Unterschied zwischen Auf/Zu- und proportionalem Motorventil

Eine der am häufigsten verwechselten Fragen bei der Auswahl eines motorisierten Ventils ist der Unterschied zwischen einem Auf/Zu-motorisierten Ventil und einem modulierenden motorisierten Ventil. Von außen betrachtet wirken beide wie ein „motorisiertes Ventil“; ihre Funktionsweise, Regelfähigkeit, Preise und die dafür geeigneten Anlagen unterscheiden sich jedoch. In den HVAC-Unterlagen von Siemens wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass Stellantriebe in den Regelarten Auf/Zu, 3-Punkt und modulierend angeboten werden. Auch Belimo weist darauf hin, dass Ventilantriebe mit Auf/Zu-, modulierender oder Floating-Point-Ansteuerung betrieben werden können.

Am einfachsten ausgedrückt ist der Unterschied dieser: Ein Auf/Zu-motorisiertes Ventil arbeitet nur vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen. Ein modulierendes motorisiertes Ventil hingegen kann das Ventil in Zwischenstellungen bringen und den Durchfluss stufenlos anpassen. Spirax Sarco definiert in seinen regelungstechnischen Quellen die Auf/Zu-Regelung und die stetig-modulierende Regelung als getrennte Regelarten.

So klein dieser Unterschied auch erscheinen mag, er hat einen sehr großen Einfluss auf Temperaturstabilität, Energieverbrauch, Schalthäufigkeit, Komfortniveau und Automationsleistung. Deshalb ist die Wahl der richtigen Regelart bei Fan Coils, Klimazentralen, Heizzentralen, Fußbodenheizungen, Wasseraufbereitungs- und Prozessanlagen von entscheidender Bedeutung. Auch die Fan-Coil- und HVAC-Unterlagen von Siemens zeigen, dass die Geräte mit Auf/Zu- oder modulierenden Regelausgängen betrieben werden können.

Was ist ein Auf/Zu-motorisiertes Ventil?

Ein Auf/Zu-motorisiertes Ventil ist ein Ventiltyp, der nur in zwei Stellungen arbeitet:

• vollständig geöffnet
• vollständig geschlossen

Es verharrt nicht in Zwischenstellungen wie 20 %, 40 % oder 70 %. Wenn das Regelgerät einen Befehl gibt, öffnet oder schließt das Ventil. In den Fan-Coil- und Raumthermostat-Unterlagen von Siemens beschreibt der Begriff „on/off control outputs“ genau diese Logik; das Ventil oder der Verdichter erhält über den entsprechenden Ausgang einen CLOSE/OFF-Befehl. Auch Spirax Sarco erläutert die Auf/Zu-Regelung als eine der grundlegenden Regelarten.

Ventile dieses Typs arbeiten in der Regel nach folgender Logik:

• Raumtemperatur unter Sollwert gefallen → Ventil öffnen
• Solltemperatur erreicht → Ventil schließen

Es wird also nicht die Durchflussmenge geregelt, sondern nur, ob überhaupt ein Durchfluss vorhanden ist. Auch in der Antriebsunterlage von Belimo wird die Auf/Zu-Regeloption direkt aufgeführt.

Was ist ein modulierendes motorisiertes Ventil?

Ein modulierendes motorisiertes Ventil öffnet und schließt das Ventil nicht nur, sondern bringt es je nach Bedarf auch in Zwischenstellungen. So kann das Ventil beispielsweise zu 25 %, 40 %, 65 % oder 100 % geöffnet arbeiten. Die Unterlagen von Siemens und Belimo definieren die modulierende Regelung als Bewegung des Stellantriebs in die vom Regelsystem geforderte Position.

In diesem System ist die Regellogik feinfühliger. Ist beispielsweise die Raumtemperatur sehr nahe am Sollwert, öffnet das Ventil nicht vollständig, sondern nur so weit wie nötig. Die Unterlagen von Siemens zur hydronischen Regelung und Durchflussoptimierung besagen ausdrücklich, dass das Regelventil den Durchfluss last- oder bedarfsabhängig anpasst. Auch Belimo weist darauf hin, dass eine modulierende Ventillösung eine korrekte Register-Regelung und ein feinfühligeres Durchflussmanagement ermöglicht.

