Verschiedene Anwendungen von Einzelraumregelungen
Wichtige Voraussetzungen für den sinnvollen
Einsatz einer
Einzelraumregelung (
ERR) sind, neben der
Vorschrift, diese nach der
EnEV einbauen zu müssen, eine
fachgerechte Auslegung der
Heizflächen nach der
Raumheizlastberechnung nach
DIN EN 12831, eine nach den Werten einer
Rohrnetzberechnung abgeglichene Anlage (
hydraulischer Abgleich) und eine dem
Gebäude (Bauart,
Dämmung,
Luftdichte) und der
Anlage (Art der
Heizflächen [
Radiatoren- oder
Plattenheizkörper,
Konvektoren, Flächenheizung]) angepasste
Heizkurve der
Heizungsregelungen. Die
Temperatur des
Heizungswassers sollte keine der
Störgrößen (
Fremdwärme -
Sonneneinstrahlung, interne
Wärmequellen [elektrische Geräte,
Kaminofen, viele Personen]) sein. Eine
verminderte Wärmeabgabe (Absenkbetrieb) an den
Heizflächen sollte in
erster Linie über die
Systemtemperatur und
nicht über das
Abwürgen des
Volumenstromes an den
Heizflächen sein.
Es wird aber wohl noch etwas Zeit ins Land gehen, bis auch der letzte Fachmann und die Betreiber der Anlagen dieses verinnerlichen.
Es kommen immer mehr
zeitgesteuerte Ventilaufsätze und
Raumthermostaten zum Einsatz, um einzelne Räume
abzusenken oder ganz
abzuschalten. Besonders in
Mehrfamilienhäusern kann es zu
Problemen mit der
Umlaufwassermenge kommen. Wenn in diesen Anlagen keine
selbstregegelnde Pumpen eingesetzt werden, kann es zu
Geräuschen im Rohrsystem und/oder an den Heizkörperventilen kommen. Außerdem würde sich der Volumenstrom an den noch offenen Ventilen erhöhen, was wiederum im geringen Umfang vermehrt zur Störgröße werden kann, also zum weiteren
Abwürgen der nächsten Heizkörper.
Inwieweit eine
Einzelraumregelung in
sehr gut gedämmten und
luftdichten Gebäuden, die mit einer
Flächenheizung (Fußboden- und/oder
Wandheizung) ausgestattet sind und in denen der
Selbstregeleffekt greift, sinnvoll ist, wird immer wieder diskutiert
>>> Einzelraumregelung - ERR - Ja oder Nein? Zentralgerät - Heizungsregler
Bauteile einer Vorlauftemperaturregelung
Frei programmierbare
Universalregelung - UVR 1611 Quelle: Technische Alternative
Elektronische Steuerungsgerätegesellschaft m.b.H
Das
Zentralgerät (
Heizungsregler) ist das
Herz einer
Heizungs-,
RLT- und
Solaranlage. Die einfachste Funktion in einer
außentemperaturgeführten Vorlauftemperaturregelung ist das
Verarbeiten der
Eingangsimpulse, die von einem
Außentemperaturfühler (
AF) und dem
Vorlauftemperaturfühler (
VF) kommen. Der
Sollwert für den
Regler wird von der Außentemperatur (
Führungsgröße) vorgegeben und durch die
Heizkurve (Heizkennlinie) dargestellt. Über den
Regler wird ein
Stellglied (
Mischventil) angesteuert. Dieses versucht, die
Vorlauftemperatur (VF -
Regelgröße), die aufgrund der Außentemperatur (AF) errechnetet wurde, herzustellen. Eine
Erweiterung zur besseren
Regelung in gut gedämmten und luftdichten Gebäuden ist der Einsatz von
Sonnenfühler (
SF) und
Windfühler (
WF).
Moderne Regelgeräte bieten umfangreiche Optionen zur Einstellung verschiedener Anlagenfunktionen. Eine kompakte und vielseitig verwendbare
Regelung für Solar- bzw. Heizungsanlagen und den im Anlagenbereich benötigten
Pumpen und Ventilen ist heutzutage
Stand der Technik.
