Wärme und Kühlung komfortabel geregelt - Marktübersicht: Elektronische Zonen- und Einzelraumregelung für Heiz- und Kühlsysteme

19.12.2012

Die individuelle und bedarfsabhängige Regelbarkeit der Raumtemperaturen ist je nach Gebäude- und Nutzungsart eine effiziente und teilweise notwendige Ergänzung zur zentralen Regelung. Elektronische Einzelraumregelungen können schneller und präziser auf wechselnde Wärme- und Kühllasten reagieren als die Regelungskomponenten für Wärmeerzeugung und -verteilung. Die Regelgröße ist die Raumtemperatur. Die Einzelraumregelung erfasst die Temperatur in jedem Raum und reguliert die zugehörigen Volumenströme.

Der Haupteinsatzbereich für elektronische Einzelraumregelungen (ERR) und Zonenregelungen (ZR) sind Flächenheizungen und Flächenkühlungen. Mitunter werden aber auch Heizkörper oder Deckenheizbänder in großen Räumen oder Hallen per Zonenregelung angesteuert. Vorrangiges Ziel ist die Einhaltung der gewünschten Raumtemperatur, aber auch die Reduzierung des Energieverbrauchs. Die Wirkungsweise von Einzelraum- und Zonenregelungen ist im Wesentlichen, die Raumtemperatur zu erfassen und abhängig von dieser Regelgröße den Volumenstrom des Heiz- oder Kühlmediums zu regulieren. Für die bedarfsgerechte und genaue Regelung einzelner Heizkörper stehen programmierbare Heizkörper-Thermostatventile zur Verfügung, die sich besonders für die Nachrüstung eignen. Die Nachrüstung ist überhaupt der Einsatzbereich für die Einzelraumregelung, mit entsprechendem Umsatzpotenzial für das SHK-Fachhandwerk. Während die kabelgebundenen Regelsysteme für den Neubaubereich vorgesehen sind, ermöglichen funkbasierte Regelsysteme eine problemlose nachträgliche Installation bei der Optimierung bestehender Heizungsanlagen.

Raumweise Temperaturregelung: gefordert, aber keine einheitliche Zustimmung

Die voraussichtlich noch bis Anfang 2013 geltende EnEV 2009 [1] fordert in Absatz 4 §14 die zusätzliche Regelung der Wärmeabgabe durch „selbsttätig wirkende Einrichtungen zur Verringerung und Abschaltung der Wärmezufuhr sowie zur Ein- und Ausschaltung elektrischer Antriebe, in Abhängigkeit von der Außentemperatur oder einer anderen geeigneten Führungsgröße und von der Zeit“. Neben der zentralen Regelung fordert die EnEV somit eine raumweise Temperaturregelung. Der Hintergrund dieser Forderung ist, dass Einflüsse wie der Eintrag von Fremdwärme (z.B. durch Sonneneinstrahlung und interne Wärmelasten wie Abwärme von Geräten und Beleuchtung) regelungstechnisch berücksichtigt werden, um unnötige Wärmeverluste zu vermeiden. Über das Thema Einzelraum-Temperaturregelung herrschen in der Fachwelt indessen zwiespältige Ansichten. Innerhalb der Branche gibt es Diskussionen, die den sinnvollen Einsatz für die Temperaturregelung von Flächenheizungen infrage stellen. Unter anderem wird hierbei die Ansicht vertreten, dass der Selbstregelungseffekt für sich spricht und eine weitere Regulierung überflüssig macht. Eine wissenschaftlich fundierte Studie kommt dagegen zu dem Ergebnis, dass die Maßnahmen zu messbaren Energieeinsparungen führen und sich nach einer angemessenen Zahl von Jahren amortisieren. Praxistests haben wiederum ergeben, dass der Einsatz von Einzelraumregelungen technisch sinnvoll ist, der gewünschte Erfolg mit Blick auf die Energiekosten aber im Wesentlichen vom Nutzerverhalten abhängt. Und die Mietwohnungswirtschaft protestiert gegen immer noch höhere Anforderungen an energetische Sanierungen, während die Deutsche Energie-Agentur (dena) dagegenhält, dass energetische Sanierungen ihrem Nutzen entsprechend die Energiekosten senken und damit nicht zwangsläufig Mietpreiserhöhungen verbunden sein müssen.