Kurz gesagt ist das modulierende Ventil eine weiter entwickelte Regellösung, die den Durchfluss mengenmäßig anpasst. In der regelungstechnischen Darstellung von Spirax Sarco wird diese Struktur als stetiges Regelverhalten und modulierendes Regelverhalten behandelt.

Was ist der grundlegende Unterschied?

Der deutlichste Unterschied ist folgender:

Auf/Zu-Ventil

• Arbeitet nach der Logik Öffnen oder Schließen.
• Die Regelung ist einfach.
• Es ist die wirtschaftlichere Lösung.
• Die Temperaturregelung kann gröber sein.

Modulierendes Ventil

• Nimmt eine stufenlose Durchflussanpassung vor.
• Bietet eine feinfühligere Regelung.
• Bietet ein komfortableres und stabileres Temperaturmanagement.
• Erfordert in der Regel eine weiter entwickelte Automation.

Wo wird das Auf/Zu-Ventil bevorzugt?

Ein Auf/Zu-motorisiertes Ventil wird am häufigsten in folgenden Anwendungen bevorzugt:

• Standard-Fan-Coil-Anlagen
• einfache Zonenregelung
• Heiz- und Kühlkreise, in denen eine Auf/Zu-Logik ausreicht
• wirtschaftliche Projekte
• kleine und mittlere Gebäudeautomationsanwendungen

In den Fan-Coil- und Raumregelungs-Unterlagen von Siemens ist ausdrücklich festgehalten, dass Fan-Coil-Einheiten mit Auf/Zu-Ausgängen betrieben werden können. Dies zeigt, dass das Auf/Zu-Ventil besonders in der standardmäßigen raumbezogenen HVAC-Regelung verbreitet ist.

Der größte Vorteil dieser Ventiltypen ist ihre Einfachheit und ihr Kostenvorteil. Sie sind einfach zu bedienen, lassen sich unkompliziert mit einem Thermostat integrieren und bieten in vielen klassischen Anwendungen eine ausreichende Leistung.

Wo wird das modulierende Ventil bevorzugt?

Ein modulierendes motorisiertes Ventil kommt in der Regel in folgenden Anwendungen zum Tragen:

• Register von Klimazentralen
• HVAC-Anlagen mit Anforderung an eine präzise Temperaturregelung
• Gebäude mit fortschrittlicher GLT-Automation
• Regelkreise von Wärmetauschern
• Anwendungen, bei denen eine feinfühligere Prozess- und Durchflussregelung gefordert ist
• Anlagen mit dem Ziel der Energieoptimierung

Die Regelventil-Quellen von Siemens weisen darauf hin, dass Regelventile den Durchfluss last- oder bedarfsabhängig anpassen. Auch Belimo betont, dass modulierende Lösungen für die Register-Regelung besser geeignet sind und mit der gleichprozentigen Kennlinie (equal percentage) eine bessere Regelung ermöglichen.

Deshalb ist in AHU-Anlagen, in denen die Zulufttemperatur stabiler gehalten werden muss, oder in hydronischen Anwendungen, in denen der Durchfluss präzise geregelt werden muss, ein modulierendes Ventil die richtigere Wahl.

Welches ist wirtschaftlicher?

Hinsichtlich der Erstinvestition ist meist das Auf/Zu-Ventil wirtschaftlicher. Der Grund dafür ist die einfachere Regelstruktur. Dass Auf/Zu- und modulierende Optionen in den Produktfamilien von Siemens und Belimo separat angeboten werden, verdeutlicht ebenfalls diesen Funktionsunterschied.

Über die Gesamtbetriebskosten betrachtet muss die günstigste Lösung jedoch nicht immer das Auf/Zu-Ventil sein. Denn ein modulierendes Ventil kann in manchen Anlagen:

• eine stabilere Temperatur gewährleisten,
• die Anzahl unnötiger Schaltvorgänge verringern,
• eine feinere Durchflussregelung vornehmen,
• den Energieverbrauch verbessern.

