Einzelraumregelung von Fußbodenheizungssystemen

Einsatzmöglichkeiten elektrischer und selbsttätiger Regelungen in Neubau und Modernisierung

Dipl.-Ing. (FH) Thorsten Rink*

Ziel der am 1. Februar 2002 in Kraft getretenen Energieeinsparverordnung (EnEV) ist die Reduzierung des Primärenergieverbrauchs in Gebäuden. So schreibt sie u.a. den Einbau einer witterungsgeführten Vorlauftemperaturregelung am Wärmeerzeuger und den Einsatz von Einzelraumtemperaturregelungen (z.B. Thermostatventile an statischen Heizflächen) vor. Wie die Vorgaben auf eine Fußbodenheizung praktisch umgesetzt werden können, ist Gegenstand dieser Ausarbeitung.

Überblick

In den letzten Jahrzehnten hat die Flächenheizung immer mehr an Bedeutung gewonnen. Heute sind knapp 50 Prozent der Ein- und Zweifamilienhäuser mit einer Fußbodenheizung ausgestattet. Gründe hierfür sind eine energieeffiziente Betriebsweise des Wärmeerzeugers, günstige raumlufttechnische Verhältnisse, eine fast ideale Temperaturverteilung im Raum und vor allem eine hohe Behaglichkeit aufgrund der niedrigen Oberflächentemperaturen. Gemäß EnEV müssen auch Fußbodenheizungen raumweise geregelt werden. Dies kann auf unterschiedlichste Weise umgesetzt werden.

Fußbodentemperierung

Den Wunsch des Bauherren nach einem warmen Fußboden im Badezimmer, auch wenn ansonsten das Gebäude nicht mit einer Fußbodenheizung ausgestattet ist, erfüllt eine Fußbodentemperierung. Hierfür wird ein selbsttätiges Fußbodenheizungsventil eingesetzt.

Bild 1: Schema einer Fußbodentemperierung.

Am Vorlauf des statischen Heizkreises wird die Fußbodenschlange abgenommen und schneckenförmig ausgelegt (Bild 1). Diese Verlegeart ist zwingend einzuhalten, um eine möglichst gleichmäßige Wärmeverteilung zu erreichen. Regeln lässt sich die Fußbodentemperierung über einen Rücklauftemperaturbegrenzer, der im Rücklauf der Fußbodenschlange installiert ist (Bilder 1 und 2). Das Fühlerelement wird auf eine bestimmte Rücklauftemperatur eingestellt, mit der sich eine angenehme Fußbodentemperatur erreichen lässt. Eine Raumtemperaturregelung ist mit diesem System nicht möglich. Da diese Art der Fußbodentemperierung nicht dazu dient, den Wärmebedarf eines Raumes abzudecken, müssen zur Beheizung und Regelung grundsätzlich Heizkörper mit Thermostatventilen zusätzlich eingeplant werden.

Bild 2: Fußbodenheizungsventil zur Fußbodentemperierung.

Wird anstelle des Rücklauftemperaturbegrenzers ein thermostatisches Fühlerelement verwendet, dient es der Raumtemperaturregelung, wie sie die EnEV vorschreibt. In diesem Fall wird der komplette Wärmebedarf des Raumes über die Fußbodenheizung abgedeckt. Es lässt sich an beliebiger Stelle im Heizkreis montieren, also auch im Vorlauf. Bietet der Ventilkörper eine Voreinstellmöglichkeit, kann damit ein hydraulischer Abgleich realisiert werden. Die Montage des runden Wandeinbaukastens ist mit einem Standard-Kronenbohrer einfach zu realisieren. Nachdem das Fühlerelement montiert ist, wird die Frontabdeckung angebracht (Bild 3).

Bild 3: Montageschritte zur Installation des Ventils zur Fußbodentemperierung.

Zu beachten ist bei beiden Systemen (Beheizung oder Temperierung), dass die Vorgehensweise des Aufheizens einer Fußbodenkonstruktion nach der DIN 4725 Teil 4 eingehalten wird. Nach der DIN 18560 Teil 2 muss in Fußbodensystemen sichergestellt sein, dass die zulässige Estrichtemperatur an keiner Stelle überschritten wird. Die Maximaltemperaturen für Estriche nach DIN 18560 Teil 2 sind für Gussasphaltestrich 45°C, für Anhydrit- bzw. Zementestriche 60°C. Bei anderen Estrichen sind die Herstellerangaben zu beachten.

