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Hydraulischer Abgleich - Denken im System HYDRAULISCHER ABGLEICH
 
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Systembetrachtung

Infoserie: Hydraulischer Abgleich – Denken im System

  • Teil 5: Die Heizflächen (Heizkörper/Fußbodenheizung)

Vielleicht stellen Sie sich gerade die Frage, was der hydraulische Ableich mit den Heizflächen, oder besser Wärmeübertragerflächen zu tun hat: Ein ganze Menge! Denn das System Heizung funktioniert nur dann richtig (effizient), wenn die drei wesentlichen Bausteine

  • Wärmeerzeugung (z.B. das neue Brennwertgerät oder ev. die Alternative Wärmepumpe)
  • Wärmeverteilung (Armaturen am Wärmeübertrager / Strangregler und Rohrnetz)
  • Wärmeübergabe (Wärmeübertragerflächen wie Heizkörper/freie Heizflächen und /oder Fußbodenheizung
aufeinander abgestimmt sind. Und dieses (in sich zu betrachtende) System Heizung wiederum auf das übergeordnete System einer Wohneinheit bzw. eines gesamten Gebäudes.
Oder anders erklärt: Ein (Wohn)gebäude hat einen bestimmten Bedarf an Wärme, den man kennen bzw. berechnen muss. Damit Sie sich in Ihrem Gebäude (besser in den Räumen) wohlfühlen, muss das System Heizung den Wärmeverlust durch die umschließenden Flächen (Wände, Fenster) und den Lüftungswärmebedarf kompensieren. Was an Wärme verloren geht, muss einfach nachgeschoben werden - mehr ist es nicht!

Jetzt wird es aber spannend. Sie kennen bestimmt meine Definition des hydraulischen Abgleichs: Die richtige Wassermenge zur richtigen Zeit am richtigen Ort. Allgemein gültig ist dieser Leitsatz:
  • Das richtige Wohlfühlklima zur richtigen Zeit am richtigen Ort
Darin sind zwei wichtige Parameter verborgen, die ganz entscheidend dafür sind, dass sich der Nutzer oder Bewohner einfach wohlfühlt:
  • Die Anlagendynamik und
  • das Nutzerverhalten
Das immer wichtiger werdende Thema Nutzerverhalten beschreibe ich in einem eigenen Kapitel. In Bezug auf die Wärmeübergabe durch unterschiedliche Übertragerflächen spielt die Berücksichtigung der Anlagendynamik aber eine ganz wichtige Rolle. Mir ist es an dieser Stelle wichtig, den Bezug seitens der Hydraulik zur Wärmeverteilung transparent zu machen. Denn es gibt viele Komponentenbetrachtungen, aber kaum jemand zeigt die Abhängigkeiten untereinander auf.

Im Grunde geht es um drei Systeme, die es zu verstehen gilt:
  • A: Der hydraulische Abgleich in Kombination mit Heizkörpern
  • B: Der hydraulische Abgleich in Kombination mit einer Flächenheizung
  • C: Der hydraulische Abgleich in Kombination mit einer Kombination Heizkörper und Flächenheizung
Alles klar ?

Vorab zu C: Dies könnte schlussendlich die Zusammenfassung der beiden Einzelbetrachtungen A und B sein ...... ist es aber nicht, denn die Formel A+B=C gilt hier leider nicht. Es ist viel komplexer, was aufgrund der in einer Vielzahl von Gebäuden im Bestand und Neubau vorhandenen Kombinationen (Heizkörper und Fußbodenheizung) eine nicht gerade einfache Aufgabe ist. Es soll ja hier keine Doktorarbeit werden (was mich schon reizen würde), sondern ein Aufzeigen der wesentlichen zu berücksichtigenden Parameter und deren Auswirkungen auf das System (und das Wohlfühlklima) mit den Lösungen für die Praxis. Womit wir auch gleich beim Verhältnis Kosten / Aufwand / Nutzen wären, aber dazu später mehr.