Bei der
Universalregelung UVR 1611 gelangen
16 Fühlersignale über einen Überspannungsschutz, Tiefpass und Multiplexer zum A/D- Wandler des Prozessors. Über eine abstimmbare Referenz kann die Wertigkeit des Messsignals errechnet werden. Außerdem werden vom Rechner periodisch alle Bedienelemente abgetastet, die Anzeige beschrieben, sowie der CAN- Bus behandelt. Nach der Berechnung der
Temperaturen und der daraus resultierenden Verknüpfung werden über Leistungstreiber die entsprechenden Ausgänge geschaltet. Als Schutz vor einem Datenverlust besitzt das Gerät einen nicht flüchtigen Speicher (EEPROM) und für die Gangreserve der Uhr einen Superkondensator (für ca. 3 Tage).
Thermostatventil
Ventil mit Fühlerelement (Flüssigkeit) Quelle: Oventrop GmbH & Co. KG
Mit dem
Thermostatventil ist ein
einfaches Einzelraumregelsystem zu erstellen. Sie erlauben die
Einstellung einer
tieferen Raumtemperatur als die durch die
Heizkurve (Heizkennlinie) festgelegte (Schlafzimmer, nicht genutzte Räume) und erfüllen die Vorgabe der
EnEV, indem sie bei
Fremdwärne (
Sonneneinstrahlung, interne
Wärmequellen [elektrische Geräte,
Kaminofen, viele Personen]) schließen und so energiesparend wirken. Eine Überhitzung der Räume kann durch die Ventile nicht verhindert werden, denn sie können nicht "kühlen".
Die
thermostatischen Heizkörperregler sind
P-Regler mit einer relativ grossen bleibenden
Regeldifferenz. Bei dem Einsatz einer
außentemperatur- oder witterungsgeführten Vorlauftemperaturregelung müssen die thermostatischen Heizkörperregler nur noch die Feinregelung im Raum übernehmen. Dadurch macht sich die bleibende Regeldifferenz nur noch beim Auftreten von
Störgrössen (
Fremdwärme) bemerkbar. Dabei darf die
Systemtemperatur nicht als Störgröße wirken und der Volumenstrom muss der
Raumheizlast angepasst werden. So etwas nennt man auch
hydraulischen Abgleich.
Die
Folge des
fehlenden Abgleichs ist, dass die Heizkreise (Heizkörper) mit höheren Widerständen nicht warm werden. Die
falsche "logische" Folgerung wäre, den
Pumpendruck zu erhöhen (höhere Schaltstufe, größere
Pumpe). Dies bedeutet aber einen höheren Stromverbrauch, evtl. extreme Fließgeräusche, Einbau eines
Überströmventils (
Energievernichtung) und
Lufteinsaugung (
Verschiebung des Nullpunktes).
Dadurch werden die Probleme noch größer.
Der
Flüssigkeitsfühler im
Thermostatkopf reagiert auf die Abweichungen vom eingestelltem Sollwert der Raumtemperatur. Bei
steigender Raumtemperatur dehnt sich die Flüssigkeit im Flüssigkeits-Fühlerelement aus und drückt den Faltenbalg zusammen. Hierdurch wird das Ventil stetig geschlossen und die
Wärmeabgabe des Heizkörpers durch weniger Volumemstrom reduziert. Die Entlastungssicherung mit ihrer Feder sorgt bei dem geschlossenen Ventil dafür, dass Kräfte, die durch weitere Ausdehnung des Faltenbalgs entstehen, kompensiert werden und nicht auf den Ventilstössel weitergeleitet werden. Bei
sinkender Raumtemperatur dehnt sich der Faltenbalg wieder aus und das Ventil öffnet durch die interne Feder im Ventileinsatz.
