Heizung für alle Komfortansprüche

Noch nie war die Heiztechnik so sparsam wie heute. Doch will der Nutzer die von uns geplanten Anlagen oder zwingen wir ihm Verhaltensweisen auf, die er gar nicht möchte? Ein Blick nur auf die Raumtemperaturen beweist schon, dass unsere technische Sichtweise nur bedingt das Nutzerverhalten erfasst.

Das Bild 1 über die Auswertung zur Raumtemperatur zeigt die Verteilung der gemessenen Temperaturen im Wohnzimmer, die während der Präsenz-Interviews des Forschungsvorhabens Heizen 2020 (siehe Info-Kasten) in der Heizperiode gemessen wurden, und die in diesem Rahmen geäußerte Wunschtemperatur. Die X-Achse stellt die gemessenen bzw. gewünschten Temperaturen dar, die Y-Achse den jeweiligen prozentualen Anteil.

Betrachtet man in einem ersten Schritt die gemessenen Temperaturen (blaue Kurve), fallen einem zwei Punkte sofort ins Auge:

• Der Mittelwert liegt tatsächlich in einer Größenordnung von 20 °C und damit auf dem in den relevanten Normen der Heiztechnik üblicherweise genutzten Wert.
• Problematisch erscheint die weite Streuung der Ergebnisse. Mehr als 45 % der Nutzer hatten gemessene Temperaturen unter 20 °C in ihren Wohnzimmern. Technische Fehlfunktionen können an dieser Stelle in fast allen Fällen ausgeschlossen werden. Raumtemperaturen von über 23 °C werden durchaus in nennenswerter Stückzahl im Feld vorgefunden. Der meist genannte Messwert (Modalwert) liegt bei 19 °C. Die übliche Auslegungstemperatur für einen Wohnraum von 20 °C wurde durch eine senkrechte blaue Linie gekennzeichnet.

Damit ist auf der einen Seite die Annahme einer Raumtemperatur von 20 °C für die Auslegung durchaus nachvollziehbar, ein erheblicher Anteil der Nutzer lebt jedoch mit deutlich höheren Temperaturen. Je höher die gewünschte Raumtemperatur ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass die Heizkurve seitens des Nutzers gegenüber der üblichen Auslegung verschoben wird. Damit sinkt zum Beispiel die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe. Die vom ZVSHK durchgeführten Temperaturmessungen werden von anderen Studien prinzipiell bestätigt.

Wunschtemperaturen weichen von gemessenen Werten ab

Vergleicht man mit diesen Messungen die Wunschtemperaturen (rote Kurve, ebenfalls Wohnzimmer) fällt auf, dass die komplette Kurve deutlich in den wärmeren Bereich verschoben ist. Temperaturen von 20 °C und niedriger entsprechen offensichtlich eher nicht der Erwartungshaltung der Nutzer.

Niedrige Ist-Raumtemperaturen werden tendenziell bei Nutzern mit eher geringer Finanzkraft vorgefunden. Es gibt einen deutlichen Zusammenhang zwischen Raumtemperaturen und finanziellen Mitteln der Nutzer. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass Nutzer, die unter geringeren finanziellen Zwängen stehen, eher ihre Wunschtemperaturen ausleben werden. Dabei geht es um das Verhalten nach einer Sanierung. Eine deutliche Absenkung der Heizkosten führt dazu, dass diese den Nutzer finanziell weniger belasten. Er wird also in die Lage versetzt, seine Wunschtemperaturen eher auszuleben. Vergleicht man vor diesem Hintergrund die Wunschtemperaturkurve mit Messwerten aus energetisch anspruchsvollen Gebäuden (ab EnEV 2002), wie sie zum Beispiel von Brunata veröffentlicht wurden, wird man eine frappierende Ähnlichkeit feststellen. Es ist davon auszugehen, dass die rote Kurve in etwa die gelebten Raumtemperaturen vorwegnimmt, die man in sanierten Gebäuden zukünftig vorfinden wird. Die gelebten Raumtemperaturen werden also steigen.

Wer es sich leisten kann, hat es zu Hause meist wärmer

Maßstab für eine Auslegung müssen daher zukünftig höhere Raumtemperaturen sein, als es bisher üblich ist. Denkbar wäre natürlich wieder eine Mittelwertbildung auf Basis der roten Kurve. Diese würde aber weiterhin einen großen Teil der Nutzer unterversorgt lassen. Der ZVSHK schlägt deswegen vor, einem Anteil von 95 % der Nutzer die gewünschte Temperatur zur Verfügung zu stellen. Dies bedeutet für den Wohnbereich eine Auslegungstemperatur von 23 °C (roter Strich). Mit einer Änderung auf 23 °C für die Berechnung einer Heizlast oder die Auslegung eines Heizkörpers orientiert man sich am oberen und komfortableren Ende des Vorschlagsraumes, den die europäische Normung vorgibt.

