Bei der Einrohrheizung werden die einzelnen Heizkörper über eine Ringleitung miteinander verbunden. Ringleitungen, welche sich lediglich auf eine Wohneinheit oder auf ein Geschoss beschränken, werden als waagerechte Einrohrheizungen bezeichnet.
Hierbei können maximal bis zu 7 Heizkörper oder ca. 10 kW Heizleistung an eine Ringleitung angeschlossen werden. Sollte für eine Wohneinheit eine größere Heizleistung erforderlich sein, ist eine Unterteilung auf mehrere Ringleitungen erforderlich. In Altbauten und in den Plattenbauten der neuen Bundesländer findet man oft noch Ringleitungen über mehrere Geschosse, die als senkrechte Einrohrheizungen bezeichnet werden.
Der Anschluss der Heizkörper an die Ringleitung erfolgt mit Spezialarmaturen für Einrohrheizungen, welche einen bestimmten Prozentsatz des Heizungswassers dem Heizkörper zuführen (ca. 30 %) und den verbleibenden Volumenstrom an dem Heizkörper vorbeiführen. Durch die Vermischung des Heizungswassers aus dem Bypass mit dem abgekühlten Heizkörperwasser wird die Temperatur des Heizungswassers in der Ringleitung in Strömungsrichtung immer geringer.
Da die Wärmeleistung von Heizkörpern sich ungefähr proportional zur Vorlauftemperatur verhält, ergeben sich in Strömungsrichtung gesehen höhere erforderliche Wärmeleistungen der Heizkörper.
Oder anders gesagt, die ersten Heizkörper im Ring sind kleiner und die letzen Heizkörper werden größer im Verhältnis zur vorgeshenen Systemtemperatur. Deswegen sollten die Heizkörper in Räumen mit großen Wärmebedarf (z. B. Wohnzimmer) immer am Anfang eines Kreises angeordnet werden.
Deswegen reagieren Einrohrsysteme empfindlich auf das Abstellen einzelner Heizkörper (Räume) im Kreis, weil dann die nächsten Heizkörper nicht mehr die berechnete Mischtemperatur bekommen, sondern eine höhere Temperatur. Das führt zu einer Überheizung dieser Räume bzw. zum Abstellen der Thermostatventile, weil die höhere Temperatur als "Fremdwärme" angesehen wird. Letztendlich ist die Temperatur hinter dem letzten Heizkörper im Kreis erheblich höher als gewünscht, was z. B. bei einer Brennwertanlage nicht sein sollte.
Das waagrechte System ist anpassungsfähig an den Baukörper und erlaubt den Einsatz individueller Wärmemengenzähler. Die senkrechten Hauptstränge werden z.B. im Leitungsschacht der Sanitärräume verlegt. Die daran angeschlossenen Ringleitungen werden im Unterlagsboden oder unter Fussleistenabdeckungen geführt.
Der Anschluss der Heizkörper kann z.B. mit einem Saugfitting im Heizkörperrücklauf oder mit Lanzen-, Steigrohr- und Dreiwegeventilen realisiert werden. Der Anteil des Heizwassers, der über den Heizkörper abgezweigt wird, richtet sich nach den Angaben des jeweiligen Ventilherstellers und liegt üblicherweise zwischen 35 bis 50 Prozent.
Ein Problem kann die sogenannte Mikrozirkulation (Eigenzirkulation) sein. Dabei gelangt über das strömende Heizungswasser über den Rücklaufanschluss in den Heizkörper, der daraufhin trotz geschlossenem Thermostatventil geringfügig Wärme abgibt. Die Ursache ist ein thermischer Auftrieb, der durch den Dichteunterschied zwischen dem kühlen Wasser im Heizkörper und dem wärmeren Verteilwasser entsteht. Bei Zweirohrheizungen ist dieser Effekt aufgrund der separaten Rücklaufführung und einem entsprechend niedrigem Rücklauftemperaturniveau vernachlässigbar gering.