So entsteht eine stufenlose Betätigung des Heizkörperventils mit einer feinen Regelung des Heizmittevolumenstromes zum Heizkörper. Bei einem richtig durchgeführten hydraulischem Abgleich und der passenden Heizkurve wird der Sinn dieser Einrichtung erfüllt,. Dieser ist hauptsächlich, bei Fremdwärme (Sonneneinstrahlung, interne Wärmequellen [elektrische Geräte, Kaminofen, viele Personen]) zu schließen.
Die Raumlufttemperaturen sollten möglichst in der Mitte des Raumes in Sitzhöhe gemessen werden. (Eine normgerechte Raumlufttemperaturmessung sollte in der Mitte des Raumes in 1 m Höhe mit einem wärmestrahlungsgeschützem Thermometer mit einer Messabweichung von max. 0,5 °C erfolgen).
Vor dem Einbau eines Regelventils in die Rohrleitung muss die Anlage fachgerecht gespült und wenn erforderlich, gereinigt werden.
Auslegung - Thermostatventil
Um ein befriedigendes
Regelverhalten des
Regelventils zu erhalten, muss es einen genügend großen
Eigenwiderstand gegenüber dem Druckverlust im System haben. Bei der
Auslegung von
Regel- oder
Thermostatventilen innerhalb der
Rohrnetzberechnung müssen folgende Begriffe bekannt sein:
- Proportionalbereich
- kV-Wert
- Ventilautorität
- Δpmax maximaler Differenzdruck
Proportionalbereich Das
thermostatisch geregeltes Heizkörperventil ist ein
Proportionalregler (P-
Regler), bei dem der eingestellte Wert am Thermostatkopf ein entsprechender
Hub zugeordnet ist. Wenn sich
Raumlufttemperatur ändert, dann kommt es zu einer
proportionalen Änderung des
Ventilhubes. Der
Fühler vergleicht die vorhandene Raumtemperatur mit dem eingestellten
Sollwert und stellt über die Ventilspindel den Ventilhub den Volumenstrom zum Heizkörper ein. Wenn also die Raumlufttemperatur absinkt, öffnet das Ventil bzw. es schließt bei steigender Raumtemperatur. Dadurch wird die Raumlufttemperatur innerhalb des
Proportionalbandes konstant gehalten. Bei einer
Warmwasserheizung kommen Ventile mit einem
Proportionalbereich (P-Band) von
2 K zum Einsatz. Bei einem
P-Band von
1 K und kleiner kommt das Ventil ins "Schwingen", es arbeitet unstabil.
Der
Proportionalbereich (Regelbereich) ist die
Temperaturänderung, die benötig wird, um das Ventil so weit zu öffnen, dass der
dimensionierte Volumenstrom erreicht wird.
kV-Wert
Der
kV-Wert und der
kVS-Wert kennzeichnet den Durchfluss eines Ventils. Bei dem k
V-Wert wird der
Durchfluss von
Wasser in
m3/h, in einem
Temperaturbereich von 5 °C bis 30 °C bei einem
Druckverlust von
1 bar (10.000 Pa) und einem entsprechenden Hub angegeben.
| Beziehung zwischen kV-Wert und Druckdifferenz | | m3/h | aus dem kV-Wert errechnet sich der Druckverlust |  | Pa |
Der Zusammenhang des
Proportionalbereichs (X
P) in Abhängigkeit vom
kV-Wert kann in einem
Ventil-Diagramm nachvollzogen werden.
Der
kVS-Wert gibt den
Durchfluss von
Wasser in
m3/h bei
voll geöffnetem Ventil (
maximaler Hub und
Durchsatz) an.
Ventilautorität
Die
Ventilautorität gibt das
Verhältnis "
a" des
Druckverlustes im
Ventil zum
Gesamtdruckverlust in der
Anlage an.
| Anteil des Regelventiles am Gesamtdruckverlust | | 0,.. |
Die Praxis hat gezeigt, dass die
Autoritäten "
a" bei
Thermostatventilen in
Warmwasserheizungsanlagen von mindestens
0,3 bis
0,7 sein sollten. Man kann auch sagen, dass das Ventil einen Druckverlust von 30 bis 70 % vom Gesamtdruckverlust haben sollte.