23 °C für den Wohnbereich erscheinen auf den ersten Blick erschreckend hoch. Die Auswirkungen auf die Anlagentechnik sind jedoch eher untergeordneter Natur. Die errechnete Heizlast ändert sich um weniger als 10 %. Bezogen auf einen Neubau eines durchschnittlichen Einfamilienhauses bedeutet dies eine höhere Heizlast von 300 bis 500 W, bei energetisch anspruchsvollen Gebäuden sogar noch weniger.

Zu berücksichtigen ist dabei, dass die Heizflächen im Bad so auszulegen sind, dass sie weiterhin eine um 4 K erhöhte Raumtemperatur erzielen – also unter den genannten Bedingungen 27 °C. Dies ist vor dem Hintergrund des folgenden Regelkonzeptes notwendig.

Die Komfortwünsche an die Raumtemperatur ändern sich. Gleichzeitig reagieren moderne Techniken deutlich empfindlicher auf Veränderung der Vorlauftemperatur. Zusätzlich werden bei modernen Gebäuden gezielt alle Reserven abgebaut. Während der alte Kessel sehr großzügig ausgelegt wurde, wird man das bei einer Wärmepumpe nicht unnötig machen. Je sparsamer Gebäude und Heiztechnik sind, desto mehr macht sich eine nicht nutzerorientierte Auslegung negativ bemerkbar.

Neue Anforderungen an die Regelungstechnik

Eine Auslegung auf höhere Raumtemperaturen ist natürlich schon jetzt möglich. Das ist jedoch nur sinnvoll, wenn die zur Verfügung gestellte Leistung automatisch an die Nutzerwünsche angepasst wird. Anders als bisher wird der Nutzer nicht dazu genötigt, die Heizkurve nach seinen Wünschen nach oben zu verschieben. Im Gegenteil: Die neue Auslegung ist so auskömmlich, dass eine automatische Verschiebung eher in den sparsameren Bereich erfolgt.

Ziel eines geeigneten Regelkonzeptes sollte das Begrenzen des für einige Nutzer zur Verfügung gestellten Übermaßes an Leistung sein, also die Anpassung an die Bedürfnisse der Nutzer. Wenn es gelingt, den Nutzer in die Lage zu versetzen, seine Wünsche der Heizung beizubringen, dann kann die Regelung diese Wünsche möglichst sparsam umsetzen. Bis jetzt sind Heizungsregelungen so gestaltet, dass der Nutzer überfordert ist. Am Ende wird die Regelung durch den Nutzer so eingestellt, dass die zur Verfügung gestellte Leistung aus seiner Sicht auf jeden Fall ausreicht – aus technischer Sicht also zu hoch. Das vorgeschlagene Regelkonzept hat nun im Prinzip zwei Bestandteile:

• eine Nutzerschnittstelle zur leichten Bedienung,
• im Hintergrund liegende Rechenvorschriften zum nutzerangepassten Betrieb der Heizung.

Beim Regelkonzept von Heizen 2020 wird davon ausgegangen, dass dem Nutzer ausreichend Leistung zur Verfügung gestellt wird (Auslegung auf 23  °C Raumtemperatur). Wenn er diese nicht nutzen möchte, weil zum Beispiel eine geringere Raumtemperatur ausreicht, wird dies u. a. über eine Reduzierung der Vorlauftemperatur umgesetzt. Bisher hat der Nutzer nur eine Minimalleistung zur Verfügung gestellt bekommen. In den meisten Fällen hat er die Vorlauftemperatur der Heizung anschließend nach oben verschoben. Bild 2 verdeutlicht den systematischen Vorteil der neuen Auslegung:

Das Hochstellen der Heizkurve gilt es zu vermeiden

Der linke Teil der Grafik stellt beispielhaft die bis jetzt übliche Situation dar. Die Heizung wird auf 20  °C Innenraumtemperatur bei 50 °C Auslegungstemperatur ausgelegt, also auf einen sparsamen Bewohner (Nutzer 1). Dieser Fall befindet sich in der Grafik links unten. Ein anderer Bewohner möchte aber eine höhere Raumtemperatur haben (hier 23 °C, Nutzer 2). Deswegen stellt er die Heizkurve auf zum Beispiel 60  °C. Damit steigt der Verbrauch durch die höhere Innentemperatur und durch die geringere Effizienz der Heizungsanlage aufgrund der erhöhten Vorlauftemperatur. Es kann durch die Anlagentechnik nicht verhindert werden, dass der Raum mit höheren Innentemperaturen mehr Energie benötigt. Man kann allerdings den Auslegungspunkt der Heizung von vornherein auf eine Temperatur setzen, die der Realität näher kommt.