Richtige Auslegung und hydraulischer Abgleich als Voraussetzung

Bei allen unterschiedlichen Auffassungen lässt sich vorwegnehmen: Wer konstant über sieben Tage in der Woche 20°C Raumtemperatur wünscht, dem genügt die witterungsgeführte Regelung des Wärmeerzeugers zusammen mit der Einstellung für die Nachtabsenkung. Praktiker sind sich großteils darüber einig, dass im Einfamilienwohnhaus bei fachgerechter Auslegung (mit Auslegung der Heizflächen auf Grundlage einer Raumheizlastberechnung nach DIN EN 12831) und (!) hydraulisch abgeglichener Anlage eine zusätzliche Raumtemperaturregelung entbehrlich ist. Anders liegt der Fall bei Mehrfamilienhäusern und vor allem bei gewerblich genutzten Objekten. Unterschiedliche Nutzungszeiten, Ausrichtung der Gebäudeteile und Räume in verschiedene Himmelsrichtungen und individuelle, der Tätigkeit angepasste Raumtemperaturen erfordern auch eine individuell anpassbare Einstellung der gewünschten Raumtemperaturen. Eine Arztpraxis benötigt im Behandlungsraum auf der Nordseite andere Raumtemperaturen als im Wartezimmer auf der Südseite. Die Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion ist jedoch, dass die Raumtemperaturfühler und -thermostate richtig positioniert werden. Dazu müssen sie so angeordnet werden, dass Störeinflüsse wie Fremdwärmequellen, Zugluft, direkte Sonneneinstrahlung und die Verdeckung durch Möbel oder Vorhänge vermieden werden. Eine weitere wesentliche Voraussetzung ist eine abgestimmte und abgeglichene Hydraulik des gesamten Systems, um die geforderte Regelgenauigkeit zu erreichen.

Forschung und Praxistests mit unterschiedlichen Ergebnissen

Der tatsächliche Einspar- und Komforteffekt durch den Einsatz einer raumweisen Temperaturregelung lässt sich allerdings nicht allein durch die Installation des Regelsystems erzielen. So zeigen die Ergebnisse einer durch die Technische Universität Dresden durchgeführten Studie [2], dass sich durch die Nachrüstung von Einzelraumregelungen in einem Referenzgebäude nicht nur der Energieverbrauch reduzieren lässt, sondern sich auch die Investition innerhalb weniger Jahre amortisiert. Ein interessantes Ergebnis führte die Studie zudem mit der Beurteilung des in Fachkreisen kontrovers diskutieren Selbstregelungseffektes bei Fußbodenheizungen zutage: Durch den Einsatz von Einzelraumregelungen würden die Temperaturdifferenzen zwischen der Oberflächentemperatur des Heizsystems und des Raumes verkleinert, wodurch innere thermische Gewinne besser ausgenutzt werden können. Dadurch käme der Selbstregelungseffekt bei Flächenheizsystemen mit Einzelraumregelung besser zur Geltung. In einem anderen Fall blieb hingegen der gewünschte Einspareffekt nahezu völlig aus, wie aus einem Bericht über einen Praxistest in drei Geschosswohnungsbauten in Bremen hervorgeht [3]. Dort wurden in 72 Wohnungen nachträglich Einzelraumregelungen eingebaut. Die erhofften Einsparungen blieben deshalb aus, weil die Bewohner – trotz mehrfacher Einweisung in die Bedienung – die Möglichkeiten der Regelung schlicht nicht nutzten. Damit hat offenbar das Nutzerverhalten einen entscheidenden Einfluss. Diese Einschätzung geht auch aus dem Bericht über ein Forschungsprojekt der Forschung für Energieoptimiertes Bauen über die energetische Sanierung einer Hochhauswohnanlage in Karlsruhe hervor [4]: „Moderne Systeme zur Einzelraumregelung haben das Potenzial, den Heizwärmeverbrauch weiter zu senken, sie werden jedoch von den Nutzern nicht ausgeschöpft. (…) Die Ergebnisse aus Messungen und sozialwissenschaftlicher Untersuchung zeigen, dass sich das Nutzerverhalten durch die Informationen zwar etwas verbessert hat. Es bestehen bei den Bewohnern aber erhebliche Unterschiede zwischen der Selbsteinschätzung und dem tatsächlichen Verhalten.“

Was Systeme zur Einzelraum-Temperaturregelung können und welche Möglichkeiten sie bieten

Frei wählbare Schaltprogramme zur individuellen Anpassung an den Heiz- oder Kühlbedarf. So können innerhalb des Tages als auch für die jeweiligen Wochentage unterschiedliche Schaltzeiten eingestellt werden.
Einstellung von oberen und unteren Temperatursollwerten.
Zusammenfassung von Räumen mit gleichartigem Wärmebedarfsprofil zu
Zonen. Ein Beispiel sind Räume in einem öffentlichen Gebäude (Schule, Verwaltungsgebäude), die in gleicher Ausrichtung (z.B. nach Süden oder Norden) liegen.
Schalten der Funktionen Heizen und Kühlen (für Flächenheiz- und –kühlsysteme). Ein Temperaturregelbereich, der beispielsweise von +10 bis 40°C reicht, kann beide Fahrweisen abdecken, da Flächenkühlungen ohnehin einen bestimmten Temperaturwert (im Regelfall im Bereich von 16 bis 19°C) nicht unterschreiten dürfen, um Tauwasserbildung auf der Fußboden- oder Wandoberfläche zu vermeiden.
Erfassung der Isttemperatur durch Messung der Raumlufttemperatur, der Heizwassertemperatur (durch Anlegefühler), der Oberflächentemperatur der zu beheizenden Fußbodenfläche oder der Raumtemperatur in einem bestimmten Bereich (mittels Fernfühler).
Bedienerfreundliche Einstellung bei digitalen Raumthermostaten über Tastenbedienfelder und Display-Menüführung.
Urlaubs- und Partyfunktionen ermöglichen für bestimmte Zeiträume (Stunden, Tage) die automatische Anhebung oder Absenkung der Raumtemperaturen.
Geräuschloser Betrieb (im Vergleich zu den früher üblichen elektromechanischen Bimetallreglern).