Konventionelle Fußbodenregelungen

Bei konventionellen Fußbodenregelungen werden Stellantriebe am Verteiler von elektrischen Raumthermostaten angesteuert. Die Zentraleinheit empfängt die Impulse der Raumthermostate und leitet sie an die zugeordneten Stellantriebe weiter. Sind potenzialfreie Ausgänge vorhanden, kann zum Beispiel die Umwälzpumpe angesteuert werden. Diese wird abgeschaltet, wenn keiner der Raumthermostate Wärmeanforderung signalisiert und wieder eingeschaltet, wenn die Raumtemperatur unter den Sollwert fällt.

Meist werden die Raumthermostate über die Zentraleinheit mit 24 V AC versorgt. Deshalb benötigt der Raumthermostat nur eine elektrische Verdrahtung zur Klemmleiste. Der einstellbare Temperaturbereich reicht i.d.R. von 6 bis 30°C und hat eine Schalthysterese von ca. 0,5 K. Komfortabel sind Raumthermostate, die sich begrenzen und blockieren lassen, um beispielsweise eine unbeabsichtigte Überheizung zu vermeiden. Durch die erforderliche Verdrahtung zwischen den Raumthermostaten und der Klemmleiste am Verteiler sind diese Systeme hauptsächlich im Neubau und der Komplettsanierung einsetzbar.

Der hydraulische Abgleich der einzelnen Heizkreise erfolgt durch die Einstellung der Ventile am Verteiler. Sie ist wichtig, um die geplante Temperaturspreizung einzuhalten und damit insbesondere bei Brennwertanlagen eine energieeffiziente Betriebsweise zu garantieren.

Um eine Veränderung der Einstellung durch unbefugte Personen speziell in öffentlichen Bereichen zu vermeiden, können Raumthermostate eingesetzt werden, bei denen sich das Temperatureinstellrad unter einer behördentauglichen Abdeckung befindet. Hat der Raumthermostat zusätzlich einen speziellen Temperatursensor, der in den Fußboden eingebracht wird, kann eine Minimal- bzw. Maximalbegrenzung der Temperatur im Fußboden vorgenommen werden. Nötig ist eine solche Maximaltemperaturbegrenzung zum Beispiel bei einigen Holzfußböden. Eine Minimalbegrenzung verhindert ein Abschalten der Fußbodenheizung und Auskühlen des Fußbodens, wenn die Raumtemperatur z.B. durch die Beheizung mit einem Kachelofen erreicht wurde.

Funkregelung

Die EnEV schreibt bei älteren, bestehenden Anlagen in privaten Wohngebäuden keine Nachrüstung einer Einzelraumregelung vor. Die Problematik bei älteren Fußbodenanlagen ist die Ausstattung mit ungeregelten Handventilen, die keine konstanten Raumtemperaturen ermöglichen. Dies führt häufig zu überhöhten Raumtemperaturen und damit zu einem unnötigem Energieverbrauch. Weil aufwendige Installationsarbeiten zur Verdrahtung der Raumthermostate nötig wären, werden diese Anlagen meist nicht modernisiert. Hier bietet sich ein Fußbodenregelungssystem über Funk an, bei dem die Raumthermostate nicht mit dem Hauptregler verdrahtet werden müssen. Somit fallen keine weiteren Kosten oder Renovierungen bei der Installation an.

Bild 4: Schema eines funkgesteuerten Fußbodenregelungssystems.

Das System besteht aus einem Hauptregler (230 V-Anschluss), der mit den Funkraumthermostaten kommuniziert (Bilder 4 und 5). Der Funkraumregler sendet die Ist-Temperatur an den Hauptregler, der bei Wärmeanforderung die Stellantriebe öffnet. Diese wiederum werden auf die Klemmen am Hauptregler aufgelegt. Aus diesem Grund bietet sich eine Installation des Hauptreglers in der Nähe des Fußbodenverteilers an, um den Verdrahtungsaufwand möglichst gering zu halten. Ist der Hauptregler in einem Stahlverteilerschrank eingebaut und von den Funksignalen der Raumthermostate abgeschirmt, muss eine Antenne an den Hauptregler angeschlossen werden, was jedoch problemlos möglich ist. Wie auch bei der kabelgebundenen Variante kann über einen potenzialfreien Kontakt beispielsweise die Umwälzpumpe angesteuert werden.

Bild 5: Die Komponenten des Funk-Regelsystems.

