IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 9/2004, Seite 30 ff.

HEIZUNGSTECHNIK

Fehlfunktion unerwünscht

Wärmezähler: Funktion und Einbaufehler aus der Praxis

Dipl.-Ing. (FH) Dirk Breuling*

Die Wichtigkeit des korrekten Einbaus von Wärmezählern wird von Fachleuten aus der Planung und des Einbaus von Heizungsanlagen häufig unterschätzt. Der Wärmezähler ist für die korrekte Funktion der Heizungsanlage vermeintlich nur von geringer Bedeutung. Der folgende Fachbeitrag erklärt die Grundlagen seiner Funktionsweise, weist auf die häufigsten Einbaufehler in der Praxis hin und zeigt auf, dass dem Bauteil Wärmezähler mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden sollte.

Bild 1: Kompaktwärmezähler.

Zur Messung des Wärmeverbrauchs von Heizkreisen (Heizkörper, Fußbodenheizung, Heizregister etc.) werden Wärmezähler benötigt. Die Anforderungen an Wärmezähler sind in der DIN EN 1434 dokumentiert. Ein Wärmezähler besteht immer aus folgenden Komponenten:

Volumenmessteil (auch Durchflusssensor oder hydraulischer Geber genannt),

Temperaturfühlerpaar (Vorlauffühler und Rücklauffühler),

Elektronisches Rechenwerk.

Bild 2: Splittgerät mit angeschlossenen Temperaturfühlern und Volumenmessteil.

Vereinfacht ausgedrückt berechnet das Rechenwerk aus den Größen "Durchfluss" und "Temperaturdifferenz" die "Wärmemenge" nach folgender bekannter Formel:

Wärmemenge [kWh] = 1,163 · Volumen [m³] · Temperaturdifferenz [Kelvin].

Bild 3: Mehrstrahlzähler für waagrechten Einbau.

Tatsächlich sind in den elektronischen Rechenwerken Tabellen mit Wärmekoeffizienten hinterlegt, die auch die temperaturabhängigen Eigenschaften des Wassers berücksichtigen.

Bild 4: Woltmanzähler WP für waagrechten und senkrechten Einbau.

Häufig sind das Temperaturfühlerpaar und das Volumenmessteil schon fest mit dem Rechenwerk verbunden. Man spricht dann von einem Kompaktwärmezähler (Bild 1). Bei einem Splittgerät dagegen können das Volumenmessteil und bei diversen Geräten auch die Temperaturfühler an einer Klemmleiste des Rechenwerkes separat aufgeklemmt werden (Bild 2). Zum Einsatz kommen überwiegend mechanische Zähler. Das Volumenmessteil besteht aus beweglichen Teilen, also einem Flügelrad (Einstrahl- oder Mehrstrahlzähler, Bild 3) oder, bei größeren Zählern, aus einem Turbinenrad (Woltman-Zähler, Bild 4).

Bild 5: Kompaktwärmezähler Ultraschall.

Darüber hinaus kommen Ultraschallzähler immer häufiger zum Einsatz (Bild 5). Hier wird anhand der Laufzeitdifferenz eines Ultraschallsignals die Strömungsgeschwindigkeit und aus dieser der Durchfluss berechnet. Da sich hier keine beweglichen Teile im Volumenmessteil befinden spricht man von statischen Zählern.

Bild 6: Der Temperaturfühler reicht hier nicht bis zur Mitte der Rohrachse - Messung unbrauchbar.

Tabelle 1 zeigt ungefähre Richtwerte der pro Jahr erfassten Wärmemenge und Energiekosten von Wärmezählern verschiedener Größen.

Tabelle 1: Durchschnittlich erfasste Wärmemenge und Wärmekosten von Wärmezählern pro Jahr.

