Armaturen in der Gebäudetechnik: Arten, Funktionsweisen und Auswahl

Was ist eine Armatur?

Im Anlagenbau und speziell in der Rohrleitungstechnik bezeichnet man als Armaturen Bauteile, die Stoffströme durch das Öffnen, Schließen, Absperren, Teilen oder Mischen des Durchflusskanals beeinflussen.

Welche Arten von Armaturen gibt es?

Grundsätzlich unterscheidet man Armaturen nach ihren Konstruktionsmerkmalen in die Grundbauarten Schieber, Ventil, Hahn, Klappe und Membranarmatur.

Armatur „Schieber“

Als „Schieber“ bezeichnet man eine Armatur, bei der die Abschlusskörperbewegung geradlinig ist und im Abschlussbereich quer zur Strömungsrichtung erfolgt.

Armatur „Ventil“

Als „Ventil“ bezeichnet man eine Armatur, bei der die Abschlusskörperbewegung geradlinig ist und im Abschlussbereich in Strömungsrichtung erfolgt.

Armatur „Hahn“

Als „Hahn“ bezeichnet man eine Armatur mit einem Abschlusskörper, der sich quer zur Strömung um eine Achse dreht und in der Offenstellung durchströmt wird.

Armatur „Klappe“

Als „Klappe“ bezeichnet man eine Armatur mit einem Abschlusskörper, der sich quer zur Strömung um eine Achse dreht und in der Offenstellung umströmt wird.

Membranarmatur

Als „Membranarmatur“ bezeichnet man eine Armatur, bei der der Durchflusskanal durch die Armatur durch Deformation eines flexiblen Abschlusskörpers verändert wird.

Rückflussverhinderer

Armatur, die bei Durchfluss in eine festgelegte Richtung selbsttätig öffnet und den Durchfluss in die entgegengesetzte Richtung selbsttätig verhindert.

Rückflussverhinderer

Armatur, die bei Durchfluss in eine festgelegte Richtung selbsttätig öffnet und den Durchfluss in die entgegengesetzte Richtung selbsttätig verhindert.

Darüber hinaus unterscheidet man Armaturen auch nach ihren Funktionsmerkmalen (z. B. Absperr- und Sicherheitsarmaturen, Stell- und Regelarmaturen, Mischer- bzw. Verteilarmaturen) sowie anwendungsbezogen nach ihrem Einsatzgebiet (z. B. in Kraftwerks-, Heizungs-, Gas- oder Lebensmittelarmaturen). Auch nach der Art der Betätigung werden Armaturen unterschieden: in handbetätigte, angetriebene (elektrische, pneumatische oder hydraulische) Armaturen und eigenmedium-gesteuerte Armaturen (z. B. Volumenstrombegrenzer, Differenzdruckregler, Sicherheitsventile etc.).

Die wichtigsten Kenngrößen

Um einen erfolgreichen und sicheren Einsatz von Armaturen zu gewährleisten, sollten Sie die wichtigsten Kenngrößen kennen. Nachfolgend eine kurze Übersicht:

Nennweite

Als Nennweite (Kurzzeichen: NW oder DN aus dem franz. „diamètre nominal“) bezeichnet man in der Gebäudetechnik den inneren Durchmesser eines Rohres. Sie setzt sich aus den Buchstaben „DN“ und einer Zahl zusammen, die direkt mit der physikalischen Größe der Anschlüsse (in mm) in Beziehung steht. Beispiel: DN32

Druck

Als Druck (Kurzzeichen: p) bezeichnet man die Kraft, die auf eine Flächeneinheit wirkt.

Nenndruck

Der Nenndruck (Kurzzeichen: PN, Pressure Nominal) ist eine Referenzgröße. Sie gibt den Auslegungsdruck in bar bei Raumtemperatur (20 °C) an. Sie setzt sich aus den Buchstaben „PN“ und dem höchstzulässigen Druck zusammen. Beispiel: PN10

Volumenstrom

Der Volumenstrom (Kurzzeichen: Q) bezeichnet die Flüssigkeits- oder Gasmenge, die in einer bestimmten Zeiteinheit durch ein Rohr fließt.