Noch eines vorab - und ich wiederhole dies gerne zum x-ten mal. Die Basis für jede Betrachtung ist immer eine raumweise Heizlastberechnung. Hier könnte man aber schon wieder gleich ein Fass mit vielen Fragen aufmachen: Wie kommt man an diesen Wert - im Bestand? Ist die DN 12831 überhaupt praxisnah? Braucht man Aufheizreserven? Was passiert dann mit den Wassermengen? Sollte der Wärmeverlust für Innenwände mit berücksichtigt werden? Lässt sich smart home = gewünschte Anlagendynamik mit den vorhandnen Systemen überhaupt realisieren? .... Gut - ich höre jetzt mal mit den Fragen auf ......

A: Der hydraulische Abgleich in Kombination mit Heizkörpern
Der Abgleich in dieser Kombination ist relativ einfach. Und dies hat mehrere Gründe.
  • Im Neubau: In Abhängigkeit von den wärmeerzeugerabhängigen Systemtemperaturen wird der Heizkörper dimensioniert. Somit liegt die Größe fest. Bitte überlegen Sie, wo der Heizkörper montiert werden soll. In der Nähe eines Fensters kann nie ein Fehler sein, ob wohl dies in Kombination mit einer 3-fach Verglasung (relativ hohe Oberflächentemperatur, Stichwort operative Temperatur) nicht mehr ganz so wichtig ist.
  • Im Bestand: Die vorhandene Heizfläche (Größe und Typ des Heizkörpers) lässt sich recht einfach bewerten, sprich die Leistung in Abhängigkeit von der Übertemperatur (gewünschte Vor- und reale Rücklauftemperatur, anschließend die Optimierung wegen der unterschiedlichen Heizkörperüberdimensionierungsfaktoren - Erklärung siehe am Ende des Kapitels) bestimmen. Das dauert mit DanBasic nur wenige Sekunden.
Der wesentliche Vorteil ist somit die leicht zu ermittelnde Wärmeleistung des Heizkörpers. Hinzu kommen aber noch zwei weitere Faktoren:
Was bedeutet dies für die Praxis?


Geringe Speichermasse
: Ich erwähnte am Anfang des Kapitels die Anlagendynamik. Diese zu berücksichtigen ist und wird heute immer wichtiger. Aufgrund reduzierter Heizlasten im Neubau und im sanierten Bestand steigt der prozentuale Anteil der internen Wärmegewinne (Wärmeabgabe durch Menschen, elektrische Geräte, Strahlungswärme durch die Sonne).
Dafür braucht man ein schnell reagierendes System mit wenig Speichermasse, damit die Wärmezufuhr bei Bedarf umgehend reduziert oder unterbunden wird. Das Thermostatventil, ob manuell oder elektronisch, reagiert sofort bei einem Anstieg der Raumtemperatur und drosselt den Massen- bzw. Wärmestrom. Die schon bereitgestellte Wärmemenge (im Heizkörper) ist aufgrund der geringen Masse (Wasserinhalt + Material des HK) relativ unbedeutend.

Wichtig ist hier in diesem Zusammenhang auch das Heizkörperleistungsdiagramm (Wärmealeistung - Volumenstrom), das zwei Kernaussagen zulässt: Der entscheidende Faktor ist nicht der (exakte) Volumenstrom. 300% Volumenstrom bringen +12% mehr an Wärmeleistung! Deshalb bringt es auch relativ wenig, die Heizungsumwälzpumpe immer auf MAX! zu stellen. Im Umkehrschluss ist ein zu geringer Massenstrom auch kein Beinbruch (er sollte aber trotzdem stimmen); mit 50% Massenstrom erreicht man immer noch 86% der Wärmeleistung.


