Geringe Investition, spürbare Einsparung

Es gibt es verschiedene Ansätze, um den Energieverbrauch für die Beheizung eines Gebäudes zu senken. Einerseits kann der vorhandene Wärmeerzeuger durch ein neues, energiesparendes Modell ersetzt oder mit einer Solaranlage kombiniert werden. Eine effiziente, jedoch kostenintensive Maßnahme. Andererseits gibt es aber auch geringinvestive Optimierungsmöglichkeiten. Etwa der Austausch alter Heizkreispumpen durch hocheffiziente Modelle. Weniger bekannt ist, dass auch der Austausch von alten Thermostatventilen oder Thermostatköpfen an Heizkörpern ein beachtliches Energieeinsparpotenzial birgt.

Im Jahr 2011 wurde eine Studie an der TU Dresden zur Energieeinsparung durch den Austausch von thermostatischen Regelventilen durchgeführt. Dabei wurden ­energetische Einsparpotenziale beim Austausch von alten thermostatischen Reglern gegen neue untersucht. Als alte Ausführung werden dabei im Gebäudebestand anzutreffende Thermostate mit Herstellungsdatum vor 1988 (vor CEN-Kennzeichnungspflicht) betrachtet. Im ersten Teil der Studie erfolgten statische Untersuchungen zur Wirkung der Raumtemperaturregelung an einem Raum mit einer Grundfläche von 20 m². Der zweite Teil besteht aus dynamischen Untersuchungen an einem repräsentativen Einfamilienhaus mit einer beheizten Grundfläche von 160 m². Zur Abbildung des Gebäudebestandes wurden Gesamtwärmedurchgangskoeffizienten nach Wärmeschutzverordnung WSVO77 und WSVO82 und Energieeinsparverordnung EnEV 09 berücksichtigt. Die Abhängigkeit der Vorlauftemperatur von der Außentemperatur wurde ebenfalls einbezogen. Zur dynamischen Untersuchung an einem Einfamilienhaus wurde ein aus statistischen Daten abgeleitetes Gebäudemodell verwendet. Ebenfalls nachgebildet wurde eine komplette Heizungsanlage, bei der die Wärmeerzeugung mit Brennwertgerät und Niedertemperaturkessel betrachtet wurde.

Ergebnisse der statischen Untersuchungen
Die Ergebnisse der statischen Untersuchungen am Raummodell ergaben bei der Studie eine Verschiebung des Arbeitspunktes in Abhängigkeit der Außentemperatur. Bei gleicher Stellung des Thermostatkopfes werden bei aktuellen Reglern höhere Raumtemperaturen erreicht. Ob das Ventil über eine thermostatische oder lineare Kennlinie verfügt, spielte dabei keine nennenswerte Rolle. Die Differenz der Raumtemperatur liegt bei hohen Vorlauftemperaturen bei bis zu 1,6 K. Ein aktueller Regler besitzt eine höhere Sollwerttreue als ein alter. Es ist nahezu keine Sollwertunterschreitung zu beobachten, was sich positiv auf das Wohlbefinden der Nutzer auswirkt. Weiter wurde festgestellt, dass die Systemtemperatur einen hohen Einfluss auf die Raumtemperaturdifferenz hat. Je höher die Heizkurve gewählt wird, desto höher sind die Raumtemperaturdifferenzen. Anhand der gewonnenen Daten wurden die zu erwartenden energetischen Auswirkungen ermittelt. Die mittlere Energieeinsparung beträgt dabei je nach Systemtemperatur zwischen 3,65 und 6,96 %.
Die absolute Einsparung liegt bei Gebäuden nach WSVO77 für den betrachteten Raum (20 m² Fläche) bei 156,7 bis 299,3 kWh/a und nach WSVO82 bei 109,5 bis 206,7 kWh/a. Bei Gebäuden mit einer guten Wärmedämmung nach EnEV09 wird eine wesentlich geringere Einsparung erreicht. Das größte Einsparpotential ergibt sich erwartungsgemäß bei Gebäuden mit geringem Wärmeschutzniveau und hohen Systemtemperaturen.