Dies ist in der rechten Hälfte der Grafik dargestellt. Bei gleichem Nutzerwunsch (23 °C Innentemperatur) wird die Auslegungstemperatur der Heizflächen von 50 °C für eben diesen Wunschwert ermittelt. Der Komfortnutzer (Nutzer 2) spart aufgrund der höheren Effizienz der Heizungsanlage Energie (in der Grafik rechts oben). Wenn ein sparsamerer Bewohner jedoch 20 °C im Raum haben möchte (Nutzer 1), reduziert das Regelkonzept u.a. die Vorlauftemperatur. Dieser Bewohner spart damit durch den geringeren Temperaturwunsch und die nochmalig abgesenkte Vorlauftemperatur.

Im Vergleich von alter zu neuer Auslegung steigt also die Effizienz für den sparsamen (Nutzer 1) als auch den komfortorientierten Bewohner (Nutzer 2). Diese und die folgenden Aussagen erscheinen erst einmal trivial. Wenn man jedoch bestehende Konzepte mit diesen neuen Ansätzen vergleicht, wird man feststellen, dass die Zusammenstellung der Anforderungen in dieser Form bis jetzt nicht existiert.

Wünsche der Bewohner fließen in das Regelkonzept ein

Für das Verständnis des Regelkonzeptes muss man folgende Punkte kennen, die im Rahmen des Forschungsvorhabens Nutztech ermittelt wurden:

• Aus den Interviews ließen sich drei Nutzergruppen identifizieren, die sich bezüglich der Energieintensität ihres Lebensstils unterschieden. Das heißt, es gab deutliche Unterschiede zum Beispiel in den gewünschten Raumtemperaturen oder Aufheizzeiten nach einer Absenkung. Die Wünsche dieser Nutzergruppen wurden in drei korrespondierenden Regelstufen zusammengefasst.
• Nutzerinformationen, wie sie in der Praxis durchgeführt werden können (zum Beispiel Merkblätter), verpuffen in ihrer Wirkung häufig. Eine Regelung muss also möglichst ohne Einweisung des Nutzers bedient werden können.
• Nur wenige Nutzer sind bereit, die Steuerung der Heizung komplett der Regelung ohne Eingriffsmöglichkeit zu überlassen. Gleichzeitig werden jedoch vorhandene Regelungen durch den Nutzer nicht oder nur sehr eingeschränkt genutzt. Der Nutzer muss also das Gefühl bekommen, alles entscheiden zu können. Tatsächlich kann und muss die Regelung aber viel im Hintergrund übernehmen.
• Der Kunde hätte gerne Informationen zu seinem Verbrauch.

Mit diesen Punkten im Hintergrund wurde eine Benutzerschnittstelle entwickelt, die beispielhaft in den Bildern 3 und 4 dargestellt sind. Die Schnittstelle orientiert sich an einem Touchscreen, wie er aus Smartphones bekannt ist. Der Touchscreen hängt einschließlich eines Temperaturfühlers in einem Referenzraum, beispielsweise im Wohnzimmer.

Benutzerfreundliche Schnittstelle

Die erste Ebene ist für den Nutzer ständig sichtbar und gibt das Gefühl, unmittelbar Einfluss nehmen zu können. Im Wesentlichen erfolgt hier das Einstellen der gewünschten Regelstufe: Komfort-Stufe (unter anderem Raumtemperatur: 23 °C), Eco-Stufe (21 °C) und Ökostufe (20 °C). Im Hintergrund werden damit weitere Parameter beeinflusst. So wird zum Beispiel durch eine zeitliche Selbstadaption der Aufheizzeitpunkt für die Komfort-Stufe so gelegt, dass eine Stunde vor der eingestellten Zeit die Räumlichkeiten die Zieltemperatur erreichen. Auf der Eco-Stufe wird es pünktlich warm. Bei der Öko-Stufe wird die Wohnung gezielt 30 min verspätet die Innentemperatur erreichen. Dies entspricht dem geäußerten Nutzerwunsch dieser Gruppe: Niedrige Heizkosten sind ihr wichtiger als Komfort.

Mit der Wahl der Regelstufe wird dem Kunden ein Infofenster geöffnet, das ihm in Abhängigkeit vom Gebäudestandard den ungefähren Mehrverbrauch seiner Regelstufe gegenüber der Eco-Regelstufe vorhersagt. Zusätzlich wird ein Hinweis gegeben, von Zeit zu Zeit die Absenkzeiten an den eigenen Lebensrhythmus anzupassen.

Die Kombination von baulichem Standard – Eingabe erfolgt in der Fachhandwerkerebene – und eingestellter Regelstufe führt zu weiteren Änderungen im Hintergrund, die jedoch nicht Thema dieses Artikels sind.