Die gewünschte Wärmeleistung am Heizkörper erreicht man durch die Übertemperatur - also über die Anpassung der Heizkurve. Dies zu wissen ist wichtig. Den gerade in der Übergangszeit (Außentemperatur 5-12 Grad C) mit relativ niedrigen Vorlauftemperaturen nimmt der Anteil der Konvektion am Heizkörper deutlich ab. Daraus ergibt sich meine These:

  • 80% des möglichen Einsparpotentials erreichen Sie durch eine recht einfache Berechnung (raumweise Heizlast, Voreinstellung am Thermostventilgehäuse) und die Funktion des selbsttätgen Reglers (Thermostat). Die restlichen 20% ergeben sich aus der Einstellung der Regelung in Abhängigkeit von der Anlagendynamik und des individuellen Nutzungsprofils. Wichtig: Das Verhältnis 80/20 soll die Größenordnung aufzeigen und ist natürlich nicht absolut zu sehen.
Weitere Informationen: Die Fachbroschüre Wissenswertes über Niedrigenergieheizkörper gibt es => hier


B: Der hydraulische Abgleich in Kombination mit einer Flächenheizung

Hier muss man zunächst wieder zwischen einem Neubau und einem Bestandsgebäude unterscheiden.

  • Im Neubau: Eigentlich kein Problem. Mit der Festlegung der max. Vorlauftemperatur und der gewünschten Spreizung, der Rohrart, der max. Länge eines Heizregisters, dem Verlegeabstand und dem Bodenbelag (Stichwort: Wärmedurchlasswiderstand) ist die Auslegung der Fußbodenheizung mit Hilfe im Markt verfügbarer Berechnungsprogramme schnell vom Fachmann durchgeführt. Der hydraulische Abgleich erfolgt im gleichen Zuge durch das Berechnungsprogramm mit der Ermittlung der Voreinstellwerte am Heizkreisverteiler (z.B. Voreinstellwert oder Einstellung l/s). Dann muss nur noch die (vorgeschriebene) Einzelraumregelung installiert werden (siehe EnEV Paragr. 14)
  • Im Bestand: Das ist das Problem! Normalerweise müssten dem Bauherrn immer die Planungsunterlagen vorliegen. Denn eine Fußbodenheizung im Bestand war auch einmal vor 10, 20 oder 30 Jahren eine neue, geplante Wärmeübertragerfläche. Eigenartigerweise sind diese Planungsunterlagen nie verfügbar. Ich stelle in vielen Schulungen immer die gleiche Frage - und bekomme immer die gleiche Antwort: Haben wir nicht! Aber wie kommt man an die fehlenden Werte? Gute Frage .... Ich wäge hier klar zwischen Aufwand und Nutzen ab. Schätzen? Geht gar nicht. Thermografie oder auslitern? Viel zu aufwändig, teuer und in der Praxis aufgrund der Vielzahl der Anlagen garnicht umsetzbar. Ein Mittelweg scheint mir hier sinnvoll: Auf der Basis weniger Parameter (Heizlast, angenommene Spreizung, optionaler Korrekturfaktor Bodenbelag, spezifische Rohrlänge und Druckverlust) lassen sich die notwendigen Einstellwerte relativ einfach berechnen. Wer jetzt schon möchte: Hier die wesentlichen Links zu den Vorgaben (Berechnung im Bestand, Mein Regelwerk, Vorgehensweise und BVF-Leitfaden) die Sie benötigen.
Der wesentliche Nachteil ist somit die nicht bekannte oder aufwändiger zu ermittelnde Wärmeleistung der Fußbodenheizung im Bestand. Dies ist aktuell in der Praxis, gerade unter dem Aufwand / Kosten / Nutzenverhältnis DAS Problem, das es zu lösen gilt!

Wiederum ganz wichtig für die weitere Betrachtung bzw. Analyse
Was bedeutet dies wiederum für die Praxis?


Große Speichermasse = schlecht für eine dynamische Regelung, zumindest im Neubau. Denn was nutzt ein guter Raumthermostat, der auf Fremdwärme reagiert und schließt, wenn eine bestimmte Wärmemenge schon erzeugt wurde und im Estrich weder vor noch zurück kann  ? Hier zeigt sich das Zusammenspiel zwischen der Regelung und der Wärmeübertragerfläche.

