Generelles Vorgehen

Um die Auswirkungen von Veränderungen am Gebäude oder an Komponenten der Heizungsanlage beurteilen zu können, ist in der Regel eine Neuberechnung der Heizungsanlage erforderlich

Auslegung und Berechnung einer Heizungsanlage vollzieht sich generell in folgenden Schritten:

• Berechnung der erforderlichen Heizleistung und des Wärmebedarfs für jeden Raum des Gebäudes (beinhaltet auch die Festlegung der Raum- und der tiefsten Außentemperatur).
• Auswahl der Heizungsanlage:
• Kessel (Gas/ÖL/Biomasse-Kessel, Wärmepumpe, Thermische-Solarunterstützung, BHKW, Lüftungs- Klimaanlage...)
• Wärmeübergabe (Radiatoren, Flächenheizungen ...)
• Festlegung der Auslegungstemperaturen (Vor- Rücklauftemperatur entsprechend Anlagenauswahl)
• Auswahl der Heizkörper bzw. Berechnung der Flächenheizung und der resultierenden Volumen- / Massenströme.
• Rohrnetzberechnung, Pumpenauswahl
• Ventilauswahl und -Einstellung.
• Einstellung der Regelung (Heizkurve)

Diese Schritte sind nach einer Änderung erneut zu prüfen und die Anlage ist ggf. neu anzupassen.

Die nebenstehende Grafik zeigt im Vergleich die Wirkungsgrade verschiedener Kesseltypen immer bezogen auf den Heizwert (100%)

Generell sollte mit der Einführung eines Brennwertkessels die gesamte Anlage sorgfältig neu abgestimmt werden. Nur dann lassen sich die theoretisch möglichen Wirkungsgrade näherungsweise erreichen.

Real erreichbare Normnutzungsgrade liegen heute bei ca 105 bis 109% (abhängig von Brennstoff und Anlagenauslegung)

 Es gibt zwei Möglichkeiten die Leistung des Heizkörpers/ der Fußbodenheizung zu regeln:

• Veränderung der Vorlauftemperatur, z.B.: durch eine Außentemperatur geführte Vorlauftemperatur. Je geringer die Außentemperatur desto höher die Vorlauftemperatur und damit die Übertemperatur des Heizkörpers (siehe Heizkurve, Mischer).
• Veränderung des Volumen- Massenstroms  durch das Heizkörper- Heizverteilerventil (nur eingeschränkt wirksam siehe)

In den heute üblichen Heizsystemen wird die Außentemperatur geführte Regelung der Vorlauftemperatur als Grundregelung für das gesamte Gebäude eingesetzt. Die Raum weise Anpassung erfolgt auf der Basis von Raumthermostaten die unmittelbar oder mittelbar auf eine Veränderung des Volumenstrom hinwirken.

Für die Raumweise Anpassung sind heute auch intelligente Steuerungen im Einsatz, die Temperatur, Zeit, An- Abwesenheit der Bewohner sowie andere Einflüsse berücksichtigen können.

• w Sollwert Eingabe: Vorgabe von z.B. Temperatur, Druck, Durchfluss; manuell an Einstellscala z.B. Thermostat, oder im Regler hinterlegt z.B. als Heizkurven.
• x Regelgröße: Dieses ist die zu regelnde Größe z.B. Raumtemperatur, Vorlauftemperatur, Pumpendruck. Sie ist abhängig vom Istwert und vom Sollwert.
• z Störgröße: Beeinflusst (stört) den Istwert der Regelgröße (Ursachen: z.B. Außentemperatur, Sonneneinstrahlung, Wind, Innere Wärmequellen)
• y Stellgröße: Der Regler ermittelt aus der Differenz von Istwert zu Sollwert die Stellgröße, die wiederum zur Einstellung Stellgliedes dient.
• R Regler
• M (Motor) Stellantrieb: Verstellt das Stellglied gesteuert durch die Stellgröße

Regeln bedeutet den Istwertes ständig / periodisch messtechnisch zu erfassen, und bei dessen Abweichung vom Sollwert das Stellglied so zu beeinflussen, dass der Istwert wieder dem Sollwert entspricht. Man unterscheidet zwischen stetigen Reglern und unstetigen Reglern

• unstetige Regler kennen nur die Stellung: ”Ein” oder ”Aus” bzw. ”Auf” oder ”Zu”. Sie werden daher auch als 2-Punkt-Regler bezeichnet. Der Stellantrieb wird direkt über zwei elektrische Anschlüsse angesteuert. Der Antrieb besitzt zwei Stellungen „Auf” und „Zu”. Wobei je nach Typ des Stellgliedes dem stromlosen Zustand das Attribut „Auf“ (NO) oder „Zu“ (NC) zugeordnet werden kann. Ein weiterer nicht stetiger Regler ist der 3-Punkt Regler. Dieser dient der Steuerung von 3-Punkt-Stellantrieben. Der Stellantrieb besitzt drei elektrische Anschlüsse. Über die Ansteuerungsdauer oder -Impuls an dem jeweiligen Richtungsanschluss wird der Antrieb auf die gewünschte Position gefahren.
• stetige Regler können den Regelbereich kontinuierlich abdecken. Stetige Stellantriebe werden über die Spannungsversorgung und ein stetiges Stellsignal (z.B. 0-10V) angesteuert. Abhängig vom Stellsignal wird die exakte Position angefahren.

