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
Hydraulischer Abgleich (
oder Thermischer 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. |
"Ventilschutz"
Es gibt Hersteller, die "smarte" Heizkörperthermostate (z. B. Homematic IP Heizkörperthermostat) anbieten, die in ihren Unterlagen nicht nur versprechen, dass man bis zu 30 % Heizkosten sparen kann, sondern auch eine Werbeaussage "Ventilschutz -Funktion zum Schutz des Ventils vor Verkalkung" verspricht. Das zeigt mir, dass hier kein Techniker, sondern die Werbeabteilung gewonnen hat. Auch die Hersteller von Regelantrieben (z. B. Straub - Ego-Regelantrieb M30) schreiben vom Spülen des Ventils In festgelegten Abständen, bei dem das Thermostatventil einmal vollständig geöffnet und geschlossen wird, um den Strömungsbereich von möglichen Schmutzpartikeln zu reinigen.
Das, was sich ablagern kann, ist z. B. Magnetit und kein Kalk. In beiden Fällen sind aber die Ursachen, dass das Heizungswasser nicht stimmt und die Anlagen nicht gespült und gereinigt wurden. Die Ablagerungen führen zu Verengungen des Durchflusses, verändern im Laufe der Zeit den Abgleich und manchmal führen diese auch zum Festsetzen des Ventileinsatzes. Die Funktionen schützen nicht das Ventil, sondern sie beseitigt evtl. nur die Folgen einer falsch betriebenen Anlage.
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.
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 (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 (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 "
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. Damit erhält man eine ausreichende
Regelgüte, die für einen wirtschaftlichen Betrieb wichtig sein soll. Über die Sinnhaftigkeit der Ventilautorität bei Heizkörpern und anderen
Heizflächen wird gestritten. Aber
wichtig ist die
Autorität bei
Regelarmaturen (z. B. 3-Wege-Ventile).
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.
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
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 (Heizkörpernische, 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 mehr angebeben, sondern (Richt)Zahlen (1 bis 5), Teilstriche und ein Schneektristall* aufgedruckt. Die dann notwendige Einstellung muss sich der Betreiber merken oder die Skala muss nachjustiert werden, da die gemessene Temperatur von dem Ort der Temperaturerfassung (Messstelle) abhängig ist. Die Einstellungen entsprechen in der Regel nicht der gewünschten Raumtempratur. So kann z. B. die Temperatur in der Heizkörpernische oder im Fußbodenbereich (Heizkörper mit Mittelanschluss oder Fernfühler auf der Fußleiste unter dem Heizkörper) um einige Grad Gelsius von der gewünschten Raumtemperatur abweichen.
* Der Schneekristall kennzeichnet die Frostschutzeinstellung (ca. 5 bis 7 °C). Die Ziffer 1 entspricht einer Umgebungungstemperatur am Thermostatkopf oder Fernfühler von ca 12 °C. Zwischen den Ziffern befinden sich je 3 Teilstriche, die jeweils ein Grad höher bedeuten. So ergeben sich also bei 2 (16 °C), 3 (20 °C), 4 (24 °C) und 5 (28 °C).
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.
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.
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.
Bei einer älteren Etagenheizung mit einer Gastherme sorgt ein spezielles Überströmventil oder ein 3-Wege-Ventil mit eingebauter Bypass-Steuerung am letzen Heizkörper dafür, dass an den Heizkörpern im Heizkreis immer sofort warmes Wasser ankommt und der Mindestvolumenstrom gewährleistet ist.
Dieser Fall tritt auf, wenn im angeschlossenen Heizkreis keine oder nur wenig Heizleistung gebraucht wird. Dies kann vorkommen, wenn die Ventile aufgrund von Fremdwärme (Sonneneinstrahlung, interne Wärmequellen [elektrische Geräte, Kaminofen, viele Personen], zu hohe Vorlauftemperatur) schließen oder von Hand abgestellt werden. Daneben mindert das Überströmventil oder 3-Wege-Ventil die oft lästigen Drossel- bzw. Stömungsgeräusche und Heizungsgeräusche von Thermostatventilen und Rohrleitungen. Außerdem werden mögliche Dampfblasenbildungen und damit Kavitationsschäden am Pumpenlaufrad verhindert.
Heutzutage sollten Überströmventile der Vergangenheit angehören oder wenigstens richtig eingesetzt werden.