IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 17/1996, Seite 51 ff.

HEIZUNGSTECHNIK

Einfacher hydraulischer Abgleich durch Thermostatventile mit Voreinstellung

Norbert Schütz

Der qualifizierte Heizungsfachmann muß heute nicht nur ein guter Handwerker sein - er muß auch die wichtigsten grundlegenden Vorschriften und Verordnungen kennen und in der Lage sein, sie in die Praxis umzusetzen: die Neufassung der Heizungsanlagenverordnung vom 22. März 1994 und die VOB (Verdingungsordnung für Bauleistungen) in der Form der DIN 18380 von 1990.

Regelungstechnische Mindestausstattung

Im ß 7 der Heizungsanlagenverordnung heißt es:

"(1) Zentralheizungen sind mit zentralen selbsttätig wirkenden Einrichtungen zur Verringerung und Abschaltung der Wärmezufuhr sowie zur Ein- und Ausschaltung der elektrischen Antriebe in Abhängigkeit von 1. der Außentemperatur oder einer anderen geeigneten Führungsgröße und 2. der Zeit auszustatten.
(2) Heizungstechnische Anlagen sind mit selbsttätig wirkenden Einrichtungen zur raumweisen Temperaturregelung auszustatten. . ."

Für den Heizungsbauer bedeutet diese Vorgabe, daß er witterungsgeführte Vorlauftemperaturregler am Wärmeerzeuger und an statischen Heizflächen beispielsweise Thermostatventile als raumweise Temperaturregler einzubauen hat. Auch bei Fußbodenheizungen ist die raumweise Regelung der einzelnen Heizkreise vorgeschrieben. In den meisten Fällen steuern Raumthermostate die Stellantriebe am Verteiler an.

Solche Regelkomponenten müssen in Neubauten sofort eingebaut und in vorhandenen Anlagen bis spätestens 31.12.1997 nachgerüstet werden. Ausnahmen für Nichtwohngebäude, Einfamilienhäuser oder für die neuen Bundesländer wird es nach Ablauf dieser Frist nicht mehr geben. Der Heizungsbauer, der die fraglichen Anlagen betreut, ist dazu verpflichtet, den Anlagenbetreiber auf etwaige Mängel hinzuweisen.

Aufgabe des Thermostatventils

Die Hauptaufgabe des thermostatischen Heizkörperventils ist, die gewünschte Raumtemperatur weitgehend konstant zu halten. Dies dient zum einen der Energieeinsparung, zum anderen natürlich auch dem Wohlbefinden des Nutzers. Allerdings kann das Ventil dieser Aufgabe häufig nicht nachkommen, denn von vielen Anlagenbetreibern wird es nach wie vor wie ein "Auf/Zu"-Ventil benutzt: Beim Verlassen der Wohnung oder wenn es im Zimmer zu warm ist, wird das Ventil voll geschlossen und bei der Rückkehr oder wenn die Zimmertemperatur zu niedrig scheint, wird das Ventil wieder geöffnet, oft bis zur Maximaleinstellung. Eine Temperaturstufe, die ca. 26°C entspricht.

Ist die Heizkurve richtig eingestellt und sind die Heizflächen bedarfsgerecht dimensioniert, wird der Raum diese Temperatur nie erreichen, sprich, die Ventile werden nie beginnen, selbsttätig zu schließen - die Regelaufgabe kann nicht erfüllt werden. Hier ist die Fachkompetenz des Heizungsbauers gefordert, der dem Kunden erklären muß, wie ein Thermostatventil zu bedienen ist. Das beste Regelergebnis wird erreicht, wenn der Fühler auf einer Stellung eingestellt bleibt und nur in Ausnahmefällen (z.B. längere Abwesenheit) verändert wird. Den meisten Endverbrauchern ist nicht bewußt, daß ein Thermostatventil ein automatischer Regler ist und bei überschreiten des eingestellten Sollwertes selbständig schließt. Vielfach wird das Ventil auch in den Sommermonaten manuell geschlossen, was natürlich nicht erforderlich ist. Wird die Ventileinstellung wie zuvor beschrieben gehandhabt, kann das Ventil in seinem Regelbereich von 2 K arbeiten. Das heißt beispielsweise für die Einstellung "3", daß es bei ca. 20°C geschlossen und bei ca. 18°C voll geöffnet ist. Man bezeichnet dies als "P-Bereich".

Bild 1: Bietet das Ventilgehäuse die Möglichkeit der Voreinstellung, lassen sich die dimensionierten Werte ohne Werkzeug einfach und exakt einstellen.