Flamco bietet maßgeschneidertes Sanierungssystem der Marke Rossweiner für die Umrüstung von senkrechten Einrohrheizungsanlagen im kommunalen Wohnungsbau und für Forsteretagenheizungen, geeignet für den Einsatz von neuen Heizkörpern sowohl für die Nachrüstung an alten Heizflächen. Durch den Einsatz von Wärmestoppbögen und Tüllenverschraubungen mit Spirale wird eine Reduzierung der systembedingten Erwärmung der Heizflächen und somit eine Senkung der Heizkosten erreicht. Das Sortiment beinhaltet vorgefertigte Kurzschlussstrecken, d.h. Bypass-T-Stück, Wärmestopp und Bypassrohr sind eine fest verbundene Einheit, metallisch- bzw. flachdichtend sowie Thermostatventil-Unterteile für senkrechte Einrohrheizung mit Voreinstellung (weiße Bauschutzkappe) oder ohne Voreinstellung (schwarze Bauschutzkappe). Voreinstellung wahlweise über das Ventil oder den Wärmestoppbogen (ist absperr- und entleerbar). Verwendung von Thermostatköpfen mit Anschluss M 33 x 2.
Einige Hersteller haben auch Ventile mit integrierter Schwerkraftbremse.
Die Temperatur für den Betrieb von Brennwertkesseln eine unterhalb der Abgas-Taupunkttemperatur (Erdgas: ca. 55 °C, Heizöl: ca. 47 °C) liegende Rücklauftemperatur ist auch ein Problem. Die Absperrung von Heizkörpern wirkt sich in der Einrohrheizung mit einer Temperaturerhöhung im Heizwasserverteilsystem aus. Auch wenn die Systemtemperaturen auf eine Brennwertnutzung ausgerichtet sind, kann in Einrohrheizungen eine Rücklauftemperaturerhöhung über die Abgas-Taupunkttemperatur nicht in allen Betriebszuständen ausgeschlossen werden.
Für Brennwertanlagen sind Einrohrheizungen deshalb weniger geeignet.
Merkmale einer Einrohrheizung:
- Reihenschaltung der Heizkörper
- Verkleinerung der Heizflächen am Stranganfang
- Vergrößerung der Heizflächen am Strangende
- Einstellung des Teilvolumenstroms am Heizkörper
- Sonder-Heizkörperventile
- nachträgliche Anlagenerweiterung nur mit Umplanung möglich
- Begrenzung der Leistung auf rund 10 kW
- konstanthoher Differenzdruckgeregelte Pumpe wirkungslos
- Mikrozirkulation möglich
- Einsatz der Brennwerttechnik weniger geeignet
Heizkörper-Dimensionierung für Einrohrheizungen
Bei dem Einrohrsystem wird im Gegensatz zu einer Zweirohranlage der Vor-
und Rücklauf im selben Rohr geführt. Dabei wird je nach Anlagenart das
gesamte, oder ein Teil des im Strang fließenden
Wassers abgezweigt und
dem Heizkörper zugeführt. Dadurch hat
jeder Heizkörper eine eigene
Vor- und Rücklauftemperatur.