Nenndurchfluss des Wärmezählers [m³/h]	Nennweite (DN)	erfasste Wärmemenge pro Jahr ca.¹	erfasste Wärmekosten pro Jahr ca.²
0,6	15	10 MWh	400 Euro
1,5	15	30 MWh	1200 Euro
2,5	20	50 MWh	2000 Euro
3,5	25	70 MWh	2800 Euro
6,0	25	110 MWh	4400 Euro
10,0	40	190 MWh	7600 Euro
15,0	50	280 MWh	11.200 Euro
25,0	65	470 MWh	18.800 Euro
40,0	80	740 MWh	29.600 Euro
60,0	100	1120 MWh	44.800 Euro

Achtung: Dies sind rechnerische Werte, Praxiswerte können erheblich abweichen!

1 bei einer angenommenen Temperaturdifferenz von 10 Kelvin und 1600 Vollbenutzungsstunden
2 bei angenommenen Energiekosten von ca. 40 Euro/MWh

Ein einziger Wärmezähler der Nenngröße Q_n 60 kann Kosten von 50.000 Euro und mehr pro Jahr erfassen. Ein fehlerhafter Einbau hat somit gravierende finanzielle Folgen für Eigentümer oder Mieter. So kann z.B. ein Temperaturfühler im Vorlauf, der wie in Bild 6 zu sehen ist nicht bis zur Mitte der Rohrachse reicht, zu einer Mindererfassung von 30% und mehr führen. Bei einem Wärmezähler der Größe Q_n 60 entspricht dies dann einer Kostendifferenz von 15.000 Euro pro Jahr.

Bild 7: Einbau im Primärkreis.

Eine korrekte Verbrauchsmessung ist deshalb unabdingbar. Die Verantwortung hierfür liegt bei den Fachleuten der Planung und des Einbaus. Um dies zu gewährleisten muss der Wärmezähler korrekt eingebaut und richtig dimensioniert werden. Bei der Dimensionierung des Wärmezählers und dem Einbau werden die meisten Fehler gemacht. Da jeder geeichte Wärmezähler auf die Einhaltung vom Gesetzgeber vorgeschriebener Fehlergrenzen geprüft wurde ist ein Defekt des Wärmezählers dagegen selten.

Bild 8: Einbau im Sekundärkreis.

Einbaulage, Beruhigungsstrecke, Durchflussrichtung

Bei großen Durchflüssen (ab Nenndurchfluss Q_n 15 m³/h) kommen häufig Turbinenradzähler, so genannte Woltmanzähler zum Einsatz. Bei Woltmanzählern ist eine Beruhigungsstrecke von > 5 x Nenndurchmesser (DN) des Rohres einlaufseitig und > 2 x DN auslaufseitig erforderlich (Bilder 12 und 13). Bei Strömungen mit Drall ist zusätzlich ein Gleichrichter vor dem Zähler erforderlich (z.B. nach einem Rohrkrümmer).

Bild 9: Hier befindet sich das Volumenmessteil jeweils nicht im selben Kreis wie der Vorlauftemperaturfühler. Die Gleichkreisregel ist somit nicht erfüllt, der Einbau ist falsch.

Wärmezähler haben eine definierte Durchflussrichtung, die auf dem Gehäuse des Wärmezählers gekennzeichnet ist. Wird der Wärmezähler entgegen der definierten Durchflussrichtung eingebaut, so ist die Messung unbrauchbar (Bild 14). Bei einigen Wärmezählern wird eine falsche Durchflussrichtung durch eine Fehlermeldung angezeigt.

Bild 10: Das Tauchhülsengehäuse sitzt unmittelbar unter der Decke, der Temperaturfühler konnte deshalb nicht eingeschoben werden und wurde provisorisch mit Hanf außen angebracht. Die Messung ist unbrauchbar.

Mechanische Wärmezähler dürfen, im Gegensatz zu Ultraschallzählern, nur horizontal oder vertikal eingebaut werden. Schräge Einbaulagen (Bild 15) oder der Einbau über Kopf (Bild 16) ist nicht zulässig. Die Einbaulage in Bild 17 wird häufig irrtümlich als horizontale Einbaulage angesehen. Entscheidend für die Definition der Einbaulage ist die Lage der Flügelradachse des Zählers, bei einer horizontalen Lage der Flügelradachse spricht man von einem vertikalen Einbau.

