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OldBo
01.12.2018
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 Fremdwärme (Sonneneinstrahlung, interne Wärmequellen [elektrische Geräte, Kaminofen, viele Personen]) schließen und so energiesparend wirken.
Ventil mit Fühlerelement (Flüssigkeit)
 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.

Vor dem Einbau eines Regelventils in die Rohrleitung muss die Anlage fachgerecht gespült und wenn erforderlich, gereinigt werden. Außerdem ist für das Heizungswasser mindestens die VDI Richtlinie 2035 zu beachten.

Es gibt auch Thermostatventile mit Tauchfühler, die von 40 bis 70 °C regeln. Diese Ventile werden/wurden für die Regelung ines Trinkwasserwärmers eingesetzt wird/wurde.

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 kV-Wert wird der Durchfluss von Wasser in m3/h, in einem Temperaturbereich von 5 °C bis 30 °C bei einem Druckverlust von 1 bar (100.000 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 (XP) 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 "α" des Druckverlustes im Ventil zum Gesamtdruckverlust in der Anlage an.
Anteil des Regelventiles am Gesamtdruckverlust
0,..
Die Praxis hat gezeigt, dass die Autoritäten "α" 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 sollten heutzutage der Vergangenheit angehören oder wenigstens richtig eingesetzt werden.
Voreinstellung - Thermostatventil
Diagramm zur Ermittlung der Voreinstellung
 Diagramm zur Ermittlung der Voreinstellung
Quelle: Oventrop GmbH & Co. KG
Volumenstrombegrenzung - Voreinstellung
 Volumenstrombegrenzung - Voreinstellung
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 (ΔpHK 5.974 Pa) auf den Gesamtdruckverlust (Δpung.HK 7.720 Pa) der Anlage abgeglichen werden. Die Druckdifferenz (ΔpAbgl 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
Thermostatköpfe
Verschiedene Thermostatköpfe
 Verschiedene Thermostatköpfe
Quelle: Oventrop GmbH & Co. KG
Thermostatköpfe mit Fernfühler
 Thermostatköpfe mit Fernfühler
Quelle: Oventrop GmbH & Co. KG
Quelle: Bosy
Thermostatkopf-K zur Speicherregelung 40 - 70 °C
 Thermostatkopf-K zur Speicherregelung 40 - 70 °C
Quelle: TA Heimeier
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 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 (Kapillarrohrfühler) 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.





Es gibt auch Thermostatventile mit Tauchfühler, die von 40 bis 70 °C regeln. Diese Ventile werden/wurden für die Regelung eines Trinkwasserwärmers eingesetzt.




Eine andere Art der Temperatureinstellung bzw. -regelung ist der Einsatz von Stellantrieben auf den Ventilen, die über Raumthermostate geschaltet werden.
Behördenventil
Thermostat "Uni LHB" ("Behördenmodell")
 Thermostat "Uni LHB" ("Behördenmodell")
Quelle: Oventrop GmbH & Co. KG
Damit in öffentlichen Gebäuden und anderen frei zugänglichen Räumen (z. B. Vereinsräume) die am Thermostatventil eingestellten Raumtemperaturen nicht verändert werden können, bieten die Ventilhersteller sogenannte Behördenmodelle bzw. Behördenventile an. Die Thermostatköpfe auf diesen Ventilen haben eine verdeckt angeordnete Sollwerteinstellung, die nur mit einem Spezialwerkzeug verändert werden kann. Außerdem haben sie eine integrierte Diebstahlsicherung und eine erhöhte Biegefestigkeit (Belastung bis 100 kg). Dadurch sind sie vandalensicher.

Auch für Raumthermostaten gibt es Behördenmodelle.
Heizkörperanlagen
Dreiwege Ventilunterteil mit eingebauter Bypass-Steuerung
 Dreiwege Ventilunterteil mit eingebauter Bypass-Steuerung
Quelle: IMI Hydronic Engineering - Heimeier

Besonders in Heizkörperanlagen, die mit einer zu hoch eingestellten Heizkurve und starken Pumpen betrieben werden, 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. Dadurch werden Stömungsgeräusche vermieden, wenn das Heizungswasser zur Fremdwärme wird und viele Thermostatventile schließen.
Überströmventile sollten heutzutage der Vergangenheit angehören oder wenigstens richtig eingesetzt werden.
In älteren Heizkörperanlagen und hier besonders in alten Etagenheizungungen mit Gasthermen wurden Dreiwegeventile mit eingebauter Bypass-Steuerung am letzten Heizkörper eingesetzt.

Quellen
Oventrop GmbH & Co. KG -- IMI Hydronic Engineering - Heimeier
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Sanchez1970 schrieb: Hallo zusammen, habe eine Verständnissfrage zum Verlegeabstand. zum einen wird ja immer verlangt, dass man eine Heizlastberechnung macht. Wenn man nun die FBH mit dem Noppensystem wählt,...
lowenergy schrieb: @pieter.boers. Pellets haben einen Heizwert von circa 4,8 kWh pro Kilogramm. Daraus abgeleitet sind 5300 kg x 4,8 kWh/kg = 25.440 kWh thermische Energie Für die Pelletheizung einen Wirkungsgrad...
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