Weiter unterscheiden sich Regler darin ob sie für Ihre Funktion Fremdenergie benötigen oder nicht. Regler ohne Fremdenergie-Nutzung sind z.B. Thermostatventile oder Differenzdruckregler. Motor betriebene Regler sind immer Regler mit Fremdenergie z.B. Mischer. Eigentlich sind alle abgesetzten Stelleinrichtungen, die von einer zentralen oder räumlich entfernten Steuerung geführt werden, Regler mit Fremdenergie . Sicherheitseinrichtungen sollten sinnvollerweise Einrichtungen ohne Fremdenergie sein (Überdruckventile, Überhitzungsschutzschalter..)

Bild 2 zeigt eine typische Heizungshydraulik. Die Regelung erfolgt hier mit Hilfe zweier Regelkreise. Regelkreis 1 (RK1) regelt den Kesselkreis, und Regelkreis 2 (RK2) regelt einen Mischerkreis

• Kesselkreis Regelung:
• Über die Außentemperatur (AF) wird mittels der Heizkurve der Sollwert der Kesselwassertemperatur ermittelt, und der Brenner entsprechend eingestellt (ein/aus oder modulierend). Die Istwert Abfrage erfolgt über den Kessel-Temperaturfühler (KF).
• Hat die Anlage Heizkreise mit unterschiedlichem Temperaturniveau (z.B. Fußbodenheizung plus Heizkörper), wird der Kessel entsprechend dem höchsten Temperaturniveau gefahren. Die Vorlauftemperatur eines  Fußbodenheizkreises wird dann über einen Mischer (Regelkreis 2) gesteuert.
• Arbeitet die Heizung mit nur einem Temperaturniveau (rein Fußboden oder rein Heizkörper) ist eine Mischer nicht erforderlich. Bei Betrieb einer Fußbodenheizung wird meist trotzdem ein Mischer zwischengeschaltet. Damit wird verhindert, dass nach einer WW-Erhitzung das bis zu 70 Grad heiße Kesselwasser direkt in den Fußbodenheizkreislauf gelangt und damit dessen Temperaturwächter anspricht. Der Mischer ist zunächst geschlossen und öffnet erst langsam entsprechend der Abkühlung des Kesselwassers. Kesseltemperatur und Vorlauftemperatur haben in diesem Fall die gleiche Heizkurve. Die Kesseltemperatur ist dabei um ca. +5 ^oC gegenüber der Vorlauftemperatur verschoben.
• In der Kesselkreis Regelung können auch Zeitprogramme hinterlegt sein, die eine zeitabhängige Vorlauftemperatur ermöglichen z.B. Absenkbetrieb
• Die Berücksichtigung einer Sommer-Winter Heizgrenztemperatur ermöglicht die automatische Abschaltung der Heizanlage incl. Umwälzpumpe in der warmen Jahreszeit
• Der Raumeinfluss sollte dezentral pro Raum geregelt werden. Möglich ist es aber auch einen “Führungsraum” zu bestimmen, dessen Raumthermostat zentral auf den Kesselkreislauf wirkt
• Der Kessel kann stetig geregelt werden (modulierender Brenner) oder unstetig (taktender Brenner).

Pumpen- Mischergruppe

• Mischerkreisregelung:
• Im Mischer wird die Kesselwasser Temperatur der benötigten Heizkreis Temperatur angepasst. Hierfür verfügt die Mischerregelung über eine dem Heizkreis angepasste Heizkurve. Es gibt verschiedene Mischer Typen (3-Wege und 4-Wege Mischer). Standard im Wohnungsbau sind heute 3-Wege Mischventile. Zumeist als Gruppe mit Pumpe, Thermometern, Absperrventilen und evtl. einem Bypass als vor-konfektionierte Einheit.(Bild links).
• Bei der Temperaturregelung mit einem 3-Wege Mischer bleibt der Volumenstrom im Heizkreis konstant. Der Volumenstrom im Kesselkreis ist variabel.
• Läßt der Erzeuger eine gleitende Vorlauftemperatur von 20 ^oC bis zur max. benötigten Vorlauftemperatur zu, ist ein Mischer nicht erforderlich. Bei Fußbodenheizungen wird zumeist trotzdem ein Mischer eingesetzt, damit die hohe Kesseltemperatur nach einer Warmwasserbereitung nicht direkt auf die Fußbodenheizung einwirken kann (Mischer öffnet nur langsam).
• Sonderformen der Heizkreisregelung
• Auch gemischte Übergabevarianten (Heizkörper und Fußboden) können über einen gemeinsamen Heizkreis angeschlossen werden. Die Verteilung ist dabei für das System mit der höheren Temperatur (Heizkörper) ausgelegt. Für die Fußbodenheizung wird das Heizwasser über eine Spezial-Armatur Raum weise abgezweigt. Diese Armatur besteht aus einem Raumthermostaten und einem Rücklauftemperatur Begrenzer. Damit wird einerseits die Raumtemperatur geregelt und andererseits das Temperaturniveau der Fußbodenheizung auf verträgliche Werte begrenzt. Diese Variante ist insbesondere bei nachträglichem Zubau einer Fußbodenheizung in Einzelräumen geeignet.