Bild 11: Diese Tauchhülse ist für ein Thermometer vorgesehen, nicht für den Temperaturfühler eines Wärmezählers. Durch den isolierenden Luftspalt kommt es zu einer fehlerhaften Messung.

Bestimmte Zähler sind nur für eine Einbaulage (horizontal oder vertikal) zugelassen (Bild 18). Die zulässige Einbaulage kann dem Typenschild und der Montageanweisung des Herstellers entnommen werden.

Bild 12: Direkt an den Wärmezähler angeflanschtes Formstück - keine Beruhigungsstrecke vorhanden.

Die richtige Dimensionierung des Wärmezählers

Wärmezähler werden häufig überdimensioniert. Ein Sicherheitszuschlag bei der Auslegung ist nicht nur unsinnig und mit erhöhten Anschaffungskosten verbunden, sondern verschlechtert auch die Messgenauigkeit. Je größer der Wärmezähler, um so schlechter sein Anlaufwert. Unterhalb dieses Wertes erfasst er die Wärmemenge nicht. Bild 19 zeigt die charakteristische Fehlerkurve des Volumenmessteils eines Wärmezählers.

Bild 13: Direkt an den Wärmezähler angeflanschter Schmutzfänger - keine Beruhigungsstrecke vorhanden.

Die tatsächlichen Durchflüsse sollten zwischen dem Mindestdurchfluss (Q_min oder q_i) und dem Nenndurchfluss (Q_n oder q_p) des Wärmezählers liegen. Diese Durchflüsse sind auf der Zählermaske aufgedruckt. Auslegungstabellen der Hersteller helfen bei der Dimensionierung von Wärmezählern. Bei großen Zählern oder schwierigen Einbausituationen sollte vor der Auslegung und dem Einbau unbedingt Rücksprache mit dem Hersteller der Zähler gehalten werden.

Bild 14: Hier wurde das Volumenmessteil entgegen der Durchflussrichtung eingebaut (siehe Pfeil auf dem Gehäuse des Wärmezählers).

Aufgrund der technischen Regeln der Rohrnetzdimensionierung ist ein Wärmezähler, der die gleiche Dimension wie die Rohrleitung hat, in der er eingebaut wird, häufig zu groß gewählt. Es sollte mindestens eine Reduzierung um eine Nennweite vorliegen.

Bild 15: Schräge Einbaulage.

Werden mit Wärmezählern Kosten abgerechnet (man spricht hier von einer Verwendung im geschäftlichen Verkehr), müssen sie geeicht sein. Die Eichgültigkeit von Wärmezählern beträgt 5 Kalenderjahre. Nach Ablauf der Eichgültigkeit muss der Zähler ausgetauscht werden. Bei der Eichung wird geprüft, ob der Wärmezähler innerhalb einer definierten Messspanne innerhalb bestimmter Fehlergrenzen arbeitet. Werden Verbrauchsergebnisse der Wärmezähler angezweifelt, kann eine Befundprüfung des Zählers durch eine staatlich anerkannte Prüfstelle erfolgen. Nachberechnungen oder Vergütungen sind rechtlich erst dann möglich, wenn die Verkehrsfehlergrenzen überschritten werden. Diese haben den doppelten Wert der Eichfehlergrenzen.

Bild 16: Das Volumenmessteil befindet sich auf dem Kopf.

Zusammenfassung

Der falsche Einbau von Wärmezählern führt zu erheblichen Verschiebungen bei Heizkostenabrechnungen. Einzelne Nutzer werden dadurch mit ungerechtfertigt hohen Heizkosten belastet. Deshalb sollte bei der Dimensionierung und dem Einbau des Zählers sorgfältig vorgegangen werden. Renommierte Hersteller von Wärmezählern zeichnen sich dadurch aus, dass sie über den Verkauf von Wärmezählern hinweg bei Dimensionierung und Einbau beratend zur Seite stehen.

Unbedingt sind die Montageanleitungen der Hersteller sorgfältig durchzulesen. Hier wird auf die zulässige Einbaulage und andere Einbauvorschriften im Detail eingegangen. Bei einer Wärmezählerüberprüfung hilft die beigefügte Kurzcheckliste mit den fünf häufigsten Einbaufehlern.