Die Raumthermostate arbeiten auf Batteriebasis. Trotz einer Sendeleistung im Milliwattbereich beträgt die Funkreichweite mehrere 10 m. Die gemessene Raumtemperatur wird in einem Abstand von mehreren Minuten übertragen oder wenn sich die Raumtemperatur verändert. Eine Dauerbelastung durch Funksignale in den Räumen besteht damit nicht.

Bild 6: Mögliche Zonenaufteilung mit der Programmiereinheit.

Zur zeitlichen Steuerung von Absenkzeiten kann eine Programmiereinheit an den Hauptregler angeschlossen werden. Damit lassen sich zusätzlich Urlaubszeiten, Frostschutzfunktionen und eine Zoneneinteilung einzelner Räume einstellen (Bild 6). Gleichzeitig genutzte Räume werden zu einer Zone zusammengefasst. So ist es möglich, die jeweiligen Aufenthaltsräume (Zonen) zu beheizen und in nicht genutzten Räumen die Temperatur abzusenken, um ohne Komfortverzicht weitere Energie einzusparen.

Umrüstung einer alten Fußbodenanlage

Bei der Modernisierung einer alten mit Handregulierventilen ausgestatteten Fußbodenanlage muss im ersten Schritt geklärt werden, ob der vorhandene Verteiler noch funktionsfähig ist. Ist dies der Fall, kann in den meisten Fällen eine funkgesteuerte Einzelraumregelung eingebaut werden, ohne die wasserseitige Installation zu ändern. Dazu muss klar sein, welche Stellantriebe sich auf den Verteiler oder die Ventile montieren lassen bzw. mit welchen Adaptern ein Anschluss von Stellantrieben möglich ist. (Bild 7a).

Bild 7a: Vorhandener alter Verteiler mit Handventilen.

Bild 7b: Installation des Hauptreglers und Montage der Stellantriebe.

Die alten Handräder am Verteiler oder den Ventilen werden demontiert und der Hauptregler in der Nähe des Verteilers installiert. Danach werden die Stellantriebe auf die Ventile montiert und mit dem Hauptregler elektrisch verdrahtet. Dieser wird dann mit der Spannungsversorgung verbunden (Bild 7b). Die Anmeldung der Raumthermostate am Hauptregler erfolgt mit einer Busverbindung. Dabei werden die Raumregler einem oder mehreren Kanälen des Hauptreglers zugeordnet. Nach den Einstellungen ist die Installation am Verteiler beendet (Bild 7c).

Bild 7c: Anmeldung der Raumthermostate am Hauptregler.

Die Thermostate sind beliebig im zugeordneten Raum montierbar. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass der Raumthermostat die Referenztemperatur des Raumes messen und weitergeben kann. Die komplette Installation der funkgesteuerten Einzelraumregelung wird mit der Einstellung der Raumthermostate auf die vom Benutzer gewünschte Temperatur abgeschlossen (Bild 7d).

Bild 7d: Einklicken des Raumthermostaten auf montiertes Gehäuseunterteil.

Durch die Ausrüstung einer alten Fußbodenanlage mit funkgesteuerter Einzelraumregelung erreicht man also hohe Wirtschaftlichkeit, bedarfsgerechte Raumtemperaturregelung sowie energiesparenden Anlagenbetrieb ohne Überheizen der Räume und erfüllt gleichzeitig die EnEV-Standards.

Fazit

Bei der Fußbodenbeheizung bietet der Markt vielfältige Regelungsmöglichkeiten, die entsprechend der Anwendungsfälle auszuwählen sind: Beheizung oder Temperierung einzelner Räume oder die Einzelraumregelung in kompletten Fußbodenheizungsanlagen. Wichtig bei jeder Einbringung von Wärme in eine Fußbodenkonstruktion ist, dass die Normen bezüglich Maximaltemperaturen und Aufheizzeiten eingehalten werden, um Schäden an der Fußbodenkonstruktion zu vermeiden.

Die höchste Flexibilität der Einzelraumregelung bieten die Funksysteme, nicht nur bei der Planung und Installation, sondern auch bei späteren Renovierungen und Umbauten. Damit lassen die heutigen Regelungen in punkto Komfort bei neuen und alten Fußbodenheizungsanlagen kaum Wünsche offen.

*) Dipl.-Ing. (FH) Thorsten Rink, Produktmanager bei der Danfoss GmbH, Bereich Wärmeautomatik, Offenbach

B i l d e r : Danfoss GmbH, Bereich Wärmeautomatik, Offenbach

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