Automatisch begrenzt

Gleichmäßig warme Heizkörper, die weder über- noch unterversorgt sind und so für ein behagliches, komfortables Klima in allen Räumen sorgen. Dazu ein schnelles und gleichmäßiges Aufheizen der einzelnen Wohnbereiche, keine störenden Fließ- oder Gluckergeräusche, das Ganze gepaart mit einer bis zu 15%igen Einsparung an Heizkosten und CO₂: Die Vorteile einer hydraulisch abgeglichen Heizungsanlage sind hinlänglich bekannt. Trotzdem sind – laut Experten – nur ca. 10% aller Heizungen überhaupt abgeglichen und arbeiten somit unter optimalen Bedingungen. Doch wie lässt sich, trotz eines relativ geringen Aufwands, die mangelnde Akzeptanz für diese Optimierungsmaßnahme erklären?

Trotz EnEV (Energieeinsparverordnung) oder neuer Technologien: Das größte Energieeinsparpotenzial liegt im Gebäude- und Anlagenbestand. Knapp 90 % der Wohn- und Nutzflächen wurden vor 1995 errichtet. Sie verbrauchen mehr als 95 % der Energiemenge, die für die Beheizung von Gebäuden benötigt wird. Interessanter Aspekt in diesem Zusammenhang: Ein Fünftel aller 20 Mio. in Deutschland installierten Heizkessel sind älter als 24 Jahre und nur rund 12 % sind jünger als 10 Jahre. Angesichts dieser Zahlen wird klar, wo eines der größten Energieeinsparpotenziale liegt, nämlich bei den Heizungen im Bestand. Sie müssten unter optimalen Rahmenbedingungen arbeiten. Der statische hydraulische Abgleich der Heizung ist tatsächlich eine sehr effektive Maßnahme, um mit wenig Aufwand Energie und damit Heizkosten zu sparen.
Mit dem hydraulischen Abgleich wird die Heizungsanlage so eingestellt, dass das System aus Rohren, Pumpen und Ventilen dem zirkulierenden Wasser den korrekten, aber dabei möglichst geringsten Widerstand entgegensetzt. So wird eine optimale und gleichmäßige Wärmeverteilung im gesamten Gebäude erreicht. Der Energieverbrauch zum Heizen sinkt, gleichzeitig reduziert sich der Stromverbrauch. Es werden alle Komponenten der Heizungsanlage – vom Heizkessel über die Heizungspumpe bis zum Ventil im Raum – richtig dimensioniert und auf den Energiebedarf des Hauses abgestimmt. An den Thermostatventilen wird durch Voreinstellung die Durchflussmenge des Heizwassers exakt reguliert und an den erforderlichen Bedarf des Raumes angepasst. Das Ergebnis: In der Heizung ist stets die richtige Wassermenge zur richtigen Zeit am richtigen Ort. Die Wärme wird gleichmäßig und effizient im Haus verteilt.

Hydraulischer Abgleich für Bestandsanlagen
Die Optimierung vorhandener Anlagen zielt darauf ab, Überangebote von Wärmeenergie zu vermeiden und Heizflächen die richtige Wärmeleistung, d.h. die richtigen Volumenströme, zuzuführen. Dazu ist es notwendig, die Vorlauftemperatur den tatsächlichen Gegebenheiten anzupassen sowie einen hydraulischen Abgleich durchzuführen. Um Akzeptanz für diese Optimierungsmaßnahmen zu erhalten, dürfen keine Komforteinbußen und nur geringe finanzielle Mehraufwendungen für die Nutzer entstehen.
Voraussetzung für das optimale Einstellen der Heizungsanlage sind voreinstellbare Thermostatventile. Bei Rücklaufverschraubungen kann die Durchflussmenge nur ungenau eingestellt werden. Ein weiterer, kleiner Nachteil dieser Technik: Ist ein Heizkörper auszubauen, wird die Rücklaufverschraubung i. d. R. abgesperrt und der Abgleich somit verändert.
Bei Bestandsanlagen fehlen oft Grundlagendaten des Gebäudes und der Heizungsanlage. Deshalb wird gerne die Unkenntnis über das Rohrleitungssystem (Länge, Dimensionen, Widerstände etc.) als das größte Hemmnis angeführt, das einen hydraulischen Abgleich verhindert. Doch mit einem vereinfachten Verfahren und neuen Ventiluntersätzen lässt sich diese Hürde überwinden. Dabei ist die raumweise Heizlastberechnung sogar noch relativ einfach möglich. Dazu lässt sich mit verschiedenen Methoden die Raumheizlast mit einer zu 80%igen Genauigkeit berechnen.