(1) Beimischschaltung

(2) Beimischschaltung mit Festbeimischung

(3) Kombination von ungemischtem und gemischtem Heizkreis

• Die Beimischschaltung ist die Standardschaltung für Heizungsanlagen mit Versorgung durch Brennwertkessel oder andere Wärmeerzeuger ohne untere Rücklauftemperaturbegrenzung. Der Volumenstrom im Heizkreis ist konstant. Die Temperaturanpassung im Heizkreis kann Kessel seits und/oder durch den Mischer erfolgen. Um  dem Mischer die Arbeit zu erleichtern sollte das Regulierventil im Bypass (B) auf den Druckverlust des Kessels eingestellt sein.
• Bild 2 zeigt zusätzlich zu der variablen Beimischung durch den Mischer eine Festbeimischung im Zusatzbypass. Die Mengeneinstellung erfolgt per Regulierventil.
• Bild 3 zeigt eine Anwendung dieser Festbeimischung. Der Zusatzbypass ist so eingestellt, dass sich bei voll geöffnetem Mischer eine Heizkreisvorlauftemperatur von 40 ^oC einstellt. Damit steht für die Regelung der Vorlauftemperatur die volle Regelbandbreite des Mischers zur Verfügung.

• Die Regelung der Raumtemperatur erfolgt primär über die Außentemperatur (bei konstantem Volumenstrom). Je kälter es draußen ist, je höher muss die Vorlauftemperatur sein. Thermostatventile schalten sich erst  dann regelnd ein, wenn Fremdwärme (Sonneneinstrahlung,  andere Wärmequellen wie Backofen, Kamin, viele Menschen) zugeführt wird , oder wenn vom Auslegungszustand abweichende Ventileinstellungen vorgenommen werden.
• Zur Regelung der Vorlauftemperatur sind im Regelgerät Heizkurven hinterlegt, die die Abhängigkeit der Vorlauftemperatur von der Außentemperatur beschreiben. Je nach Anlagenauslegung ergeben sich unterschiedliche Heizkurven. Die im Gerät einzustellende Heizkurve ergibt sich entsprechend der Anlagenauslegung aus der gewählten höchsten Vorlauftemperatur für den kältesten Tag im Jahr. Im Beispiel (Bild Heizkurvenauswahl) mit den Auslegungsdaten: Vorlauftemperatur von 52 Grad und der niedrigsten Außentemperatur von -15 Grad wäre die Heizkurve 4 einzustellen. Diese Einstellung gilt für eine Raumtemperatur von 20 Grad.
• Die Spreizung ist bei konstantem Volumenstrom in etwa proportional zur Heizkörperleistung. Mit zunehmender Außentemperatur reduziert sich die Spreizung.

Je nach Ausführung der Heizungsanlage und des Gebäudes ist es möglich, dass sich nach der oben beschriebenen Grundeinstellung nicht  bei allen Außentemperaturen die gewünschte Raumtemperatur einstellt. Dann ist eine Korrektor der Einstellung erforderlich.

Neben der Auswahl einer anderen Heizkurve, lässt sich die ausgewählte Heizkurve parallel verschieben (Bild oben rechts). Damit wird bei allen Außentemperaturen die Vorlauftemperatur und damit die Raumtemperatur um die eingestellte Grad Zahl zu höheren (1) oder zu niedrigeren (2) Temperaturen hin verschoben. Mit den Mitteln der Heizkurvenauswahl (Steilheit der Heizkurve) und der Parallelverschiebung lässt sich die Regelung entsprechend Tabelle links anpassen.

