Wenn nach Energiesparpotenzialen in Gebäuden gesucht wird, ist die Wärmeregulierung ein wesentlicher Faktor. Nicht nur die Dämmung von Gebäudeaußenflächen beeinflusst den Wärmebedarf stark und damit einhergehend die Energieeffizienz, auch die Heizungsanlage spielt eine wichtige Rolle. Für Verbraucher spiegelt sich deren Energieeffizienz zudem mit der Einführung des CO2-Preises für fossile Brennstoffe direkt im Geldbeutel wider. Haushalte, die mit Öl und Gas heizen, müssen ab 2021 mit höheren Heizkosten rechnen.
Dies ist für SHK-Unternehmen ein wichtiger Ansatzpunkt in der Kundenberatung. Nicht immer ist es nötig oder für den Kunden möglich, eine bestehende Heizung komplett gegen eine neue zu tauschen. Die richtige Einstellung der Anlage mittels eines hydraulischen Abgleichs steigert die Energieeffizienz bereits maßgeblich und hilft dem Verbraucher Kosten zu sparen.
Der hydraulische Abgleich in der Theorie
Die Hydraulik ist die Lehre vom Strömungsverhalten von Flüssigkeiten. So verbessert ein hydraulischer Abgleich die Art und Weise, wie sich die Ströme des Heizwassers im Heizungsnetz verteilen. In einem nicht regulierten System wählt das Wasser immer den Weg des geringsten Widerstands. Die Folge: Räume, die sich strömungsgünstiger zur Wärmequelle befinden, sind deutlich wärmer also solche, die weiter entfernt sind.
Der hydraulische Abgleich steuert dagegen und sorgt dafür, dass jeder Heizkreis so viel Heizungswasser erhält, wie er benötigt. Das heißt: Kein Zimmer ist zu kalt oder zu warm. Wenn auf diese Weise jeder Raum die gewünschte Temperatur schneller und einfacher erreicht, steigert das die Effizienz der Anlage und es wird weniger Energie unnötig verbraucht.
Aus diesem Grund fördert der Staat den hydraulischen Abgleich für Verbraucher. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) übernimmt 30 % der Nettoinvestitionskosten für Maßnahmen im Zusammenhang mit dem Ersatz von Heizungs-Umwälzpumpen und Warmwasser-Zirkulationspumpen durch hocheffiziente Pumpen sowie für Produkte, die im Zusammenhang mit dem hydraulischen Abgleich stehen, wie die Einzelraumregelung. Der Zuschuss beträgt maximal 25 000 Euro pro Standort.
Bei einem herkömmlichen hydraulischen Abgleich wird die Heizlast jedes Raums berechnet und die Heizfläche und der Massenstrom entsprechend ausgelegt. Der Fachhandwerker ermittelt den Rohrdruckverlust und den Abgleichdruckverlust und erhält so die Einstellwerte des Heizsystems. Um die Werte einzuhalten, werden die Ventile der Verteiler der Fußbodenheizung entsprechend eingestellt, Strangregulierarmaturen an den einzelnen Heizsträngen genutzt und kontrolliert, dass elektronisch geregelte Umwälzpumpen optimal eingestellt und ausgelegt sind.
Bild: Uponor
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Hürden in der Praxis
Auch wenn ein herkömmlicher hydraulischer Abgleich die Energieeffizienz der Heizung deutlich steigert, so hat er doch einige Nachteile. Die Heizlast gibt die Wärmezufuhr in Watt an, die benötigt wird, um in einem Raum eine bestimmte Temperatur zu erreichen. Sie ist abhängig von der Lage des Gebäudes, der Bauweise der wärmeübertragenden Umfassungsflächen und dem Bestimmungszweck der einzelnen Räume.
Eine Berechnung der Heizlast enthält selbst bei Vorgehen nach EN 12831 Ungenauigkeiten und einige Parameter, die die Wärmeübergabe beeinflussen, sind meist nicht bekannt – beispielsweise der spätere Fußbodenbelag bei Neubauten oder die genauen Dämmwerte der Gebäudehülle bei Renovierungen. Zudem wird die Heizlast immer nur für den Auslegungsfall ermittelt, also für die Bedingungen, unter denen die Heizungsanlage besonders stark gefordert ist.