Daraus ergibt sich:
- eine Verkleinerung der Heizkörper am Kreisanfang und eine Vergrößerung zum Kreisende
- eine Leistungsänderung der nachfolgenden Heizkörper bei der Abschaltung eines vorherigen Heizkörpers
- eine sorgfältige Berechnung und das fehlenden der Fachleute in der Praxis
- begrenzte Kreislängen
- Schwierigkeiten bei einer nachträglichen Änderung (Erweiterung) des Systems
Anbindung der Heizkörper
Bei dem
Zwangsdurchlaufsystem wird das
gesamte durch
den Strang fließende
Wasser durch den
Heizkörper geleitet. Dabei sollte
bei der Dimensionierung der Ringleitung die Rohrdimension nicht über DN
15 bzw. bei
Kupfer- oder
Präzisionsstahlrohren nicht über 18 x1 mm
gewählt werden, da in dieser Dimension auch die Heizkörperanschlüsse
auszuführen sind. Die Gesamtabkühlung im Ring sollte zwischen 8 und 15 K
liegen und wird im Normalfall mit 10 K angenommen. Die
Fließgeschwindigkeit im Ring sollte bei ca. 0,5 bis 0,8 m/s liegen. In
diesem System ist eine Heizkörperregelung über den
Massenstrom
(
Thermostatventile) nicht möglich. Bei einigen Heizkörpern (z. B. Sockelleistenkonvektoren) wird die
Wärmeabgabe über
Luftklappen geregelt oder es werden
Ventilatorkonvektoren eingesetzt, die über die Drehzahl des Ventilators die
Wärmeabgabe regelt.
Das
Nebenschlußsystem (
reitender Anschluss)
ist regelungstechnisch gegenüber dem Zwangsdurchlauf zu bevorzugen, da
durch den kleineren Heizkörpermassenstrom die Spreizung vergrößert wird,
was zu einer flacheren und somit proportionaleren Leistungskennlinie
führt.
Bei diesem
System strömt auch bei voller Auslastung nur
ein Teil
des durch den Ring fließenden
Wassers durch den Heizkörper. Die
Aufteilung des
Massenstromes vor dem Heizkörper wird entweder durch die
Dimensionierung von
Heizkörperanbindungsleitung und Bypassstrecke, oder durch die Verwendung von
speziellen Einrohrventilen, bei denen die
Bypassstrecke durch eine Durchtrittsbohrung am Verteilpunkt ersetzt wird, bestimmt.
Die Dimension der Ringleitung kann im Gegensatz zum Zwangdurchlaufsystem in beliebiger Dimension ausgeführt werden.
Bei der
Auslegung sind folgende Dinge zu beachten:
- Je kleiner die jeweilige
Heizkörperleistung, desto geringer ist die Abkühlung des
Strangmassenstromes und damit auch die Beeinflussung der nachfolgenden
Heizkörper im Falle einer Abschaltung des Heizkörpers daher sind an
einem Strang mehrere kleine Heizkörper vorteilhafter als große
Heizkörper.
Große Heizkörper sollten daher in mehrere kleinere Heizkörper aufgeteilt werden. -
Eine geringe Spreizung führt zu höheren Mitteltemperaturen und somit
kleineren Heizkörpern, jedoch wird der Strangmassenstrom und somit der
Strangdurchmesser erhöht.
- Die Gesamtabkühlung im Ring sollte zwischen 8 und 15 K liegen
und wird im Normalfall mit 10 K angenommen.
Aufteilung > Kurzschlussstrecke – Heizkörperanbindungsleitung
- Der Druckverlust in der
Kurzschlussstrecke (Bypassstrecke) und der Druckverlust in der
Heizkörperanbindungsleitung sind immer genau gleich groß. Dabei muss
beachtet werden, dass sich in der Heizkörperanbindungsleitung wesentlich
mehr Zeta-Werte befinden (Rohrleitung und Formstücke, Heizkörperventil,
Heizkörper und Rücklaufverschraubung) als in der Bypassstrecke, die
Fließgeschwindigkeit durch die Bypassstrecke (wird meist in der
Dimension des Heizringes ausgeführt) ist jedoch wesentlich größer als
die Fließgeschwindigkeit durch die Heizkörperstrecke. Damit die
Fließgeschwindigkeit durch die Anbindungsleitung nicht zu gering wird,
sollte diese erfahrungsgemäß mindestens eine Dimension kleiner
ausgeführt werden als der Heizring.
- Besonders schwierig wird
die Anpassung des Druckverlustes zur Erreichung der richtigen
Wasseraufteilung dann, wenn besonders große Massenströme durch den
Heizkörper erforderlich sind (große Heizkörperleistung).