Widerstandsbeiwert

Der Widerstandsbeiwert (Kurzzeichen: ζ, Zeta) gibt den Widerstand an, den Armaturen oder andere Formstücke in Rohrleitungen der Rohrströmung entgegensetzen. Je größer ζ, desto höher der Druckverlust. Wichtig: dieser ζ-Wert gilt für die voll geöffnete Armatur.

Molchen

Als Molchen bezeichnet man das Reinigen eines Rohres mit einem speziellen Passkörper (Molch) oder einem anderen Reinigungsgerät.

Der Kv-Wert und der Kvs-Wert werden auch als Durchflussfaktor oder Durchflusskoeffizient bezeichnet. Er dient zum Vergleich, zur Auswahl und Dimensionierung von Armaturen. Der Wert wird in der Einheit m³/h angegeben.

Der Kv-Wert entspricht dem Wasserdurchfluss durch eine Armatur bei:

• Differenzdruck von 1 bar
• Temperatur zwischen 5°C und 30°C.

Für jeden Öffnungsgrad (Stellhub, Stellwinkel) gibt es einen zugehörigen Kv-Wert.

Trägt man diese Kv-Werte über den Hub auf, erhält man die Kennlinie der Armatur. Der Kv-Wert berechnet sich wie folgt. Wobei r [kg/dm³] der Dichte-Faktor des Mediums, Q [m³/h] der Volumenstrom und ∆p [bar] der Differenzdruck ist.

Kv = Q ∙ √ r/∆p 

für Wasser mit r = 1 ergibt sich:

Kv = Q / √∆p 

Kvs-Wert → Durchfluss durch eine voll geöffnete Armatur (100 % Öffnungsgrad)

→ Für eine Armatur gibt es einen Kvs-Wert, jedoch mehrere Kv-Werte!

In 10 Schritten zur richtigen Armatur am Beispiel eines Rechenzentrums

Die beste Möglichkeit, die passende und effizienteste Armatur zu finden, ist eine systematische Vorgehensweise. Gehen Sie Schritt für Schritt die Anforderungen durch, die die Armatur erfüllen soll. So sortieren Sie ganz automatisch die Armaturen aus, die für Ihr Vorhaben nicht infrage kommen. Deutlich wird dies an folgendem Beispiel eines Kältekreises, der einen Wärmetauscher in einem Datacenter versorgen soll. Der Volumenstromwert für dieses Beispiel beträgt 200 m3/h, woraus sich eine DN-Empfehlung von DN150 ergibt.

1. Welche Funktion soll erfüllt werden?

Wir benötigen eine Armatur zum Absperren (AUF/ZU). Andere Funktionen könnten z. B. Messen, Drosseln oder Regeln sein.

Mögliche Armaturen:

Schieber / Ventil / Hahn / Klappe / Membranarmatur

2. Welches Medium durchströmt unsere Armatur?

Welche chemischen Eigenschaften hat die Flüssigkeit? Ist das Medium korrosiv und/oder abrasiv? Ist das Medium feststoffbeladen oder sogar explosiv? Je nach Medium muss darauf geachtet werden, dass der Werkstoff der Armatur dem Medium standhält. In unserem Beispiel kommt Kühlwasser in einem geschlossenen Kreislauf zum Einsatz.
Mögliche Armaturen:

Schieber / Ventil / Hahn / Klappe / Membranarmatur

3. Welche Temperaturanforderungen bestehen?

Auch die Temperatur des Mediums sowie die Umgebungstemperatur spielen eine große Rolle bei der Auswahl der passenden Armatur. Wichtige Temperaturgrenzen sind u. a. -50°C / -30°C / -10°C / +60°C / +120°C / +350°C. Bei diesen Werten ist in der Regel ein Wechsel der jeweiligen Werkstoffausführungen erforderlich. In unserem Beispiel hat das Medium +6°C und die Umgebungstemperatur liegt bei +20°C. Wir sind im Gebäudeinneren.
Mögliche Armaturen:

Schieber / Ventil / Hahn / Klappe / Membranarmatur

4. Welche Druckanforderungen bestehen?

Wie viel Druck muss die Armatur nach außen hin abdichten? Und wieviel Druck bzw. Differenzdruck muss unsere Armatur zwischen Ein- und Austritt abbauen?
In unserem Beispiel liegt der Systemdruck der Anlage bei ca. 8 bar. Das Rohrnetz ist in Nenndruckstufe PN16 geplant.
Mögliche Armaturen:

Schieber / Ventil / Hahn / Klappe / Membranarmatur

5. Welche Normen, Regelwerke und Abnahmen müssen eingehalten werden?

In unserem Beispiel gelten die Sicherheitsanforderungen des Anhangs I der europäischen Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU (DGR) für Fluide der Gruppen 1 und 2. Darüber hinaus soll die Armatur wartungsfrei sein.
Mögliche Armaturen:

Schieber / Ventil / Hahn / Klappe / Membranarmatur

6. Der Widerstandsbeiwert ζ, Zeta

Da unsere Anlage so effizient wie möglich sein soll, suchen wir eine Armatur mit einem extremen (sehr niedrigen) Widerstandsbeiwert aus. Hier fällt bei unserem Beispiel bereits eine Armaturenart heraus. 
Mögliche Armaturen:

Schieber / Hahn / Klappe / Membranarmatur

7. Wie viel Platz darf die Armatur verbrauchen?
Unser Platz ist sehr begrenzt. Je kompakter die Armatur verbaut wird, desto besser. Bei einem 1:1 Austausch im Bestand kommt es eher auf die Baugleichheit an. Für unser Beispiel fallen hier zwei weitere Armaturenarten aus dem Rennen.
Mögliche Armaturen:

Hahn / Klappe

8. Wie viel freien Durchgang muss die Armatur bieten?

Jetzt geht es um das Molchen, und ob Feststoffe die Armatur passieren sollen. In unserem Beispiel ist das nicht der Fall.
Mögliche Armaturen:

Hahn / Klappe

9. Gibt es hygienische Anforderungen an die Armatur?

Dieser Punkt ist besonders in der Trinkwasserinstallation und in der Lebensmittelindustrie von enormer Bedeutung. In unserem Beispiel gibt es diesbezüglich keine Anforderung.
Mögliche Armaturen:

Hahn / Klappe

10. Das Verhältnis von Preis und Leistung
Projekte unterliegen auch einer Budgetplanung, und Investoren wollen Sicherheit. Hier gilt: so günstig wie notwendig. Auch Verfügbarkeit und Austauschbarkeit sind wichtige Entscheidungskriterien. Ein Kugelhahn in DN32 oder DN50 wäre demnach zwar günstiger als eine Klappe, die in die Rohrleitung geflanscht werden muss. Da wir in unserem Beispiel-Kältekreis jedoch einen Volumenstromwert von 200 m3/h (DN150) haben, ist dies keine Option. Wir benötigen eine Armatur, die DN150 erfüllt. Damit entfällt auch die letzte Option bei der Auswahl.

Mögliche Armaturen:

Klappe

FAZIT:

Nach dieser systematischen Vorgehensweise wissen wir nun genau, was wir für unser Vorhaben für eine Armatur benötigen: eine Absperrklappe. 

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KSB stellt jährlich nahezu eine Million Industriearmaturen her. Industriearmaturen von KSB finden sich in Kraftwerken, Gebäuden, auf Schiffen sowie in verfahrens- und wassertechnischen Anlagen. Neben Ventilen, Schiebern, Klappen, Kugelhähnen, Membranventilen und Regelarmaturen zählen Antriebe und Stellungsregler zum Produktprogramm der Industriearmaturen. Sprechen Sie uns an: Wir beraten Sie gerne!