Δpmax maximaler Differenzdruck Der
maximale Differenzdruck (Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang des Regelventils) wird von den Ventilherstellern angegeben und sollte nicht überschritten werden, damit die Schließ- und exakte Regelfähigkeit gewährleistet bleibt. Außerdem führt eine
zu hohe Druckdifferenz dazu, dass durch die Drosselung an der engsten Stelle im Ventil mechanische
Energie in
Schallenergie umgewandelt wird und damit zu lästigen
Geräuschen und
Erosionskorrrosion führen.
Eine
zu hohe Druckdifferenz entsteht auch, wenn viele der
Thermostatventile in einem
Gebäude schließen. Der Grund kann in
Fremdwärme (
Sonneneinstrahlung, interne
Wärmequellen [elektrische Geräte,
Kaminofen, viele Personen]), fehlender
hydraulischer Abgleich und/oder in einer
zu hohe Heizkurve gegeben sein. Bei einer
Umwälzpumpe mit
konstanter Fördermenge bzw.
Förderhöhe erhöht sich der Durchfluss an den noch offenen Ventilen, was nicht nur zu
Geräuschen, sondern auch zum Schließen weiterer Ventile führen kann.
In solchen Anlagen, hier vor allen Dingen
Heizkörperanlagen, sollten grundsätzlich
differenzdruckgeregelte bzw.
selbstregendelde Pumpen, die auch weniger Strom verbrauchen, eingesetzt werden. Bei dieser
Pumpentechnik
ändert sich die
Pumpenkennlinie über die Verstellung der Drehzahl.
Überströmventile (Ernergievernichter) sollten heutzutage der
Vergangenheit angehören.
Voreinstellung - Thermostatventil
Diagramm zur Ermittlung der Voreinstellung Quelle: Oventrop GmbH & Co. KG
Volumenstrombegrenzung - Voreinstellung
Voreinstellung eines Handventils Quelle: TA Heimeier
Im Rahmen einer
Rohrnetzberechnung werden die
Einstellwerte der
Thermostatventile, die für den
hydraulischen Abgleich benötigt werden, ermittelt. Dabei errechnet sich der notwendige
Pumpendruck aus den Druckverlusten des
ungünstigsten Stromkreises (der Kreis hat den größten Druckverlust). Alle anderen Stromkreise (Heizkörper) haben kleinere Druckverluste und müssen durch eine
Voreinstellung im Ventil (voreinstellbare
Thermostatventile,
Strangregulierventile) auf den jeweils geforderten Volumenstrom gedrosselt werden.
Ein falsches Ventil, eine
falsche Einstellung oder ein
nicht durchgeführter Abgleich führt zu mangelhaft funktionierenden
Heizflächen, da die
Heizflächen mit höheren Widerständen nicht warm und
Heizflächen mit geringen Widerständen überversorgt werden. Auch ein höherer
Pumpendruck kann diesen Fehler nicht beseitigen und führt nur zu einen steigenden Stromverbrauch und Fließgeräuschen.
So muss z. B. ein
Heizkörper mit einem
geringeren Druckverlust (Δp
HK 5.974 Pa) auf den
Gesamtdruckverlust (Δp
ung.HK 7.720 Pa) der Anlage
abgeglichen werden. Die
Druckdifferenz (Δp
Abgl 1.746 Pa) wird über die
Voreinstellung abgedrosselt.
Der
Heizkörpermassenstrom bei einem
Δt von 20 °C beträgt
11 kg/h. Die Auswahl des Heizkörperventils erfolgt mittels der Herstellerunterlage (in diesem Beispiel Oventrop, Baureihe AV 6). Aus dem
Diagramm ist die
Voreinstellung bei einer
Regeldifferenz von
2 K mit dem
Voreinstellwert 2 zu nehmen. Der
kV-Wert ist 0,170.
Quelle: Uponor GmbH
Auch
Handventile haben eine
Voreinstellung.
