in mechanische Bewegungen, die wiederum über die Ventilstellungen die Temperaturen in hydraulischen Systemen beeinflussen.

Zuverlässigkeit, Robustheit und Langlebigkeit sind die wichtigsten Attribute der Ventilantriebe. Mechanische Präzisionsarbeit und elektronisch ausgeklügelte Systeme zeichnen hochwertige Antriebe aus und sorgen für die präzise Steuerung von immensen Wassermassen.
Ventilantriebe sind die Marathonläufer in jeder HLK-Anlage, da sie ständig lange und ausdauernd laufen müssen.

Für den HLK-Einsatz gibt es verschiedene Ausführungen. Die Hubkraft reicht von einem kleinen Zonenventil mit 120 N bis zu großen Antrieben mit einer Kraft von z.B 2500 N. Das entspricht einer Gewichtskraft von ca. 250 kg, die auf eine kleine Ventilspindel mit einer Querschnittsfläche von etwa 1 cm² wirkt. Man sieht hier, welche enormen Kräfte wirken, damit eine Heizungsanlage funktionieren kann.

Elektronik
Angesteuert werden Ventilantriebe mit schaltenden oder stetigen Signalen von Regelungen oder Steuerungen. Für schaltende 2-Punkt- (Auf-Zu) oder 3-Punkt- (Auf-Stop-Zu) Antriebe werden heute vorwiegend Synchronmotoren verwendet. Der Grund liegt neben dem günstigen Preis auch in der direkten Umsetzung des Signals in eine mechanische Hubbewegung. Das Konzept Synchronmotor gewährleistet außerdem den elektrischen Parallellauf von mehreren Ventilantrieben desselben Typs.
Stetige (0?10 V oder 4?20 mA) Antriebe hingegen werden mit bürstenlosen Gleichstrom/Schrittmotoren (BLDC brushless DC) ausgestattet, da zum einen die Schritte genau registriert und gespeichert werden und zum anderen ein geringer Verschleiß und geringe Stromaufnahme für sich sprechen.

Oft stecken sie voller technischen Finessen, die erst bei genauerer Betrachtung erkannt und geschätzt werden. In den Endlagen müssen Ventilantriebe automatisch abschalten. Dies wird entweder durch Endschalter oder heutzutage mit Hilfe einer elektronischen Motorabschaltung realisiert, wobei die zweite Lösung wesentlich verschleißfreier ist. Der genaue Ventilhub ist für eine präzise stetige Regelung von enormer Bedeutung. Somit ist bei einer korrekt ausgelegten und hydraulisch abgeglichenen Anlage das Verhältnis vom Ventilhub auf die Leistungsabgabe abgestimmt. Daher verfügen die neuen Antriebe der Reihe vialoq AVM 1000 (Abb.1) von SAUTER über ein absolutes Wegmesssystem mit eingebauter Bewegungserkennung. So ist nach einem Stromunterbruch keine Reinitialisierung des Antriebhubes nötig, da die genaue Position durch das absolute Wegmesssystem sofort erkannt wird.

Um den verschiedenen Anforderungen der Anlagen und Ventile gerecht zu werden, bieten moderne Antriebe diverse Einstellmöglichkeiten oder verschiedene Ausführungen. Um Einstellungen am Gerät zu ändern, lässt sich die Parametrierung durch Dip-Schalter vornehmen, was größtmögliche Flexibilität zulässt. So kann beispielsweise individuell die Laufzeit und der Wirksinn angepasst, gegebenenfalls auch die Ventilkennlinie zwischen linear und gleichprozentig ausgewählt werden.

Energieeffizienz steht an erster Stelle
Üblicherweise ist ein Ventilantrieb in einer eingebauten Anlage bis zu 80% im Stand-by-Modus und nur zu 20% in Bewegung. Bei der Entwicklung der vialoq AVM 1000 Reihe von SAUTER wurde darum einem sehr geringen Energieverbrauch hohe Bedeutung zugemessen. Da er im Betrieb lediglich 1,7 W und im Stand-by-Modus sogar nur 0,4 W Leistungsaufnahme hat, ist er äußerst energieeffizient, was zu signifikanten Energieeinsparungen führt. So gewährleistet das Gerät minimalen Energieverbrauch bei maximaler Ressourceneffizienz und sorgt für optimierte Betriebs- und Anlagenkosten.