Im Altbau / Bestand ist dieser Parameter (dynamische Regelung) weniger wichtig. Erstens wegen dem Verhältnis Heizlast zu den internen Wärmegewinnen und zweitens wegen dem Thema operative Temperatur = Wohnkomfort. Aufgrund der relativ niedrigen Wandtemperaturen im Altbau macht ja gerade eine dauerhaft warme Oberfläche einen Sinn (im Gegensatz zum Neubau, da haben die Wandoberflächen eine relativ hohe Temperatur). Eine raumweise Regelung ist aber auch hier sinnvoll, damit Räume, in denen gerade keine Wärme benötigt wird, einfach mit einer niedrigeren Raumtemperatur (z.B. 17 Grad, bitte immer temperieren) beheizt werden.

Wie geht man nun im Bestand vor?

Zunächst rechen, wie beschrieben. Und dann optimieren, sprich im Betrieb die Heizkurve für das persönliche Wohlfühlklima anpassen. Nur gibt es hier zwei Probleme:
  • Heizkurve nach oben verschieben = höhere Vorlauftempertur. Das bringt mehr Heizleistung, bringt aber im stationären Betrieb ein Problem mit sich: Es wird unangenehm, da die Oberflächentempertur zu hoch ist.
  • Heizkurve nach unten verschieben = niedrigere Vorlauftempertur. Sie reduzieren die Heizleistung, nehmen der Anlage aber die Dynamik, z.B. nach der Nachtabsenkung der zentralen Regelung.
Irgendwie gehen Sie als Anlagenbetrieber immer einen Kompromiss ein. Deshalb auch wieder hier an dieser Stelle meine These:
  • 50% des möglichen Einsparpotentials erreichen sie durch eine nicht ganz so einfache Berechnung (raumweisen Heizlast, Voreinstellung am Verteiler) und die Funktion der Stellantriebe. Die anderen 50% ergeben sich aus der Einstellung der Regelung in Abhängigkeit der Anlagendynamik und des individuellen Nutzungsprofils. Wichtig auch hier: Das Verhältnis 50/50 soll die Größenordnung aufzeigen und ist natürlich nicht absolut zu sehen.
Für die Spezialisten: Ob, wie bei Heizkörpern, eine Korrektur der Vorlauftemperatur bzw. Massenströme auf der Basis vorhandener Überdimensionierungsfaktoren je Raum Sinn macht (und auch welcher Basis?) sei dahingestellt. Ich denke nicht. Die vielen Unbekannten und der Praxisbetrieb sprechen nicht dafür. Die Alternative wären selbst lernende Systeme. Ob diese sowohl unter dem Aspekt einer weiteren Energieeinsparung UND dem Anspruch der Abblidung eines individuellen Nutzerprofils einen Vorteil haben sei dahingestellt. ich lasse mich gerne überzeugen!

Hier die erste Adresse zum Thema Fußbodenheizung:


C: Der hydraulische Abgleich in Kombination mit einer Kombination Heizkörper und Flächenheizung


Text folgt ...
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Block in Bearbeitung -  es folgen eigene Kapitel im Bereich Fachwissen

An dieser Stelle sind mir zwei Dinge wichtig: Das Thema operative Temperatur und das Verhältnis der Leistung der Heizflächen (egal ob Heizkörper oder Fußbodenheizung) zur raumweisen Heizlast (Wärmebedarf) im Vergleich zu ALLEN Räumen untereinander. Kein einfaches Thema, dass dem Fachmann aber durch den Begriff des Heizkörperüberdimensionierungsfaktor  bekannt ist. Es geht ja hier nicht um die Frage, ob der Heizkörper hübsch oder in die vorhandene Nische passt. Nein! Es geht um die Abstimmung der Komponenten im Heizungssystem durch den hydraulischen Abgleich.

Ich versuche beide Begrifflichkeiten so kurz wie möglich zu erklären

  • Die operative Temperatur: .....
  • Der Heizkörperüberdimensionierungsfaktor ...



 
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