Ergebnisse der dynamischen Untersuchungen
Die Ergebnisse der dynamischen Untersuchungen an einem Modell eines Einfamilienhauses (160 m² Fläche) ergeben ein etwas geringeres Einsparpotenzial von bis zu 6,2 %. Der geringere Wert wird mit in einem Gebäude auftretenden Wärmeströmen von Räumen mit höheren Temperaturen zu Räumen mit niedrigeren Temperaturen erklärt. Der Unterschied zwischen Brennwert (BW)- und Niedertemperaturtechnik (NT) beim Wärmeerzeuger wurde ebenfalls untersucht, wobei jedoch nur ein sehr geringer Einfluss festgestellt werden konnte. Bei der dynamischen Betrachtung wurden nur die Wärmeschutzstandards nach WSVO77 und WSVO82 berücksichtigt.
Insgesamt kann durch den Austausch von Thermostatreglern (Umgangssprachlich Thermostatkopf genannt) eine Energieeinsparung von bis zu 6,6 % erreicht werden. Zusätzlich erhält man eine bessere Einhaltung des eingestellten Sollwertes und damit eine Steigerung des Wohlbefindens.
Um die ermittelte Energieeinsparung zu erreichen, reicht ein Austausch der Thermostatköpfe, in denen sich die Regelungskomponenten befinden. Der Austausch ist sehr einfach zu bewerkstelligen. Bei den Herstellern sind passende Köpfe zu alten Ventilunterteilen verfügbar, die ohne weitere zusätzliche Teile montiert werden können. Bei der Verwendung fabrikatsfremder Thermostatköpfe stehen für die gängigen Ausführungen der Ventilunterteile meist passende Adapter zur Verfügung.
Bei einem Preis von ca. 12-15 Euro pro Thermostatkopf kann sich die In­vestition je nach Wärmeschutzstandard und Systemtemperatur bereits in einem Zeitraum von unter einem Jahr amortisieren.

Einsparpotenzial durch neue Ventilunterteile
Mit neuen Ventilen kann deutlich mehr Energie eingespart werden als mit dem bloßen Austausch von Thermostatreglern. Der Spitzenverband der Gebäudetechnik VdZ empfiehlt dazu den Einsatz von voreinstellbaren Thermostatventilen, die den Heizwasserstrom begrenzen. Damit lässt sich auch der geforderte hydraulische Abgleich einfach und im laufenden Betrieb bewerkstelligen. Die zu realisierende Energieeinsparung wird vom Verband auf bis zu 15 % beziffert.
Der Hersteller Danfoss empfiehlt den Tausch des Ventilunterteils bei Thermostatventilen, die älter als 20 Jahre sind. Um das Gehäuse nicht komplett tauschen zu müssen, bietet der Hersteller auch Ventileinsätze zur Nachrüstung an. Das vorhandene Gehäuse kann dabei bestehen bleiben, es muss lediglich der Einsatz gewechselt werden.
Mittlerweile gibt es auch Ventile mit automatischer Durchflussregelung. Vor allem bei Bestandsanlagen mit schwierigen Rahmenbedingungen ist dies ein Vorteil. IMI-Heimeier beispielsweise bietet solche Ventile mit sogenannter „AFC-Technologie“ (AFC = Automatic Flow Control) an. Dabei soll zur Ermittlung der maximalen Durchflussmenge lediglich die Heizlastberechnung bzw. die installierte Heizleistung pro Raum nötig sein. Die Einstellung des Durchflusswertes ist zwischen 10 und 150 l/h möglich und erfolgt stufenlos durch das Drehen einer Ziffernkappe am Ventiloberteil. Die maximale Durchflussmenge kann aus Tabellen für verschiedene Anwendungsfälle anhand der Systemspreizung und der Heizleistung oder anhand der bestehenden Heizkörperdaten (Typ, Länge und Höhe) entnommen werden. Die Regelung erfolgt laut Hersteller unabhängig vom am Ventil anliegenden Differenzdruck.

Elektronische und programmierbare Regler
Im Gegensatz zu den mechanischen Thermostatköpfen, die ohne Hilfsenergie auskommen, werden mittlerweile immer öfter elektronische und programmierbare Thermostatregler eingesetzt. Vorteil der programmierbaren Regler ist eine zeitabhängige Steuerung der Raumtemperatur. Zu Zeiten, in denen Räume nicht belegt sind, wird auf eine niedrigere Raumtemperatur abgesenkt und damit Heizenergie eingespart. Elektronische Thermos­tatregler können meist noch mit einem Fensterkontakt kombiniert werden. Dieser erkennt ein geöffnetes Fenster und schließt daraufhin automatisch das Heizventil. Die Kommunikation zwischen Fens­terkontakt und Thermostatregler erfolgt per Kabel oder über Funk. Die Programmierung der elektronischen Thermostatventile erfolgt bereits zum Teil über Apps auf dem Smartphone, das via Bluetooth oder WLAN mit dem Regler kommuniziert.
In einer Studie der Hochschule Aachen konnte eine Energieeinsparung von 23 % bei der Verwendung von programmierbaren elektronischen Reglern gegenüber alten Thermostatventilen ermittelt werden. Das Öko-Institut kommt auf ein Einsparpotenzial von 7 bis 24 % bei einem Einfamilienhaus, mit Einbeziehung von Fensterkontakten kommen weitere 2 bis 6 % dazu.
Nachteile von elektronischen Thermostatreglern sind die höheren Investitionskosten gegenüber mechanischen Thermos­tatköpfen und die benötigte Hilfs­­energie. Die Energieversorgung geschieht in der Regel durch Batterien im Regler.
Die Amortisationszeit von elektronischen Reglern ist sehr unterschiedlich. Auch hier gilt wie bei der Installation von mechanischen Thermostatköpfen: Je schlechter die Wärmedämmung, desto größer die Einsparung und desto eher lohnt sich die Investition.