Hohes Einsparpotenzial auch in Neubauten
Die Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel hat zum Thema „Hydraulischer Abgleich“ umfassend geforscht und festgestellt, dass stellenweise 1 – 3 Liter Heizöläquivalent¹) je Quadratmeter mehr verbraucht werden als theoretisch notwendig. In Neubauten und modernisierten Gebäuden mit einem hohen Standard ist nach Ergebnissen der FH sogar ein noch höheres Einsparpotenzial vorhanden als in Bestandsgebäuden. Was zunächst ungewöhnlich erscheint, hat einen einfachen Grund: Im Neubau können die auf den Wärmebedarf bezogenen und anteilig höheren Wärmegewinne aus Solarstrahlung über die Fenster und aus den inneren Wärmequellen (Personen, elektrische Geräte und Beleuchtung) nach einer Heizungsoptimierung viel besser genutzt werden.
Aber: Der hydraulische Abgleich für neu errichtete Heizungsanlagen ist nicht gesetzlich verankert. Deshalb wird er nur selten durchgeführt. Dazu kommt, dass ein gewisses „Plug and Play“-Denken verbreitet ist – man muss nur die richtigen Komponenten zusammenstecken und alles andere funktioniert von selbst. Regler- und Pumpeneinstellungen sowie der hydraulische Abgleich sollten aber immer dem Gebäude und der Anlage angepasst sein. Sonst können die einzelnen Anlagenkomponenten oft nicht das leisten, wozu sie in der Lage wären. Ohne Not bleibt so ein jährliches Minderungspotenzial von 5 – 10 Mio. t CO₂ ungenutzt.

Hydraulischer Abgleich bei baulicher Modernisierung
Die Anpassung der Anlagentechnik nach einer energetischen Modernisierung ist ein wichtiges Mittel, um eine prognostizierte Energieeinsparung zu erreichen. Der Grund ist so einfach wie einleuchtend: Mit der Sanierung sinken die Raumheizlasten. Wird die Heizung nicht an die sich verändernden Bedingungen angepasst, stellt sie weiterhin die alte Leistung bereit. Sie kann die gleiche Wärmemenge wie vor der Sanierung abgeben. In einer Pumpenwarmwasserheizung verändern sich die Volumenströme, die zur Erreichung der notwendigen Wärmeabgabe über die Heizflächen notwendig sind. Im Zuge einer baulichen Maßnahme sollte also unbedingt ein hydraulischer Abgleich vorgenommen werden.

Funktion der Heizungsumwälzpumpe
Die Einstellung der Heizungspumpe gehört dazu. Denn im Rahmen des hydraulischen Abgleichs werden Parameter berechnet, die auch Einfluss auf die Größe bzw. Einstellung der Heizungspumpe haben. Häufig sind Heizungspumpen überdimensioniert oder zu hoch eingestellt und verbrauchen dadurch unnötig Strom. Nach der Optimierung der Heizung kann die Heizungspumpe meist auf einer niedrigeren Stufe laufen. Das senkt den Stromverbrauch. Am deutlichsten werden die Stromkosten allerdings reduziert, wenn die alte Umwälzpumpe gegen eine kleinere, elektronisch geregelte Hocheffizienzpumpe ausgetauscht wird.