Eine spezifische Verschiebung der Art (2) ist die Nachtabsenkung. Diese ist unabhängig von der o.g. Verschiebung einstellbar. Damit wird die Vorlauftemperatur während der Nacht (Schaltuhr) um die einstellbare Temperaturdifferenz abgesenkt. Viele Regelungen ermöglichen darüber hinaus auch die komplette Abschaltung (außer Frostschutz) oder die Absenkung abhängig von der Raumtemperatur

Die Heizkurve sollte nach jeder Veränderung des Gebäudes oder der Heizungstechnik angepasst werden (entsprechend Tabelle oben). Dies kann nur über einen längeren Zeitraum und bei unterschiedlichen Außentemperaturen durchgeführt werden. Dabei sollten die Thermostatventile auf die gewünschte Raumtemperatur eingestellt sein. Auf Grund der Trägheit des Heizsystems kann es bei massiven, schweren Gebäuden bis zu zwei Tagen dauern ehe sich eine Neueinstellung vollständig auswirkt. Bevor man sich an der Heizkurve zu schaffen macht, sollte der  hydraulische Abgleich vorgenommen worden sein.

Die Voreinstellung von Heizkörper- oder Verteiler-Ventil stellt den für die geplante Raumtemperatur erforderlichen Volumenstrom sicher (mit geringen Abweichungen z.B. infolge Stufigkeit des Einstellmechanismus). Im realen Betrieb gibt es dann aber noch eine Reihe von Störgrößen die ohne eine weitere raumweise Regelung das gewünschte Temperaturniveau stören.

Dies können sein: Sonneneinstrahlung, Wärmeerzeuger im Raum (Beleuchtung, anwesende Personen, Kühlschränke, PC, Kochplatten ...), oder vom Bewohner gewünschte Abweichung von der Auslegungs-Raumtemperatur. Die dadurch erzeugte Temperaturabweichung vom Sollwert muss durch eine geeignete raumweise Regelung korrigiert werden. Dies erfolgt üblicherweise bei Heizkörpern über Thermostatventile bzw. bei Fußbodenheizungen über ferngesteuerte Motorstellantriebe im Geschossverteiler.

Thermostatventil Oberteil (Raumthermostat)

Stellantrieb einer Fußbodenheizung (ferngesteuert, Eberle)

Im Heizkörper-Thermostatventil sind, Sollwerteingabe und Raumtemperaturfühler mit Stellantrieb in einem kompakten Element (Thermostatkopf) vereinigt. Der Regler ist hier ein Regler ohne Fremdenergie. Die Energie zum Schließen und öffnen des Ventils wird durch eine Temperatur-abhängige Ausdehnung z.B. einer Flüssigkeit im Stellglied erreicht. Der Temperaturfühler kann bei thermisch ungünstiger Lage auch als Fernfühler ausgeführt sein (über eine dünnes Rohr mit dem Thermostatkopf verbunden).

Der Steuermechanismus der Regelung im Heizkreisverteiler ist im Prinzip identisch. Nur sind hier Sollwerteingabe und Raumtemperaturfühler vom Stellglied getrennt. Der Raumthermostat befindet sich an einer geeigneten Stelle/Wand des zu steuernden Raumes. Das Stellglied (Elektrothermischer Antrieb) befindet sich im Heizkreisverteiler (ein Stellglied pro Heizkreis) D.h. ein Raumthermostat steuert alle Heizkreise eines Raumes (z.B. Randzone und Innenzone). Diese Regelung benötigt Fremdenergie (Steckdose im Heizkreisverteiler und Batterie im Raumfühler). Die Kommunikation zwischen  Stellglied und Raumfühler kann drahtlos oder Draht gebunden erfolgen. Bei Nachrüstung zumeist drahtlos (Funk).

Thermostatventile: Was ist zu beachten:

• Bei Thermostatventilen ist darauf zu achten, dass die Temperatur am  Thermostatkopf nicht verfälscht wird dadurch dass z.B.:
• erwärmte Luft vom Heizkörper oder vom Vorlauf an ihn gelangt
• keine Wärmestrahlung vom Heizköper auf ihn einwirkt
• die Raumlufttemperatur nicht exakt erfasst werden kann weil Vorhänge, Simse, Möbel usw. den Thermostaten abschirmen.

In kritischen Situationen ist der Einsatz eines Fernfühlers angeraten.

• Die Qualität des Thermostatventils kann entscheidend sein:
• Die Temperatur im Heizkreis wirkt je nach Qualität des Thermostaten durch Wärmeleitung auf den Temperaturfühler zurück (bei Fernfühlern weniger).
• Die Hysterese (siehe Bild: Hysterese)  ist je nach verwendetem Füllmittel des Thermostaten unterschiedlich groß.
• Die Anlagenauslegung -Abstimmung ist u.U., entscheidend für das Regelverhalten des Thermostaten
• Der Differenzdruck über dem Thermostatventil sollte 100mbar nicht überschreiten
• Witterungsbedingte Vorregelung der Vorlauftemperatur ist unabdingbar. Eine Regelung über den Volumenstrom ist nur in bis zu etwa 50% der Heizkörperleistung stetig (Bild Heizkörperkennlinie)
• Auswahl des passenden Ventilunterteils
• Richtige Basisgröße (Grund kvs Wert). Die meisten Hersteller haben 2 Größen (für Ein- / Zweifamilienhäuser) im Angebot
• Ventilunterteil mit Einstellmöglichkeit: Voreinstellung (oberer Leistungsbereich) oder Feineinstellung (unterer Leistungsbereich).
• Thermostatkopf nicht senkrecht stellen sondern waagerecht