Die Unterlagen von Siemens zur hydronischen Optimierung und die Quellen von Belimo zum modulierenden Regelventil betonen, dass die Wahl des richtigen Regelventils für die Anlageneffizienz entscheidend ist.

Die richtige Frage sollte also lauten: Möchte ich die Anfangskosten senken oder eine präzisere und effizientere Regelung erreichen?

Vorteile des Auf/Zu-Ventils

Die herausragenden Vorteile des Auf/Zu-Ventils sind:

• einfachere Regellogik
• günstigere Kosten
• einfache Integration mit einem Thermostat
• ausreichende Leistung bei Standard-Fan-Coil- und Zonenanwendungen
• einfache Inbetriebnahme

In den Raumthermostat- und Fan-Coil-Unterlagen von Siemens ist erkennbar, dass Auf/Zu-Ausgänge direkt für derartige Anwendungen verwendet werden.

Nachteile des Auf/Zu-Ventils

Ein Auf/Zu-Ventil ist nicht immer die ideale Lösung. Seine wesentlichen Einschränkungen sind:

• die Temperaturregelung kann gröber sein
• es kann häufig schalten
• bei der Raumtemperatur können Schwankungen auftreten
• bei präzisen Anwendungen kann es unzureichend sein

Die regelungstechnische Darstellung von Spirax Sarco behandelt den Qualitätsunterschied zwischen der Auf/Zu-Regelung und der stetig-modulierenden Regelung als grundlegenden Unterschied im Regelansatz.

Vorteile des modulierenden Ventils

Die Stärken des modulierenden Ventils sind:

• feinfühligere Durchflussregelung
• stabileres Temperaturmanagement
• professionellerer Betrieb durch Automation
• bessere Leistung bei der Register- und Wärmetauscherregelung
• in manchen Anwendungen ein Vorteil bei der Energieeffizienz

Die Quellen von Belimo zum Characterized Control Valve und zum modulierenden Antrieb besagen, dass die modulierende Lösung hinsichtlich korrekter Register-Regelung und Durchflusskennlinie Vorteile bietet. Auch Siemens weist darauf hin, dass das Regelventil den Durchfluss bedarfsabhängig anpasst.

Nachteile des modulierenden Ventils

Die Nachteile des modulierenden Ventils sind in der Regel:

• höhere Erstinvestition
• Bedarf an einer fortschrittlicheren Regelinfrastruktur
• bei falscher Auswahl wird die erwartete Genauigkeit möglicherweise nicht erreicht
• Inbetriebnahme und Einstellung erfordern mehr Sorgfalt

In den Produktgruppen von Siemens und Belimo ist deutlich erkennbar, dass modulierende Optionen mit dem Regelsystem kompatibel arbeiten müssen; diese Lösung erfordert also eine größere Systemkompatibilität.

Was ist beim Fan Coil richtiger?

Bei Standard-Fan-Coil-Anwendungen reicht meist ein Auf/Zu-motorisiertes Ventil aus. Die Fan-Coil-Regelungs-Unterlagen von Siemens weisen darauf hin, dass bei Fan-Coil-Einheiten Auf/Zu- oder modulierende Ausgänge verwendet werden können; dies zeigt, dass beide Typen möglich sind, aber je nach Anwendung ausgewählt werden.

Der allgemeine Ansatz ist folgender:

• bei Standard-Fan-Coil-Anwendungen in Hotels, Wohnungen und Büros kann Auf/Zu ausreichen
• bei Projekten mit höherem Premium-Komfort oder feinfühligerer zentraler Automation kann ein modulierendes Ventil in Betracht gezogen werden

Was ist in der Klimazentrale richtiger?

Auf Seiten der Klimazentrale ist meist ein modulierendes Ventil die richtigere Wahl. Denn in AHU-Registern muss die Zulufttemperatur feinfühliger geregelt werden. Der technische Inhalt von Siemens dazu, dass das Regelventil den Durchfluss lastabhängig anpasst, und der Inhalt von Belimo zur modulierenden Register-Regelung stützen dies.

Was ist in der Heizzentrale richtiger?