Funktion von voreinstellbaren Thermostatventilen
Sie sorgen an jedem einzelnen Heizkörper dafür, dass genau die Menge Wasser fließt, die benötigt wird. Sind keine voreinstellbaren Thermostatventile vorhanden, müssen sie nachgerüstet werden. Möglich ist ein hydraulischer Abgleich zwar auch mit oft bereits vorhandenen Rücklaufverschraubungen. Allerdings ist er mit voreinstellbaren Thermostatventilen besser und genauer durchzuführen.
Vier Hersteller in Deutschland bieten Thermostatventile an, die den hydraulischen Abgleich automatisch durchführen: Oventrop, IMI Hydronic Engineering, Danfoss, Honeywell. Dazu reicht es aus, dass sie auf den maximal benötigten Durchfluss eingestellt werden.

Oventrop
Viele Hersteller haben solche Ventile im Programm. Neuheiten oder Produktweiterentwicklungen zielen in erster Linie darauf ab, bei Anlagen im Bestand den hydraulischen Abgleich zu vereinfachen. So hat beispielsweise Oventrop sein Thermostatventil-Programm um die Baureihen „AV 9“ für den manuellen hydraulischen Abgleich und „QV“ für den automatischen hydraulischen Abgleich ergänzt.
Die Ventile der Baureihe „AV 9“ besitzen stufenlos einstellbare Ventileinsätze für ein genaues Anpassen der Volumenströme. Diese ergeben sich aufgrund der berechneten Heizlast. Dabei müssen Vorlauf- und Rücklauftemperatur sowie anstehende Differenzdrücke berücksichtigt werden. Zum exakten Einstellen ist eine Skalierung mit 17 Teilstrichen vorhanden. Der auch einzeln verfügbare Ventileinsatz ist mittels Demo-Bloc unter Anlagendruck auswechselbar.
Die Thermostatventile der Baureihe „QV“ haben einen automatischen Durchflussregler und eine Einstellskala. Der Sollwert ist zwischen 10 und 170 l/h in 17 Teilschritten wählbar. Für den hydraulischen Abgleich kann somit für jeden Verbraucher der ermittelte maximal erforderliche Durchfluss direkt am Ventil eingestellt werden. Aufwendige Berechnungen von Voreinstellwerten entfallen. Der integrierte Regler sorgt dafür, dass innerhalb des Ventils der Differenzdruck konstant und unabhängig von Druckschwankungen in der Heizungsanlage bleibt. Der ebenfalls einzeln verfügbare Ventileinsatz eignet sich zur Modernisierung von bestehenden Heizungsanlagen, da er in alle vorhandenen Oventrop-Thermostatventilgehäuse M 30 x 1,5 (ab Baujahr 1999) passt. Auch hier ist ein Austausch des kompletten Ventileinsatzes mittels „Demo-Bloc“ unter Anlagendruck möglich.

IMI Hydronic Engineering
Eine neue Generation seiner Thermostat-Ventilunterteile mit automatischer Durchflussregelung hat IMI Hydronic Engineering in sein Programm aufgenommen. Die Thermostatventilunterteile „Eclipse“ sind für den Einsatz in Zweirohr-Pumpenwarmwasser-Heizungsanlagen mit einer Betriebstemperatur von bis zu 120 °C ausgelegt. Ist das Ventilunterteil an jedem Wärmeverbraucher eingebaut, erfolgt ein automatischer hydraulischer Abgleich. Das Ventil stellt sicher, dass die maximale Durchflussmenge jederzeit – auch im Teillastbetrieb – unabhängig vom Differenzdruck eingehalten wird. Die genaue Kenntnis der Leitungsführung sowie komplexe Berechnungen zur Ermittlung der Ventileinstellposition – etwa die Rohrnetzberechnung – sind nicht notwendig. Die stufenlose Einstellung erfolgt dabei durch das Drehen einer Ziffernkappe direkt am Ventiloberteil. Das Produkt ist für einen Durchflussbereich zwischen 10 l/h (Einstellwert 1) und 150 l/h (Einstellwert 15) ausgelegt. Dabei gewährleistet das Ventil bei Differenzdrücken bis 60 kPa einen geräuscharmen Betrieb, sodass auch in weit verzweigten Systemen auf den Einsatz von Strang-Differenzdruckreglern verzichtet werden kann.
Neben den Thermostat-Ventilunterteilen ist die „AFC“-Technologie auch als Thermostat-Oberteil für Ventilheizkörper erhältlich. Sie sind mit vielen vorhandenen Modellen kompatibel.
Zur Umrüstung von bestehenden Ventilheizkörpern bietet das Unternehmen zudem mit „Vekotec Eclipse“ eine entsprechende Anschlussverschraubung zur unterseitigen Montage an. Darüber hinaus beinhaltet das Produktprogramm zur automatischen Durchflussregelung mit „Multilux Eclipse“ und „Multilux 4-Eclipse-Set“ Anschlussarmaturen für z. B. Bad- und Designheizkörper mit Zweipunkt-Anschluss.