Zu jeder Zeit automatisch die gewünschte Raumtemperatur zu haben und dabei Energiekosten zu sparen, sind die wichtigsten Argumente für Einzelraum-Temperaturregelungen. Vorwiegende Einsatzbereiche sind private Wohngebäude und der „Small-Commercial“-Sektor wie Büro- oder Praxisräume. Nach individuellen Bedürfnissen lässt sich für jeden damit ausgestatteten Raum ein eigenes Heizprofil zuordnen. So können Bad oder Büro morgens zur voreingestellten Zeit auf Wunschtemperatur aufgeheizt werden, ohne die ganze Nacht hindurch unnötig Energiekosten zu verursachen. Einige der am Markt verfügbaren Systeme ermöglichen zusätzlich den Eco-Betrieb: Mit dieser Funktion werden in der Betriebsart Heizen die Temperaturen abgesenkt und im Kühlbetrieb angehoben.

Auswahlkriterien für Einzelraumregelungen und Zonenregelungen

Eine Einzelraumregelung besteht aus elektronischen Raumthermostaten, elektrothermischen Stellantrieben sowie einem Anschlussmodul zur Verbindung mit den Raumthermostaten und Stellantrieben. Der Raumthermostat misst die Raumtemperatur, vergleicht diese mit dem eingestellten Sollwert und leitet über das Anschlussmodul bzw. Regelverteiler ein Stellsignal an einen Stellantrieb weiter. Bei Regelsystemen für Heizen und Kühlen können zusätzlich noch ein Taupunktwächter und ein Betriebsartenschalter erforderlich sein.

Signalübertragung: Kabel oder Funk?

Temperaturregelungen mit kabelgebundenen Komponenten erfordern für die Verbindung der einzelnen Regelbauteile untereinander die Verlegung von Kabeln, was im Grunde nur im Neubau oder bei Totalsanierungen möglich ist. Drahtlose, auf Funktechnologie basierende Systeme eignen sich besonders für die Nachrüstung in bestehenden Gebäuden, da aufwendige Kabelverlegungen entfallen. Schalt- und Verdrahtungspläne sind dafür nicht nötig; auch müssen in der Ausführung weder Schlitze gestemmt noch Kabel verlegt werden. Die Komponenten wie Stellantriebe, Erfassungs- und Regelgeräte sind batteriebetrieben; lediglich die zentrale Bedieneinheit benötigt je nach Fabrikat und Ausführung einen 230-V-Anschluss.

Ansteuerung von Anlagenkomponenten:

Welche Anlagenteile und Stellorgane sollen angesteuert werden? Dies können Ventilstellantriebe, Umwälzpumpen oder auch Heizkreismischer sein. Bei einigen Anbietern gehören außerdem Regelungskomponenten mit Pumpenlogik zum Sortiment. Die Pumpenlogik sorgt für die Abschaltung der Umwälzpumpe, wenn keiner der Heiz- oder Kühlkreise Wärme oder Kühlung anfordert.

Regelung für Flächenkühlsysteme:

Wird die Vorlauftemperatur durch die Systemregelung – beispielsweise einer reversibel arbeitenden oder geothermischen Wärmepumpe – nach unten begrenzt oder muss diese Funktion der Festwertregelung durch die Raumtemperaturregelung übernommen werden? Bei sensiblen Temperaturanforderungen oder feuchteempfindlichen Bodenbelägen und Einrichtungen kann der Einsatz eines zusätzlichen Taupunktwächters notwendig sein.

Die nachfolgende Marktübersicht zeigt eine Auswahl der am Markt erhältlichen Produkte für Einzelraum- und Zonenregelung.

Literatur:
[1]   EnEV 2012/2013 – Was kommt wann? Schritt für Schritt zur Novelle der Energieeinsparverordnung; Melita Tuschinski, Ergänzte Ausgabe 7. August 2012; www.enev-online.de
[2]   Fußbodenheizungen – Energieeinsparung durch Nachrüstung von Einzelraumregelsystemen; Dipl.-Ing. Joachim Plate; Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen (BVF); www.flaechenheizung.de
[3]   Studie: Keine Energieeinsparung durch zentrale Einzelraum-Temperaturregler; Bremer Energie-Konsens GmbH
[4]   Projektbericht über die energetische Sanierung der Hochhauswohnanlage Goerdelerstraße in Karlsruhe; Forschung für Energieoptimiertes Bauen (EnOB);