Raumtemperaturregelung bei Fußbodenheizung: Was ist zu beachten

• Fußbodenheizungen reagieren in der Regel träge (zumindest Typen älterer Bauart mit 4 bis 5 cm Estrichüberdeckung) daher beeinflusst eine Nachtabsenkung die Innentemperatur kaum (schwankt um ca 1 bis 2 Grad aber so Zeit versetzt, dass es nicht passt).
• Eine raumweise Regelung wirkt auch nur langfristig und ist daher nur geeignet Räume über längere Zeit (> 2 Tage) zu temperieren (Gilt auch für Urlaubsschaltungen).

Für die Einzelraum Temperaturregelung mit Heizkörpern ist das Thermostatventil noch die weitest verbreitete Lösung. Sie ist kostengünstig, einfach zu installieren und zu bedienen, und sie benötigt keine Fremdenergie. Varianten mit Batterie ermöglichen auch komplexere Funktionen (z.B. Zeitschaltungen). Die Vereinigung aller Komponenten eines Reglers in einer kompakten Einheit limitiert aber auch die Steuerungsmöglichkeiten. Mit einer Trennung von Stellantrieb und Regler eröffnen sich eine Reihe neuer Regelmöglichkeiten:

• Steuerung mehrerer Stellglieder über einen Regler z.B.:Ein Regler pro Raum steuert mehrere Heizkörper / Fußbodenheizkreise
• Einbeziehung weiterer Störgrößen und wechselnder Sollwerte in den Regelprozess z.B.:
• Tages- Wochen- Jahreszeit (wechselnde Sollwerte).
• Fensteröffnung (weitere Störgröße)
• Zudem kann in einem zentralisierten Regler kostengünstig zusätzliche Intelligenz angesiedelt werden. Dieses auch über hierarchisch angeordnete und/oder vernetzte Steuerungen.
• Berücksichtigung der An- Abwesenheit von Bewohnern
• Vorausschauende Regelstrategien (Wetter)
• Komfortable Fernbedienung -wartung (WLAN, TCP/IP)
• Kopplung mit einer Lüftungssteuerung
• Schaltung von Jalousien (z.B. bei Überhitzung durch Sonneneinfall)

Diese räumliche Trennung von Stellantrieb und Regler bedingt eine Raum überbrückende Kopplung von Regler und Stellglied zwecks Übertragung der Stellgröße. Hier haben sich verschiedene Verfahren etabliert, die sich im Übertragungsverfahren und in der Kodierung der Stellgröße unterscheiden.

• Funk: Verfahren siehe Auflistung
• Funk direkt bis zum Stellglied .Stromversorgung des Stellgliedes extra z.B.: Batterie
• Oder (häufiger) indirekt zu einem Konzentrator, dieser setzt die Funkschnittstelle in eine drahtgebundene Schnittstelle um
• Drahtgebunden direkt
• 2-Punkt (Ein/Aus) als 24V AC/DC oder 230V AC/DC siehe auch Variante/Verfahren
• Stetige Regelung mit 10V Steuerspannung siehe auch Varinten/Verfahren
• Drahtgebunden über Bussysteme: (z.B.: KSX/EIB, LON)
• Direktanschluss an Bus-System
• Indirekt über Raummodul

Zwei Gruppen von Stellgliedern werden vorzugsweise in der Heizungstechnik eingesetzt:

• Elektrothermische Stellglieder
• Elktromotorische Stellglieder

Thermischer Stellantrieb

1 Ausdehnungssystem

2 Feder

3 PTC Heizelement

4 Nut zur Aufnahme von „Colorclips“

5 Stellungsanzeige

Übliche Betriebsparameter:

• Betriebsspannug: 230V oder 24V
• Schließ- und Öffnungszeit: ca. 3 min. (Die Öffnungs- und Schließzeit ist anhängig von der Umgebungstemperatur).
• Stellweg: 4mm

Bild: IMI-Heimeier

• Elektrothermische Antriebe arbeiten mit einem PTC-beheizten (3) Dehnstoffelement (1) und einer Druckfeder (2). Das Dehnstoffelement wird durch Anlegen der Betriebsspannung beheizt und dadurch ausgedehnt. Die durch die Dehnung entstehende Kraft wird auf den Ventilstößel übertragen und öffnet bzw. schließt somit das Ventil.
• Bei der Ausführung stromlos-zu (NC) wird beim Einschalten der Betriebsspannung - nach Ablauf der Totzeit - das Ventil durch die Stößelbewegung gleichmäßig geöffnet. Durch Abschalten der Betriebsspannung kühlt sich das Dehnstoffelement ab. Nach Ablauf der Verharrzeit wird das Ventil durch die Schließkraft der Druckfeder gleichmäßig geschlossen.
• Bei der stromlos offenenen Ausführungen (NO) arbeite das Prinzip genau entgegengesetzt.
• Der Öffnungszustand wird in der Regel durch einen sichtbaren Indikator angezeigt. Es gibt Ausführungen die sich zusätzlich manuell öffnen lassen, oder im Auslieferungszustand geöffnet sind (erleichtert den Einbau).