Richtet man den Massenstrom ausschließlich an der Heizlast aus, so bleibt bei Fußbodenheizungen die Auswirkungen des Bodenbelags auf den Wärmefluss unberücksichtigt. Je nach Material wird ein anderer Massenstrom benötigt. Auch ändert sich dieser entsprechend bei einer späteren Renovierung und einem Wechsel des Belags.
Auch bei der Ermittlung des Rohrdruckverlusts entstehen Ungenauigkeiten, da die geplante Heizkreislänge meist nicht mit der tatsächlich verbauten übereinstimmt. Durch diese Abweichungen entsprechen die errechneten Einstellwerte nicht exakt den realen Bedingungen beim Heizen und die Einregulierung liefert nicht die für einen Raum benötigten Wassermengen.
Automatischer Abgleich für Flächenheizungen
Die Unterschiede zwischen den theoretischen Annahmen in der Berechnung und den tatsächlichen Gegebenheiten während des Heizvorgangs lassen sich mit einem Autoabgleich kompensieren. Denn der Autoabgleich richtet sich ausschließlich nach den realen Heizbedingungen: Entscheidend ist die gemessene Raumtemperatur. Die Regelung kalkuliert auf dieser Basis eine zeitliche Taktung der Stellantriebe – das sogenannte Pulsweitenmodulationsverfahren. So kann die Regelung zyklisch auf Veränderungen reagieren und stellt die gewünschte Raumtemperatur sicher.
Die permanente Anpassung garantiert, dass auch noch nach Jahren oder bei veränderten Rahmenbedingungen – etwa einem neuen Oberbelag für die Fußbodenheizung – die korrekte Wassermenge bei gegebener Vorlauftemperatur in den Raum geliefert wird. Bei diesem vollständigen Autoabgleich, wie ihn etwa die Regelungstechnik von Uponor durchführt, ist somit das Einstellen der Ventile überflüssig – alle Ventile bleiben offen.
Damit die weiter oben beschriebenen Nachteile vermieden werden, richtet sich etwa die Raumtemperaturregelung Smatrix Pulse für Flächenheizungen und -kühlungen im Wohnungsbau ausschließlich nach dem tatsächlichen Bedarf und hält nicht nur automatisch die theoretisch errechneten Werte ein. Der Einbau einer solchen dynamischen Regelungstechnik spart Zeit und senkt langfristig die Kosten.
Vor allem aber wird die Energieeffizienz der Heizungsanlage gesteigert, da immer nur genau so viel Wärmeenergie aufgewendet wird, wie der Raum aktuell benötigt. Gegenüber einem nicht abgeglichenen System ohne Einzelraumregelung spart der Verbraucher mit einem autoabgleichfähigen System bis zu 20 % an Energie.
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Effizient Kühlen mit hydraulischem Abgleich
In Zukunft wird das Kühlen von Wohnraum ein immer größeres Thema. Denn mit dem Klimawandel bekommen wir immer längere und heißere Schönwetterperioden im Sommer – die Anzahl an heißen Tagen mit einem Temperaturmaximum über 30 °C steigt. Und ist die Wärme erst einmal im Gebäude verhindert die Dämmschicht moderner Gebäude ein schnelles Abkühlen in der Nacht. Das Bedürfnis nach Kühlung wird somit immer stärker und die Kühlung von Wohngebäuden zum Normalfall werden. Hier hilft eine Regelungstechnik, die „Cooling ready“ ist und sich, wie die Regelung Smatrix Pulse, im Bedarfsfall von Heizen auf Kühlen umstellt.
Wie im Heizfall auch, ist das System dann besonders effizient, wenn es hydraulisch optimal einreguliert ist. Aus praktischen Gründen werden Flächenkühlungen häufig mit den gleichen hydraulischen Einstellungen wie für den Heizfall betrieben. Das ist problematisch, da die Einflussfaktoren auf Heizen und Kühlen nicht identisch sind.