In der Heizzentrale hängt die Antwort von der Anwendung ab:

• wenn Sie eine Leitung nur einfach auf- und zuschalten, kann ein Auf/Zu-Ventil geeignet sein
• wenn eine Temperaturmischung oder eine feinfühlige Regelung des Sekundärkreises erforderlich ist, kann ein modulierendes Ventil richtiger sein

Die Quellen von Spirax Sarco zu Modulation und Regelkennlinie zeigen, dass das Ventil je nach Regelanwendung als Auf/Zu- oder modulierend ausgewählt werden sollte.

Was ist der häufigste Fehler?

Der häufigste Fehler besteht darin, ein Ventil auszuwählen, ohne zu definieren, was die Anlage tatsächlich benötigt. Zum Beispiel:

• ein Auf/Zu-Ventil dort einzusetzen, wo eine feinfühlige Register-Regelung erforderlich ist,
• für eine einfache Zonenregelung ein unnötig teures modulierendes Ventil zu wählen,
• ein modulierendes Ventil zu kaufen und das Regelsignal nicht entsprechend einzurichten,
• die Begriffe Auf/Zu und modulierend nur als Preisunterschied zu betrachten.

Die Produktunterlagen von Siemens und Belimo zeigen, dass die Regelart des Stellantriebs mit dem Anlagenausgang und dem Einsatzzweck kompatibel sein muss.

Welches sollte ich kurz gesagt wählen?

Wir können es folgendermaßen zusammenfassen:

Wähle ein Auf/Zu-motorisiertes Ventil:

• wenn die Anlage einfach ist
• wenn Auf/Zu ausreicht
• wenn du eine Fan-Coil- oder einfache Zonenregelung ausführst
• wenn niedrige Kosten wichtig sind
• wenn der Thermostatausgang Auf/Zu ist

Wähle ein modulierendes motorisiertes Ventil:

• wenn du den Durchfluss stufenlos regeln möchtest
• wenn du die Temperatur stabiler halten möchtest
• wenn du eine AHU-, Wärmetauscher- oder feinfühlige Register-Regelung ausführst
• wenn du über eine fortschrittliche Gebäudeautomation verfügst
• wenn du über eine 0-10V-/modulierende Regelinfrastruktur verfügst

Häufig gestellte Fragen

Was bedeutet Auf/Zu-motorisiertes Ventil? Es ist ein Ventiltyp, der nur vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen arbeitet. Es führt keine Regelung von Zwischenstellungen aus.

Was bedeutet modulierendes motorisiertes Ventil? Es ist ein Ventiltyp, der das Ventil je nach Bedarf in Zwischenstellungen bringt und den Durchfluss stufenlos anpasst.

Welches ist besser? Für sich genommen ist keines immer besser. Wo eine einfache Regelung erforderlich ist, ist Auf/Zu richtiger, wo eine feinfühlige Regelung erforderlich ist, das modulierende.

Welches wird beim Fan Coil verwendet? In den meisten Standard-Fan-Coil-Anlagen reicht Auf/Zu; bei Projekten mit besonderer Komfortanforderung kann jedoch auch ein modulierendes Ventil verwendet werden.

Welches ist bei der AHU sinnvoller? In der Regel ist ein modulierendes Ventil sinnvoller, denn die Register-Regelung muss feinfühliger sein.

Fazit

Der Unterschied zwischen Auf/Zu- und modulierendem motorisiertem Ventil ist im Grunde ein Unterschied in der Regeltiefe. Das Auf/Zu-Ventil arbeitet nach der Logik „Öffnen oder Schließen“. Das modulierende Ventil hingegen arbeitet nach der Logik „so weit wie nötig öffnen“.

Deshalb sollte man bei der Auswahl nicht nur auf den Produktnamen achten, sondern folgende Fragen betrachten:

• Verlangt die Anlage ein Auf/Zu-Verhalten oder eine stufenlose Regelung?
• Wie hoch ist die Komfortanforderung?
• Was unterstützt die Automationsinfrastruktur?
• Ist die Erstinvestition wichtig oder eine feinfühlige Regelung?

Als allgemeine Regel:

• bei Fan Coils und einfachen Zonen meist Auf/Zu
• bei AHU, feinfühliger Register-Regelung und fortschrittlicher Automation meist modulierend

ist die richtigere Wahl.