Anforderungen an das Thermostatventil

Thermostatventile müssen der Euro-Norm EN 215 von 1988 (Ersatz für DIN 3841) entsprechen. Für den Nutzer ist es wichtig, daß er das Ventil leicht bedienen kann. Und für den Heizungsbauer sind die wichtigsten Argumente für ein bestimmtes Ventil die einfache und schnelle Montierbarkeit und die damit einhergehende Zeitersparnis. Unter Berücksichtigung der VOB muß die ausführende Firma zudem die Möglichkeit haben, den hydraulischen Abgleich durchzuführen. Diese Aufgabe läßt sich schnell und präzise mit einem voreinstellbaren Thermostatventil durchführen (Bild 1). Dieses Ventil im k_V -Bereich zwischen 0,04 und 0,73 m³/h besitzt eine außenliegende Voreinstellung, so daß kein Spezialwerkzeug erforderlich ist. Für Fernheizanlagen mit sehr geringen Wassermengen stehen Spezialventile zur Verfügung. Durch den direkt ablesbaren Voreinstellwert kann der Planer die eingestellten Werte sofort kontrollieren bzw. kann der Monteur leicht eine eventuell erforderliche Korrektur vornehmen.

	Bild 2: Dank des Schnapp- Anschlusses . . .
	Bild 3: . . . kann der Fühler einfach und zeitsparend montiert werden.

Zu den genannten Ventilgehäusen passen die thermostatischen Elemente mit dem Schnapp-Anschluß, der mit einer Diebstahlsicherung versehen werden kann und damit die Voreinstellung vor unbefugtem Verändern sichert (Bilder 2 und 3). Bei einer gespülten und in Betrieb genommenen Heizungsanlage benötigt der Monteur nach Untersuchungen des Thermostatventil-Anbieters dank der zeitsparenden Vorkehrungen maximal zwei Minuten für das Einrichten der Voreinstellung und die Fühlermontage. Ein ebenfalls möglicher Abgleich über die Rücklaufverschraubungen ist demgegenüber sehr viel zeitaufwendiger und ungenauer. Außerdem ist in diesem Fall nur mit viel Zeitaufwand zu einem späteren Zeitpunkt nachvollziehbar, welche Einstellung ursprünglich vorgenommen worden war.

Technik des Thermostatventils

Das Thermostatventil ist ein temperaturgesteuertes Ventil, also ein Regler ohne Fremdenergie. Die technischen Mindestanforderungen und Prüfkriterien sind in der bereits erwähnten Euro-Norm EN 215 festgelegt. Die höchsten Anforderungen werden an Durchflußtoleranzen, Geräuschverhalten und Regelgenauigkeit gestellt. Besonders wichtig ist die Abstimmung des Fühlerelementes auf das Ventilgehäuse unter Berücksichtigung des Ventilhubs. Ein optimales Regelverhalten erreicht man, wenn die Ventilkapazität bzw. der Voreinstellwert so gewählt wird, daß das P-Band, d.h. der Temperaturunterschied zwischen voll geöffnetem und geschlossenem Ventil, 2 K beträgt. Zu große Ventile weisen ein kleines P-Band auf - das Ventil drosselt sehr stark. Bei zu kleiner Kapazität des Ventils wird das P-Band hingegen sehr groß. Das Ventilgehäuse von Bild 1 ist mit einer justierbaren Einstellkulisse zur Anpassung des erforderlichen k_v-Wertes ausgestattet.

Eine weitere Grundvoraussetzung für die einwandfreie Funktion des Ventils ist es, das Fühlerelement so anzuordnen, daß es die Raumtemperatur optimal erfassen kann. Gardinen, Fensterbänke und Heizkörperverkleidungen stören die Luftumwälzung am Fühlerelement. Es entsteht ein Wärmestau, und das Ventil schließt zu früh. Im Zweifelsfall sollte deshalb ein Fernfühler oder ein Ferneinstellelement vorgesehen werden.

VOB und hydraulischer Abgleich

Um die einwandfreie Funktion der Heizungsanlage zu gewährleisten, hat die VOB an zwei Stellen den hydraulischen Abgleich berücksichtigt:

"3.1 Umwälzpumpen, Armaturen und Rohrleitungen sind durch Berechnung so aufeinander abzustimmen, daß auch bei den zu erwartenden wechselnden Betriebsbedingungen eine ausreichende Wassermengenverteilung sichergestellt ist und die zulässigen Geräuschpegel nicht überschritten werden. Ist z.B. bei Schwachlastbetrieb ein übermäßiger Differenzdruck zu erwarten, so sind geeignete Gegenmaßnahmen zu treffen, z.B. der Einbau differenzdruckregelnder Einrichtungen.
3.5.1 Die Anlagenteile sind so einzustellen, daß die geforderten Funktionen und Leistungen erbracht und die gesetzlichen Bestimmungen erfüllt werden. Der hydraulische Abgleich ist so vorzunehmen, daß bei bestimmungsgemäßem Betrieb, also z.B. auch nach Raumtemperaturabsenkung oder Betriebspausen der Heizanlage, alle Wärmeverbraucher entsprechend ihrem Wärmebedarf mit Heizungswasser versorgt werden."