Während beim Heizen in erster Linie der mögliche Wärmeverlust, etwa durch die Gebäudeaußenhülle, zu berücksichtigen ist, kommt es beim Kühlen vor allem auf die direkte Sonneneinstrahlung an – Fensterflächen und deren Verschattung spielen eine große Rolle. Somit können sich die Heizlast im Winter und die Kühllast im Sommer für einzelne Räume stark unterscheiden.
Auch die Raumnutzung ist entscheidend. Im Schlafzimmer soll im Winter beispielsweise nur wenig geheizt werden, um ein angenehmes Schlafklima zu erreichen. Der Heizkreislauf ist gedrosselt. Im Sommer gilt jedoch das Gegenteil: Zum Schlafen darf es nicht zu warm sein, es muss also verstärkt gekühlt werden.
Ein System, das manuell auf den Heizfall eingestellt ist, kann nicht optimal kühlen, da der Volumenstrom gemindert ist. Mit dem Autoabgleich wird dieses Problem umgangen. Derartige Regelungen arbeiten mit offenen Ventilen. So steht auch in Räumen wie dem Schlafzimmer im Kühlfall der volle Volumenstrom bereit.
Räume einzeln kühlen
Der Wechsel des Systems von Heizen auf Kühlen mit allen damit einhergehenden Anpassungen erfolgt bei der Regelung Smatrix Pulse innerhalb von etwa drei Stunden. Wann die Anlage umschaltet, hängt dabei von mehreren Faktoren ab. So kann hier ein Zimmer als Referenzraum definiert werden, dessen Raumtemperatur ein Ausgangssignal auslöst.
Daraufhin schalten beispielsweise eine reversible Wärmepumpe oder 3-Wege-Ventile bei einem 4-Leiter-System um. Bei dieser Variante liegen Wärme und Kälte dauerhaft an jedem Verteiler an und der Verbraucher kann anhand der Einstellungsparameter selbst entscheiden, wann seine Anlage zwischen Heizen und Kühlen wechseln soll.
Neben dem Vorteil des Autoabgleichs kann bei einer Einzelraumregelung auch im Kühlfall die Temperatur jedes einzelnen Zimmers individuell eingestellt werden. Bei herkömmlichen Systemen richtet sich die Kühlung meist nach einem Referenzraum. Ist in diesem Raum die gewünschte Temperatur oder der Grenzwert der relativen Luftfeuchtigkeit erreicht, schaltet sich das System im gesamten Gebäude ab – auch wenn andere Räumen noch weiter gekühlt werden könnten.
Die Regelung Smatrix Pulse greift dagegen auf die Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsdaten einzelner Raumfühler zurück. Werden in einem Zimmer die Grenzwerte der relativen Luftfeuchtigkeit überschritten – sie ist werkseitig auf 75 % eingestellt und lässt sich individuell anpassen – kann das System den Kühlbetrieb für diesen Raum einstellen. Die Einzelraumregelung verbessert so die mögliche Kühlleistung. Wie im Heizfall auch, sorgt das Regelungssystem somit für eine permanente Überwachung der Einflussfaktoren auf die Flächentemperierung und kann bei Bedarf den Massenstrom automatisch justieren.
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Info
Smart Energie sparen
Möchte man die Raumtemperatur möglichst energieeffizient regeln, ist intelligente Heiztechnik, wie die Regelung Smatrix Pulse, eine wertvolle Unterstützung. Smarte Heizungen warnen Bewohner, wenn Räume permanent zu warm oder kalt sind und lassen sich per App von unterwegs steuern. Mit der App Uponor Smatrix Pulse kann der Verbraucher beispielsweise auch außer Haus auf die Uponor Cloud zugreifen und die Einstellungen seiner Regelung anpassen. So kann er etwa die Wärme- oder Kühlleistung runterfahren, wenn niemand zu Hause ist. Das System ist zudem kompatibel mit Alexa Voice Control, was die Steuerung zu Hause sehr komfortabel macht.
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