Der elektrothermische Stellantrieb ist die Standardlösung für komfortable Regelung von Radiatoren, Heizkreisverteilern, Konvektoren und ähnlichen Geräten

• Mit ihm lassen sich  stabile Zweipunktregelungen realisieren.
• Für die flinke Ansteuerung von Heiz- Kühlsystemen kann der elektrothermische Stellantrieb zur stetigen Regelung über eine 10V Schnittstelle eingesetzt werden.
• Mit stetiger Regelung 10V Pulsproportional ist er auch hervorragend für den Einsatz in der Gebäudeleittechnik geeignet
• Der elektrothermische Stellantrieb ist preisgünstig, robust, benötigt keine Wartung  ist praktisch  Verschleißfrei und arbeitet geräuschlos

Es ist auf die -je nach Hersteller- zugelassenen Einbaulagen zu achten..

Motorischer Stellantrieb

Der Antrieb der Motorventile besteht aus einem Elektromotor und einem Getriebe. Sie sind nicht verschleißfrei und arbeiten nicht geräuschfrei.

Diese Stellantriebe sind praktisch universell einsetzbar. Sie eignen sich neben dem Einsatz als 2- und 3-Punkt Schaltern auch zur sehr genauen stetigen Regelung. Dabei kann mit unterschiedlichen voreinstellbaren Kennlinien (linear, gleichprozentig, logarithmisch, exponentiell, etc.) gearbeitet werden. Im Vergleich zu den elektrothermischen Antrieben arbeiten elektromotorische Antriebe schneller.

Ansteuerbar über 24/230 V , 0-10V, oder über verschiedene Busschnittstellen (KNX/EIB, LON). Die aktuelle Stellung ist abfragbar.

Es wird empfohlen Ventil und Stellantrieb vom gleichen Hersteller einzusetzen. Mitgelieferte Adapter für “Fremdventile” passen nicht immer für Alle und nicht immer so genau (gilt auch  für elektrothermische Antriebe).

Bild: Oventrop

Steuerdiagramme

2-Punkt Steuerung

 0-10V Proportionale Regelung des Hubes

Ansteuerung mit Pulsweitenmodulation

 0-10V Proportionale Regelung der Durchflussmenge

Lieferanten der Heizungstechnik bieten  heute schon vernetzbare Heizungsregelungen an, und ermöglichen damit z.B. den Zugang einer zentralen Fernüberwachung und Diagnose sowie die Möglichkeit die Heizung über das Smartphone zu bedienen. Dieses zumeist in einem Firmen spezifischen Rahmen.

Auf dem Feld der raumweisen Heizungsregelung sind häufig die Ventilhersteller aktiv, die hier mehr oder weniger komplette Systeme für den Neubau und die Sanierung anbieten.

Als Dritter im Bunde beschäftigen sich Hersteller aus dem Bereich der Gebäudeautomation mit der Vision des „Smart Home“ und liefern hierzu Lösungen von unterschiedlichstem Zuschnitt.

Die drei o.g. Felder überschneiden sich zum Teil, und erfordern für ein wirklich smartes Home wiederum eine Vernetzung der einzelnen Funktionsbereiche.

Eine weitere Baustelle hat sich mit der häuslichen Einbindung in das „smart Grid“ und mit der Einbindung lokaler Photovoltaik und Batteriespeichern in das „smart Home“ aufgetan. Auch hier gibt es Verknüpfungen von Heizungstechnik mit der Photovoltaik, der übrigen Haustechnik und dem externen Stromnetz.

Vernetzt werden müssen Sensoren, Stellglieder und Regler Gebäude weit. Auch ist eine Einbindung in die Web-Infrastruktur gewünscht.

Für letzteres werden die bekannten Netze Internet, Intranet und WLAN,  genutzt. Innerhalb des Gebäudes haben sich je nach Anwendungsfall verschiedene Standards (Bussysteme) entwickelt und mehr oder weniger etabliert.