Raumthermostat - Raumregler
Regelung mit Funksteuerung
Quelle: Möhlenhoff Wärmetechnik GmbH
Die elektrischen oder thermostatischen
Stellantriebe an den
Heizkörperventilen oder an
Fußbodenheizungsverteilern werden von einem
digitalen Raumtemperatur-Regelgerät geregelt/gesteuert. Dadurch kann eine
Raum- oder
Zonen-Temperaturregelung mit
zeitprogrammgesteuerter Umschaltung von
Normal- auf
Absenkbetrieb realisiert werden. Sie werden von
Raumthermostaten über ein
Stromkabel oder über eine
Funksteuerung geschaltet. Neben einem
Wochenheizprogramm sind noch weitere
Zusatzfunktionen integriert.
• PI(D)-
Regelung ohne bleibende Abweichung
• Anzeigefeld (Display) mit Zahlenwerten für den aktuellen
Temperatur-Sollwert, Balkendiagramm für das aktuelle 24 Stunden.-Heizprogramm und Symbolen für Normal- und Absenkbetrieb
• Manuelles Verändern des aktuellen
Temperatur-Sollwertes
• Manuelles Umschalten zwischen Normal- und Absenkbetrieb
• Dauernd Normal- oder Absenkbetrieb
•
Frostschutz
• Vorübergehendes Schliessen des Ventils bei plötzlichem
Temperaturabfall, infolge geöffnetem
Fenster (
Fensterfunktion)
•
Pumpen-Antiblockierprogramm während längeren Betriebsunterbrüchen
• Handbetätigung des Ventils, z.B. durch Servicepersonal
Thermostatköpfe
Verschiedene Thermostatköpfe Quelle: Oventrop GmbH & Co. KG
Aufgrund verschiedener
Einbauvarianten der
Heizkörper gibt es verschiedene
Thermostatköpfe. Wichtig ist in jedem Fall, dass das
Fühlerelement die "wirkliche"
Raumtemperatur erfassen kann. Nur mit einer richtigen Raumtemperatur ist das "
Richtige Heizen" möglich. Welcher Thermostatkopf verwendet wird, hängt von folgenden Faktoren ab.
- von der Länge und Breite des Raumes
- von der Anordnungsstelle (unter dem Fenster, an der Außen- oder Innenwand)
- von der Art des Heizkörpers (z. B. Unterflurkonvektor)
- von den Heizkörperanschlüssen (einfacher oder Mittelanschluss, Ventilheizkörper)
- von evtl. Abdeckungen (Vorhänge, Verkleidungen)
Da es immer wieder
Probleme mit der
Übereinstimmung der
eingestellten Temperatur und der
wirklichen Raumtemperatur gab, sind heutzutage sind auf den
Thermostatköpfen keine
Temperaturangaben, sondern (Richt)
Zahlen (1 bis 5) aufgedruckt. Die dann notwendige Einstellung muss sich der Betreiber merken oder die Skala muss nachjustiert werden. Die
gemessene Temperatur ist von dem
Ort der
Temperaturerfassung (Messstelle) abhängig ist. So z. B. kann die
Temperatur im
Fußbodenbereich (Heizkörper mit Mittelanschluss, Fernfühler auf der Fußleiste unter dem Heizkörper) um einige Grad von der gewünschten Raumtemperatur abweichen.
Fernfühler werden immer dann eingebaut, wenn die Messstelle die Raumtemperatur nicht richtig erfassen kann. So kann z. B. einfallende Kaltluft unter den Fenstern, starke Wärmeabstrahlung des Heizkörpers oder durch Vorhänge verdeckte Thermostatköpfe eine falsche und ungleichmäßige (Raum)Temperatur messen. Aber auch bei längeren Heizkörpern wird der Fühler unter dem Heizkörper an der Fußleiste angebracht, wo er die konvenktierende Raumluft erfasst.
Fernversteller werden bei verkleideten Heizkörpern und
Konvektoren in die
Verkeidung bzw.