- Erfahrungsgemäß
sollte die Wassermenge über den Heizkörper ca. 10 bis 20 %, auf keinen
Fall jedoch mehr als 30 % des Strangdurchflusses betragen.
- Zu
Problemen kann es kommen, wenn die Kurzschlussstrecke sehr kurz ist (zum
Beispiel bei sehr hohen Heizkörpern) und damit zu viel Massenstrom
durch die Kurzschlussstrecke fließen würde. Dann sind folgende Maßnahmen
empfehlenswert:
• Auswahl eines größeren Heizkörpers, damit steigt die Spreizung und der Massenstrom durch den Heizkörper kann geringer sein
• Einschnürung der Kurzschlußstrecke
• Einschweißen von Drosselscheiben
• Verlängerung der Kurzschlußstrecke
• Verwendung von Saugdüsen (Venturi-Düse)
Berechnung der erforderlichen Heizkörperleistung
Um die gewünschte Leistungsabgabe zu erreichen, müssen für alle Heizkörper die entsprechenden Vor- und
Rücklauftemperaturen ermittelt und daraus die Niedertemperaturfaktoren berechnet werden.
Da es im Neubaubereich keine Einrohrheizungen mehr geplant und gebaut werden, geht es im Folgendem um den Abgleich bestehender Anlagen. Der Fachmann sagt in den meisten Fällen - Finger weg und in Zweirohranlagen umbauen. Eine Einrohrheizung wird man nach einer Haus- bzw. Wohnungssanierung (Wärmedämmung der Außenwände und Geschossdecken, neue dichtschließende Fenster) nie richtig in den Griff bekommen. Aber ein Abgleich ist aus energetischer Sicht immer sinnvoll.
Außerdem ist der Abgleich nicht nur nach der VOB (Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen) Teil C – ATV DIN 18380, der DIN EN 14336 (Heizungsanlagen in Gebäuden – Installation und Abnahme der Warmwasser-Heizungsanlagen - 01-2005) und der EnEV (Energieeinsparverordnung) vorgeschrieben, sondern auch Grundvoraussetzung für eine effizient arbeitende außentemperaturgesteuerte Anlage. Natürlich muss diese Leistung auch beauftragt und bezahlt werden.
Bei einigen Fördermaßnahmen ist der Abgleich zwingend vorgeschrieben und muss entsprechend von einem Fachbetrieb bescheinigt werden.
Bei der Einrohranlage bleibt die Strangwassermenge anders als bei einer Zweirohranlage gleich, es handelt sich um ein volumenstromkonstantes System. Wenn bei diesem System das Thermostatventil die Heizwasserzufuhr zum Heizkörper drosselt, so wird mehr Heizwasser durch den Bypass am Heizkörper vorbeigeführt. Dadurch steigt die Vorlauftemperatur zum nächsten Heizkörper und er wird mit mehr Wärme versorgt bzw. überversorgt. Dieser Vorgang setzt sich bis zum letzten Heizkörper des Heizkreises fort. Auch die unkontrollierte Wärmeabgabe der Ringleitung an die Räume kann zusätzlich die Räume mit Wärme überversorgen. Ebenso wirken sich andere Störungen (z. B. überhöhte Strangvolumenströme) aus, die dann zu ansteigenden Rücklauftemperaturen führen.
Um eine Einrohranlage nachträglich abgleichen zu können, müsste eine neue Rohrnetzberechnung der einzelnen Kreise durchgeführt werden (die notwendigen Berechnungsprogramme werden von den einzelnen Armaturenherstellern zur Verfügung gestellt), um die Ringvolumenströme einigermaßen genau zu ermitteln. Jetzt könnten mit manuell einstellbaren Strangregulierventilen oder Volumenstromregler die Volumenströme konstant gehalten werden.