Bussysteme in der Gebäudeautomation

Bussysteme verbinden Anlagen oder Geräte, zwecks Informationsaustausch, über eine gemeinsame physikalische Infrastruktur (Draht oder Funk). Der Datenaustausch wird über standardisierte Protokolle abgewickelt, die eine sichere Übertragung ermöglichen. Als physikalisches Übertragungsmedium kommen Draht gebundene oder Funk basierte Netze zum Einsatz. Die im Europäischen Raum vorzugsweise eingesetzten Verfahren sind im Folgenden kurz beschrieben:

Draht gebunden:  LON, KNX, BACnet

• Local Operating Network (LON) ist ein Feldbus, welcher vorrangig in der Gebäudeautomatisierung eingesetzt wird. Dieser Feldbus wurde von der US-amerikanischen Firma Echelon um das Jahr 1990 entwickelt. Die LON-Technologie– mit ANSI/EIA-709.x und EIA-852 standardisiert sowie als EN14908 in das europäische und als ISO/IEC 14908-x in das internationale Normenwerk übernommen – ermöglicht den neutralen Informationsaustausch zwischen Anlagen und Geräten von verschiedensten Herstellern und unabhängig von den Anwendungen.
• Der Konnex-Bus (KNX) ist ein Standard, der beschreibt, wie in einer Installation u.a. Sensoren und Aktoren miteinander über ein Bus-/Protokoll-System verbunden werden können. Der Bus wurde im Jahre 2002 als Nachfolger aus dem Zusammenschluss der drei Bussysteme -EIB, BatiBus und EHS- konzipiert. KNX ist kompatibel zur vorhergehenden Norm EN 50090, welche den EIB-Standard normiert. KNX ist ein Kommunikationssystem für die Gebäudeautomation mit starker Verbreitung in Europa und verbreitetem Know-How im Elektro- und zunehmend auch im Heizungs-Handwerk.
• BACnet (Building Automation and Control network) ist heute wohl das bekannteste und meist verbreitete Kommunikationsprotokoll in der Gebäudeautomation. Als herstellerneutrale und lizenzfreie Spezifikation bietet es umfassende und leistungsfähige Funktionen und Dienste für die Anforderungen der Datenkommunikation in der Gebäudeautomation. Es wurde in die internationale Norm für Gebäudeautomation DIN EN ISO 16484 als Teil 5 aufgenommen. Seit 2011 ist sie als DIN EN ISO 16484-5 gleichzeitig auch eine deutsche Norm.

Drahtlos (Funk): Zigbee, Z-Wave, EnOcean, KNX-RF

• Zigbee gibt es in Varianten für das 868-MHz- und das 2,4-GHz-Band. Die unteren Protokollschichten dieses Protokolls sind in der IEEE-Spezifikation IEEE-802.15.4 beschrieben. Eine Allianz von über 200 Chip-Herstellern und Anwendern unterstützt, vermarktet und entwickelt diese Technik weiter. Die Leistungsaufnahme von ZigBee-Komponenten ist sehr gering und für den Batteriebetrieb geeignet.. Die Technik ist rund um den Globus verbreitet, leidet aber an massiven Inkompatibilitäten unterschiedlicher Protokollversionen und Herstellerimplementierungen. Mit ZigBee PRO  / Green Power (ZGP) wurde auch ein ZigBee-Profil für den Betrieb von batterielosen Sensoren entwickelt.
• Z-Wave ist eine Entwicklung des dänischen Unternehmens Zen-Sys, des alleinigen Herstellers der zugehörigen Chips. Wesentliche Teile von Z-Wave sind seit 2012 von der Standard-Organisation ITU-T als Standard G.9959 definiert. Dies sorgt für eine hohe Kompatibilität. Eine Allianz von über 150 Firmen entwickelt am Umfang und an den Anwendungen des Protokolls. Z-Wave ist in den USA der De-facto-Standard für die funkgesteuerte Hausautomation und sorgt durch ein Zertifizierungsprogramm für Interoperabilität zwischen verschiedenen Herstellern. Z-Wave Komponenten zeichnen sich durch einen geringen Stromverbrauch aus.
• EnOcean ist eine Entwicklung eines Münchner Unternehmens gleichen Namens, das ebenfalls durch eine Allianz von mehr als 100 Unternehmen unterstützt wird. EnOceans Alleinstellungsmerkmal ist der sehr geringe Stromverbrauch der Sensoren und Aktoren, der unter gewissen Bedingungen einen batterielosen Betrieb ermöglicht. Mehrere Wandschalter-Hersteller im deutschsprachigen Raum setzen deshalb diese Technik ein. Sie hat sich aber außerhalb Europas bisher nicht durchsetzen können – auch wegen der vergleichsweise hohen Kosten.
• KNX-RF ist die KNX-Funk Variante. Sie arbeitet auch im 868 MHZ Band. KNX-RF ist noch relativ neu auf dem Markt, mit bisher geringer Verbreitung. Auch bieten erst wenige Hersteller entsprechende Komponenten an. Hier kann es noch zu Kompatibilitäts Probleme zwischen unterschiedlichen Herstellern kommen..