Klassifizierung mit TELL-Label
Damit sich sowohl der Verbraucher als auch der Heizungsbauer orientieren kann, wurde von der EUnited Valves (European Valve Manufactures Association) ein Label zur Kennzeichnung der Energieeffizienz von Heizkörperthermostatventilen ins Leben gerufen. Klassifiziert werden können Ventile nach EN 215 (Anforderungen und Prüfung für thermostatische Heizkörperventile). Die Einstufung der Energieeffizienzklasse erfolgt durch den sogenannten „Energy Efficiency Indicator (EEI)“. Dieser wird anhand der Größen Hys­terese, Wassertemperatureinfluss, Differenzdruckeinfluss und Schließzeit ermittelt. Das Ergebnis wird in eine von sechs Klassen (I – VI) eingeordnet, wobei I die beste Klasse darstellt und VI die schlechteste. Das Produkt wird dann mit dem Thermostatic Efficiency Label (TELL) gekennzeichnet, das ähnlich anderen ­Energie-Labeln, anhand Balken, Farben und Buchstaben die erreichte Klasse darstellt. Aktuell sind 199 Produkte von 47 teilnehmenden Herstellern klassifiziert.

Fördermöglichkeiten
Maßnahmen zur Heizungsoptimierung werden vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert. Grundlage dafür ist die Richtlinie über die Förderung der Heizungsoptimierung durch hocheffiziente Pumpen und ein hydraulischer Abgleich. In Verbindung mit der Durchführung eines hydraulischen Abgleichs bei bestehenden Systemen können zusätzliche Investitionen und Optimierungsmaßnahmen gefördert werden. Dazu gehört auch die Anschaffung und Installation von voreinstellbaren Thermostatventilen. Die Förderung für die Maßnahmen beträgt 30 % der Nettoinvestitionskosten. Um diese zu beantragen, ist zunächst eine Onlineregistrierung bei BAFA erforderlich. Nach Umsetzung der Maßnahmen können dann auf dem Onlineportal die notwendigen Daten übermittelt werden, um danach die entsprechende Förderung zu erhalten. Die Förderung soll als Anreiz zur energetischen Optimierung von Heizungsanlagen dienen und letztlich helfen, das Klimaziel der Bundesregierung zu erreichen.

Literatur:
[1] Verbraucherinformation Thermostatventile Thermolux K, IMI Heimeier
[2] Abschlussbericht zur Studie „Analyse des Energiesparpotenzials durch den Austausch alter thermostatischer Regelventile“,
Technische Universität Dresden
[3] Intelligent heizen – Info 3,
Spitzenverband der Gebäudetechnik VdZ e.V.
[4] Broschüre „30% BAFA-Förderung nutzen – Heizungsoptimierung aus einer Hand“,
Oventrop
[5] Broschüre „Höchster Wärmekomfort zum Wohlfühlen. Optimale Energieeffizienz und
Kos­tenersparnis“, Danfoss
[6] Automatische Durchflussregelung
in Heizungssystemen, IMI Heimeier
[7] Dokumentation „The new series of premium radiator thermostats living by Danfoss energy simulation“, Danfoss
[8] Studie „PROSA Programmierbare Heizkörperthermostate“, Öko-Institut e.V.
[9] Klassifizierungsschema TELL-Thermostatic Efficiency Labelling, EUnited Valves

Autor: Dipl.-Ing.(FH) Alexander Mörwald, Fachjournalist

Aufbau und Funktion
Ein Thermostatventil besteht grundsätzlich aus dem Thermostatkopf und dem Ventil-Unterteil. Durch Drehen des Thermostatkopfes wird die gewünschte Raumtemperatur eingestellt. Steigt die Raumtemperatur über die eingestellte Solltemperatur an, dehnt sich die Flüssigkeit im Temperaturfühler aus. Dadurch wird das Wellrohr zusammengedrückt. Über die Ventilspindel wird im Ventilsitz die Wassermenge, die durch den Heizkörper gefördert wird, gedrosselt. Sinkt die Raumtemperatur unter die Solltemperatur, zieht sich die Flüssigkeit zusammen und die Wassermenge wird erhöht. Die Regelung erfolgt ohne zusätzliche Hilfsenergie.