Die Hydraulik einer Heizungsanlage wird in der Praxis durch einige Punkte wie z.B. das Nutzerverhalten oder falsch ausgelegte Anlagenkomponenten gestört. Die Folge sind ungleichmäßige Versorgung, zu lange Aufheizzeiten der Anlage und letztlich unzufriedene Verbraucher. Bedingt durch die Bestimmungen der novellierten Wärmeschutzverordnung und das immer größer werdende Energiesparbewußtsein reichen bei neuinstallierten Heizungsanlagen immer kleinere Wärmeleistungen aus. Minimal dimensionierte Wärmeerzeuger stellen genau die Leistung zur Verfügung, die laut Berechnung maximal benötigt wird.

Der am häufigsten eingesetzte Heizkörper ist die Heizplatte mit einem 1/2’’-Anschluß. Dementsprechend werden auch fast immer 1/2’’-Ventile verwendet. Im Fall des in Bild 1 dargestellten Ventils beträgt der k_V -Wert 0,73 m³/h und der Volumenstrom bei einem Differenzdruck von 0,1 bar bis zu 230 l/h. Dieser Volumenstrom entspricht unter Berücksichtigung von 20 K Temperaturspreizung einer Leistung von 5350 W.

Bild 4: Schema der Wasserverteilung in einer Zweirohranlage: links ohne, rechts mit voreinstellbaren Thermostatventilen.

Läßt man diesen überhöhten Volumenstrom an pumpennahen Heizflächen zu, stellt sich zwangsläufig an den entfernten Heizkörpern eine Unterversorgung ein. Um diesem Zustand entgegenzuwirken, muß der Volumenstrom an jeder Heizfläche auf die maximal erforderliche Menge begrenzt werden. Nur so ist gewährleistet, daß - wie in der VOB gefordert - alle Verbraucher entsprechend ihrem Wärmebedarf mit Heizwasser versorgt werden (Bild 4).

Anlagenhydraulik
und Differenzdruckverhältnisse

Sehr oft wird versucht, die sich einstellende Unterversorgung durch eine erhöhte Pumpenleistung auszugleichen. Diese Maßnahme bewirkt eventuell, daß entfernte Heizkörper besser versorgt werden, jedoch erhöht sich dadurch gleichzeitig der Differenzdruck an den pumpennahen Heizkörpern. Außerdem wird durch den erhöhten Differenzdruck die Kapazität der Ventile wieder vergrößert und damit auch mehr Volumenstrom gefördert als benötigt. Der erforderliche Ventil-k_V-Wert wird unter Berücksichtigung eines konstanten Differenzdruckes berechnet:

Volumenstrom in m³/h

Dp = Differenzdruck in bar

k_V = Volumenstrom in m³/h bei 1 bar Differenzdruck

Der Differenzdruckanstieg führt außerdem zu störenden Geräuschen an den jeweiligen Heizflächen. Um ein einwandfreies Arbeiten der Thermostatventile sicherzustellen, sollte der Differenzdruck für die Ventile mit ca. 0,1 bar angesetzt werden. Hydraulischer Abgleich bedeutet also nicht nur, die Heizwassermenge am Verbraucher zu begrenzen, sondern auch die Planungsdifferenzdrücke zu sichern.

Bild 5: Druckabfall über dem Thermostatventil, über dem Strangregulierventil und im Rohrsystem: links mit manuellem Strangregulierventil und rechts mit automatischem Strangregler

Jedem Heizungsfachmann ist bewußt, daß die geplante Förderhöhe einer Heizungsumwälzpumpe fast nie erforderlich ist, da die Anlage meistens im Teillastbereich arbeitet. Ohne geeignete Vorkehrungen wären die Differenzdrücke demnach fast immer zu hoch. Die geeignete Maßnahme ist stets der jeweiligen Anlage anzupassen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Für Einfamilienhäuser und Etagenheizungen ist ein Überströmventil eine ausreichende Regelkomponente. Sobald eine Anlage mehrere Stränge oder Anlagenabschnitte hat, ist für jeden Strang oder Anlagenabschnitt eine eigene differenzdruckregelnde Einrichtung vorzusehen. Die früher übliche Strangregulierung mit manuellen Strangregulierventilen ist nur ausreichend für den äußerst selten vorkommenden Nennbetrieb. Sie ist nichts anderes als ein fester Widerstand, der sich dem Teillastbetrieb nicht anpassen kann (Bild 5). Strangregler mit konstanter Differenzdruck- und Durchflußmengenregelung zeigt Bild 6.

Bild 6: Für konstante Differenzdruck- und Durchflußmengenregelung sorgen Strangregler in Verbindung mit den voreinstellbaren Thermostatventilgehäusen.

Zusammenfassung

Um den Forderungen der VOB und der Heizungsanlagenverordnung in allen Punkten gerecht zu werden, empfiehlt sich die Verwendung von voreinstellbaren Thermostatventilen für den hydraulischen Abgleich. Und um Reklamationen schon im Vorfeld auszuschließen, sollten strangweise Differenzdruckregler eingebaut werden.

B i l d e r : Danfoss Wärme- und Kältetechnik GmbH, Heusenstamm

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