Danfoss
Von Danfoss heißt das Thermostatventil mit integriertem Differenzdruckregler „Dynamic Valve“. Es zielt auf das Hauptproblem von Zweirohranlagen mit unbekannter Hydraulik ab: Man kennt den am Thermostat anstehenden Differenzdruck nicht. Dadurch treten Druckschwankungen durch sich ändernde Lastbedingungen im System auf. Das sind in der Regel die Hauptursachen für störende Fließgeräusche und eine ungleichmäßige Wärmeverteilung. Mit „Dynamic Valve“ wird der maximale Durchflusswert voreingestellt, sodass jeder Heizkörper seine berechnete Wassermenge erhält. Somit ist der optimale hydraulische Abgleich über die gesamte Nutzungsdauer des Systems automatisch gewährleistet.
„Dynamic Valve“ eignet sich für Systeme mit einer Pumpenförderhöhe von bis zu 6 m (60 kPa). Das Ventil ist in den Modellen DN 10 und DN 15 erhältlich, jeweils als Durchgangs- oder Eckmodell. Der erforderliche Differenzdruck liegt zwischen 10 und 60 kPa, der Durchflussbereich bei 15 bis 110 l/h in der Kombination mit einem flüssigkeitsgefüllten Fühler „RAW“.
Spezielle Tools stehen zur Verfügung: eine Einstellhilfe für die Voreinstellung und das „dP tool“, mit dem bei der Inbetriebnahme der Differenzdruck gemessen wird und das auch der Optimierung der Förderhöhe der Pumpe dient.

Honeywell
Voreinstellbare Heizkörper-Thermostatventile des Typs „VS“ von Honeywell werden in den Vorlauf von Heizkörpern oder Wärmeübertragern mit mittleren Wassermengen (20 – 130 kg/h) eingebaut. Ergänzt mit einem Thermostatregler wird die Raumtemperatur durch Regulierung des Wasserzuflusses in den Heizkörper (oder Wärmeübertrager) kontrolliert. Die Heizkörper-Thermostatventile öffnen proportional zur Temperatur am Fühlerelement, d. h., nur die Menge an Wasser, die zum Erhalt der eingestellten Raumtemperatur notwendig ist, kann in den Heizkörper fließen. Die Wassermenge ist durch einen stufenlos voreinstellbaren Ventilkegel begrenzt. Somit wird eine Überversorgung pumpennaher Heizflächen verhindert.
Das Heizkörper-Thermostatventil „VS“ lässt sich über 8 stufenlose Bereiche einstellen. Der maximale regeltechnische Differenzdruck beträgt 2 bar. Um den Ventilkegel während des Betriebs ohne Entleerung der Anlage austauschen zu können, bietet Honeywell ein Werkzeug an.

Fazit
Im hydraulischen Abgleich liegt ein Ener­gieeinsparpotenzial von rund 15 %. Voreinstellbare Thermostatventile mit integriertem hydraulischen Abgleich positionieren sich als eine gute Möglichkeit, den Heizkörpern genau die Wassermenge zukommen zu lassen, die sie benötigen.

Autor: Dietmar Stump, freier Journalist

¹) Heizöläquivalent: Primärenergie für Wärme und Strom in Heizölmenge umgerechnet