Da sich in der Praxis der Einsatz von manuell einstellbaren auf Grund der aufwendigen Berechnungen und komplizierter Messungen der Volumenströme als zu aufwendig erwiesen hat, ist der Einsatz von Volumenstromreglern der einfachere Weg. Ein weiterer Vorteil dieser Ventile ist, dass sich die einzelnen Kreise nicht gegenseitig beeinflussen können bzw. automatisch ausgeglichen werden.
Besonders in
Anlagen mit
mehreren Einrohrkreisen muss der
Volumenstrom jedes Kreises nach der
Summe der
Raumheizlasten gewährleistet sein. Hier werden
Volumenstromregler eingesetzt, an denen der konstante Volumenstrom eingestellt wird.
Ein
automatisches Regelventil für Systeme mit
konstantem Volumenstrom zur
Regelung von
Heizungs- und
Kühlsystemen (besonders in
Einrohrsystemen, Fan-Coil mit
Bypass, Kühldecke mit
Bypass) indem es für einen konstanten Durchflusswert auch bei wechselnden Druckverhältnissen sorgt. Dabei wird der Durchflusswert von außen am Ventileinsatz voreingestellt.
Der Ventileinsatz eines Regelventils enthält zwei miteinander gekoppelte Komponenten. Eine mit einer verstellbaren Blende und die andere die den Differenzdruck über die Blende regelt. Das Ergebnis ist ein konstanter Durchfluss durch das Ventil, unabhängig von wechselnden Druckverhältnissen. Vor dem Spülen des Systems wird empfohlen den Ventileinsatz zu entnehmen und eine Verschlusskappe einzuschrauben.
Ein passendes
Messgerät für
Durchflussmessungen in temperaturübertragenden Heiz- und Kühlsystemen misst den
Differenzdruck über einer Öffnung, z. B. einem Ventilsitz. Zusammen mit dem kv-Wert der Öffnung wird der Durchfluss mit der kv-Formel berechnet. Der kv-Wert aller Ausgleichsventile sind in einer internen Datenbank gespeichert. Die manuelle Eingabe des kv-Werts ist ebenso möglich.
Das
Heimeier E-Z System kann bei allen
Heizkörpern mit Zweipunktanschlüssen in
Ein- und
Zweirohrheizungen eingesetzt werden.
Im
Einrohr-System kann der
Massenstrom (Volumenstrom) zum Heizkörper stufenlos zwischen
30 - 60 %
(werkseitige Einstellung - 35 % Heizkörperanteil) eingestellt werden.
Der
Bypass bleibt im Einrohrbetrieb unabhängig von der Absperrung
geöffnet, so dass die Zirkulation der Ringleitung nicht unterbrochen
wird.
Durch das Linksdrehen des Reguliertellers bis zum Anschlag kann der
Verteiler auf einen
Zweirohrbetrieb
umgestellt werden (100 %
Massenstrom über den Heizkörper,
Bypass
geschlossen). Durch Rechtsdrehen des Reguliertellers bis zum Anschlag
ist der
Heizkörperrücklauf absperrbar, der Heizkörpervorlauf wird am Thermostat-Ventilunterteil geschlossen. Eine
integrierte Schwerkraftbremse im E-Z
Verteiler verhindert eine Rücklaufzirkulation.
Das Einrohrventil mit Tauchrohr wird in Heizkörper mit seitlichem Einpunktanschluss eingesetzt. Die Armatur besteht aus dem Einrohrventilunterteil, einem Tauchrohr (kurze oder lange Ausführung) und einer Stauscheibe.
Durch den
Spezial-Regulierteller wird ein annähernd
gleichbleibender Massenstrom in der
Ringleitung gewährleistet. Im Auslegungsfall beträgt der
Heizkörperanteil 35 % des Ringmassenstromes. Der
Bypass bleibt unabhängig von der Absperrung des Vor- und Rücklaufes geöffnet und die Zirkulation in der Ringleitung wird nicht unterbrochen. Eine
integrierte Schwerkraftbremse im E-Z
Verteiler verhindert eine Rücklaufzirkulation.