Konvektorschürze eingebaut.
Unterflurkonvektoren benötigen auch Fernversteller, weil eine Verstellung der
Temperatur im Konvektorschacht schwierig ist
Besonders komfortabel sind
elektronische Thermostatköpfe, bei denen aber auch die Raumtemperatur genau gemessen werden muss, damit sie (billig eingekauf) nicht zum Flop werden. Außerdem sollten hier immer
selbstregelnde Pumpen oder
Differenzdruckregler bzw.
Überströmventile eingebaut werden. In allen Fallen muss die
Herstelleranweisung beachtet werden.
Eine andere Art der
Temperatureinstellung bzw. -regelung ist der Einsatz von
Stellantrieben auf den Ventilen, die über
Raumthermostate geschaltet werden
Heizungssteuerung per iPhone
Quelle: ELV Elektronik AG
App für iPhone Quelle: ELV Elektronik AG
MAX!-Cube, Funk-Heizkörper-Thermostat, Fensterkontakte, Eco-Taster Quelle: ELV Elektronik AG
Zunehmend wird eine (Fern-)
Steuerung der
Heizungsanlage per
Netzwerk,
Internet oder über
App's vom
Handy (iPhone bzw. Tablet) angestrebt. Sinnvoll sind diese Einrichtungen z. B. für
Ferienhäuser bzw.
Ferienappartments oder wenn man
unregelmäßig nach Hause kommt. Aber auch technikbegeisterte Betreiber sind auf der Suche nach geeigneten Lösungen.
Eine kostengünstige Möglichkeit ist das MAX!-System. Es besteht aus folgenden Komponenten
- Steuerung über App oder PC-Internet Router
- MAX! Cube – Schnittstelle ins Netz
- MAX!-Funk-Heizkörper-Thermostat, Fensterkontakte, Eco-Taster, Wandthermostat
Das
MAX! Cube ist die
Schnittstelle in das
Netz. Er bildet die Schnittstelle zwischen den per bidirektionalem Funk verbundenen weiteren Komponenten und dem Computer-Netzwerk im Haus. Hier werden alle Konfigurationsdaten gespeichert und arbeite so auch ohne
Internet oder PC-Anschluss. Er enthält einige System-Statusanzeigen und gibt Statusmeldungen der Komponenten in das Netzwerk weiter. Diese können dann auf dem jeweiligen Frontend (PC/mobiles Gerät) ausgewertet werden. Der MAX! Cube enthält einen intelligenten Webserver, der bei Netzwerk-einbindung eine automatische Konfiguration vornimmt.
Der
MAX!-Funk-Heizkörper-Thermostat ist werkseitig voreinstellt. Über drei Tasten ist jederzeit eine manuelle Bedienung möglich. Wobei bei dem nächsten programmierten Umschaltzeitpunkt der Automatikbetrieb weiterarbeitet. Eine sogenannte Boost-Funktion sorgt für schnelles Aufheizen, so dass der Raum kurz ab dem programmierten Zeitpunkt aufgeheizt wird. Lernt man einen
Fensterkontakt am Thermostaten an, so sorgt dieser für Absenkbetrieb exakt für die Zeit, in der das
Fenster zum Lüften geöffnet ist. Per Funk via MAX! Cube und Software-Frontend ist der Thermostat mit einem 7-Tage-Schaltprogramm mit 13
Regelungsphasen je Tag programmierbar.
Der
MAX!-Fensterkontakt steuert alle im Raum befindlichen Thermostate gleichzeitig an, wenn er ein
Fensteröffnen registriert. Ein solcher Kontakt gehört also an jedes
Fenster bzw. an das
Fenster, das üblicherweise zum Lüften verwendet wird.
Der
MAX! Eco-Taster kann bei dem Verlassen des Hauses bzw. Wohnung/Firma gedrückt werden und alle Thermostate im Haus fahren auf
Absenkbetrieb. Es muss also nicht bei einem außerplanmäßigen Absenken die
Regelung neu eingestellt werden.