Ebenfalls auf der ersten Ebene kann die aktuelle Solltemperatur bis zur nächsten Absenkung verschoben werden. Dies ist wichtig bei einem temporären Kältegefühl. Mit Einstellung der Regelstufe und einer gegebenenfalls temporären Temperaturerhöhung dürften schon fast alle Nutzerwünsche befriedigt sein. In der zweiten Ebene gibt es für die interessierten Nutzer weitere Eingriffsmöglichkeiten. Hier sind im Wesentlichen die Zeitprogramme versteckt. Die Umschalttemperatur zum Sommerbetrieb lässt sich durch den Nutzer beeinflussen. Er erhält jedoch einen sinnvollen Vorschlagswert aufgrund des baulichen Standards des Gebäudes. Alle weiteren Eingaben sind wie bisher der Fachhandwerkerebene vorbehalten. Die dort getätigten Eingaben ähneln den Eingaben in bisherigen, anspruchsvollen Regelungen.

Wie oben beschrieben entsprechen die drei Regelstufen drei unterschiedlichen Nutzergruppen. Es drängt sich nun der Gedanke auf, die Auslegung nicht auf eine hohe Raumtemperatur abzustellen, sondern auf eine mit dem Nutzer abgesprochene Temperatur. Das wäre in der Tat eine Verbesserung zur heutigen Vorgehensweise, wäre aber zumindest dann nicht empfehlenswert, wenn Raumtemperaturen unterhalb von 23 °C vereinbart werden. Diese drei Nutzergruppen haben einen deutlichen Zusammenhang zu Alter, Finanzkraft und sozialem Umfeld. Es spricht vieles dafür, dass sich Nutzer, die in der Öko-Gruppe (20 °C Innentemperatur) beschrieben sind, im Laufe ihres Lebens weiter entwickeln in Richtung der Komfort-Gruppe (23 °C). Da insbesondere Heizflächen sehr lange Lebensdauern besitzen, würde dies bedeuten, dass eine Auslegung auf die Bedürfnisse der Öko-Gruppe bei ein und demselben Nutzer nach einigen Jahren eine manuelle Verschiebung der Heizkurve in den höheren Bereich notwendig machen würde. Eine Auslegung auf die Wünsche der Komfort-Stufe und die anschließende Abregelung der nicht benötigten Wärme auf den aktuell gewünschten Wert erscheint hier aussichtsreicher.

Was kann der Handwerker heute schon umsetzen?

Dieses Regelkonzept ist neu und wird derzeit mit der Industrie diskutiert. Entsprechend gibt es keine verfügbaren Produkte, die dies vollständig umsetzen. Eine generelle Überdimensionierung ohne regeltechnische Lösung erscheint fraglich. Im Einfamilienhausbereich gibt es zumindest Ansätze in bestehenden Regelungen, die wenigstens das Problem der Überdimensionierung gegenüber dem aktuellen Temperaturwunsch in den Griff bekommen können (Adaption auf Raumtemperatur in einem Referenzraum). Dies ist natürlich deutlich weniger, als hier in diesem Konzept beschrieben wurde, begrenzt aber immerhin das Problem der Überdimensionierung.

Das Forschungsprojekt

Der ZVSHK hat in Kooperation mit der VdZ und mit Förderung durch das Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR, www.bbsr.bund.de) das Forschungsvorhaben „Heizen 2020/Nutztech“ durchgeführt. Dabei wurden deutschlandweit online mehr als 2600 Nutzer befragt. Mehr als 600 Nutzer wurden für Präsenz-Interviews in ihren Wohnungen besucht. Der Forschungsbericht wurde mit Mitteln der Forschungsinitiative Zukunft Bau des Bundesinstitutes für Bau- Stadt- und Raumplanung (Aktenzeichen: SF – 10.08.18.7-11.42//II 3-F20-11-1-019) gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt des Berichtes liegt beim Autor.

Arbeit in den Normenausschüssen

Der ZVSHK hat mit Unterstützung der VdZ mit den relevanten Normenausschüssen die Diskussion aufgenommen, die Temperaturvorschläge in den Normen an die Ergebnisse aus der Realität anzupassen. Vorschlag des ZVSHK ist im Kern eine Erhöhung der vorgeschlagenen Innentemperaturen auf 23 °C. Der Zeitpunkt ist günstig, weil die nationalen Normen nach der Überarbeitung der übergeordneten europäischen Normen ohnehin angepasst werden müssen. Inwieweit sich die Gremien den ZVSHK-Vorschlägen anschließen werden, wird sich vermutlich in den nächsten zwei Jahren zeigen.

Matthias Wagnitz ist Referent für Energie- und Wärmetechnik beim ZVSHK, 14467 Potsdam, Telefon (03 31) 20 08-30 52, m.wagnitz@zvshk.de