Einbauregeln

Bei Splittgeräten muss darauf geachtet werden, dass die Impulswertigkeit des Rechenwerks identisch ist mit der Impulswertigkeit des Volumenmessteils. Die Impulswertigkeiten finden sich auf den jeweiligen Typenschildern von Rechenwerk und Volumenmessteil.
Wärmezähler dürfen sowohl in den Primärkreis als auch in den Sekundärkreis eingebaut werden (Bilder 7 und 8). Wichtig ist, dass sich alle Komponenten (Temperaturfühler und Volumenmessteil) im selben Kreis befinden.
Das Volumenmessteil und die Temperaturfühler müssen im gleichen Teilkreislauf eingebaut sein (Gleichkreisregel).
Bild 9 zeigt die zwei häufigsten Einbaufehler. Da die Rohrführung häufig unübersichtlich ist, empfiehlt es sich bei einer Überprüfung vor Ort eine Skizze anzufertigen und erst dann zu prüfen, ob alle Komponenten des Wärmezählers im selben Kreis sitzen.
Die Temperaturfühler müssen richtig platziert sein und mindestens bis zur Rohrmitte reichen.
Eine Verlängerung des Temperaturfühlerkabels mithilfe eines zusätzlichen Kabels ist nicht zulässig.
Verkrustungen an den Tauchhülsen beeinträchtigen die korrekte Temperaturmessung. Deshalb ist bei der Montage der Wärmezähler unbedingt darauf zu achten, Absperrvorrichtungen vorzusehen, damit die Tauchhülsen beim Eichaustausch des Zählers problemlos ohne Entleerung der gesamten Heizungsanlage gewechselt werden können.
Der Einbau der Fühler sollte nie direkt nach einem Mischventil oder vor einer Pumpe erfolgen, da es hier zu Temperaturschichtungen im Rohrquerschnitt kommt. Grundsätzlich sind direkt im Medium tauchende Fühler den Fühlern mit Tauchhülsen vorzuziehen.
Keinesfalls kann der Temperaturfühler nur an das Rohr angelegt werden (Bild 10) oder in eine Tauchhülse mit größerem Innendurchmesser geschoben werden (Bild 11). Die Messungen sind dann unbrauchbar.

Kurzcheckliste zur Prüfung des Einbaus von Wärmezählern
Impulswertigkeit des Volumenmessteils muss identisch mit Impulswertigkeit des Rechenwerks sein (Vergleich der Typenschilder von Rechenwerk und Volumenmessteil).
Volumenmessteil und Temperaturfühler sind im gleichen Teilkreislauf eingebaut.
Die Temperaturfühler sind korrekt eingebaut und verplombt (Fühler passt zur Tauchhülse, Fühler sitzt tief genug im Medium etc.).
Die Einbaulage des Gerätes ist korrekt und zulässig (siehe Typenschild und Montageanweisung des Herstellers).
Die Durchflussrichtung des Volumenmessteils ist korrekt.

Bild 17: Vertikaler Einbau des Wärmezählers in einem Einbaukasten.

Bild 18. Dieses Volumenmessteil (Mehrstrahl) darf nur waagrecht eingebaut werden.

Bild 19: Typische Fehlerkurve eines Durchflusssensors. Quelle: [2]

*) Dipl.-Ing. (FH) Dirk Breuling, Anwendungstechniker bei Minol Messtechnik W. Lehmann GmbH & Co. KG, Leinfelden-Echterdingen.

B i l d e r : Minol Messtechnik W. Lehmann GmbH & Co. KG, Leinfelden-Echterdingen.

L i t e r a t u r :
[1] Kreuzberg, J.; Wien, J.: Handbuch der Heizkostenabrechnung. 4. Auflage 1997 und 5. Auflage 2001.
[2] Peters F.: Handbuch zur Wärmekostenabrechnung. 10. Auflage 2001. Minol Messtechnik, Abteilung Anwendungstechnik, Interne Fehleranalysen zum Wärmezählereinbau.

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