Beispiel Gebäudeautomation im Bereich Heizungssteuerung

1) Feldbussystem

2) Fensterkontakt (Signal zur Temperaturabsenkung)

3) Anwesenheitsdetektor (Anheben Temperatur auf Komfortniveau)

4) Raumtemperatursensor (Minimalversion oder teilzentrale Steuerung)

5) Heizungsverteiler für Fußbodenheizung mit Stellventilen

6) Fernsteuerbarer Funkthermostatkopf

7) Raummodul: Konzentrator, Schnittstellenumsetzer, Spannungs-versorgung

8) WLAN-Router

9) Raumsteuerung (mit Webserver und Anbindung an Web und/oder direkter Benutzeroberfläche)

10) Zentrale Steuerung mit Bussystem und Web-Anbindung und/oder direkter Benutzeroberfläche

11) Weitere vernetzte Steuerbereiche z.B. Heizung, Lüftung, Warmwasser

12) Einbindung weiterer Steuerbereiche über andere Schnittstelle / Bussystem (Gateway)

13) Ventil mit Busanschluss

Das Bild oben gibt beispielhaft einen Überblick über den Aufbau von Managementsystem im Hinblick auf die raumweise Heizungssteuerung.

Im Bild links ist eine komplett über Funk abgewickelte Automation skizziert. Dies sind zumeist (teil)proprietäre Lösungen mit Bedienoberfläche und Installationssupport über Smartphone / PC.

Rechts im Bild ist ein Beispiel für eine drahtgebundene Lösung mit Einbindung einiger Sensoren über Funk zu sehen. Auch hier finden sich (teil)proprietäre Lösungen mit dem Trend zur Vernetzung über den KNX-Bus.

Die Komponenten der Verteilung haben die Aufgabe die vom Erzeuger produzierte Wärme zu den Übergabeeinrichtungen  (z.B.: Heizkörper, Fußbodenheizung,..) zu transportieren. Diese Aufgabe erfüllt üblicherweise ein Rohrnetz (Warmwasserrohre ->Warmwasserheizung, Lüftungsrohre -> Warmluftheizung).

Strom Direktheizungen benötigen keine Verteilung, bzw. das Stromnetz ist das Verteilernetz. Bei hohen benötigten Stromstärken sind eigene Stromkreise erforderlich (z.B. Nachtspeicherheizungen)

Komponenten der Verteilung (Hier beschränkt auf die Warmwasserheizung):

• Das Rohrnetz: Transportweg für das Warmwasser
• Umwälzpumpe: Erzeugt den Druck der das Warmwasser im Heizungskreislauf zirkulieren lässt.
• Ventile: Regeln die Verteilung des Warmwassers im verzweigten Netz.
• Absperrventile (Absperrorgane)  dienen der einfacheren Wartbarkeit des Netzes.
• Weitere spezielle Ventile garantieren die Netzsicherheit bei Fehlfunktionen (Übertemperatur, Überdruck, Wassermangel).
• Regelnde Ventile (Regulierorgane) können manuell eingestellt werden (Grundeinstellung des Systems) oder automatisch durch Stellwerte wie Temperatur, Druck, Durchflussmenge. Sie beeinflussen damit Temperatur, Volumenstrom und die Verteilung des Warmwassers im Netz.
• Darüberhinaus muss die Verteilung für bestimmte Kesseltypen auch Kesselschutzfunktionen erfüllen.
• Sicherung eines Mindest-Volumenstromes. Dadurch Schutz vor Überhitzung des Kessels (Kessel mit geringem Wasservolumen)
• Sicherung einer minimalen Rücklauftemperatur zur Vermeidung von Wasserdampf-Kondensation im Kessel (Hoch- Niedertemperaturkessel)
• Garantie von niedrigen Rücklauftemperaturen (Brennwertkessel)
• Schutz vor Verschmutzung / Korrosion durch Sauerstoffeintrag bei älteren Fußbodenheizungen (nicht Sauerstoff dichte Heizrohre)

Damit das Netz richtig funktioniert, müssen alle Komponenten (Erzeuger, Verteilung, Regelung, Speicherung, Übergabe) aufeinander abgestimmt und korrekt eingestellt sein. Das bedeutet auch, dass nach jeder Änderung (Reparatur, Austausch von Komponenten, Erweiterung, Rückbau) im Netz die Kompatibilität und die Einstellungen zu überprüfen und ggf. anzupassen sind.

Damit das Heizungswasser vom Kessel zu den Heizkörpern gelangen kann wird ein  Rohrnetz benötigt. Der Aufbau des Rohrnetzes ist primär abhängig von der Topologie des Gebäudes. Ziel wäre es die Versorgung auf möglichst kurzen Wegen herzustellen und möglichst alle Heizkörper gleichmäßig zu versorgen. Für diese Aufgaben haben sich in der Vergangenheit sinnvolle Standardstrukturen etabliert.

Das erste wesentliche Entscheidungskriterium ist die Antriebskraft, die das Wasser durch die Rohre treiben soll. Dies kann durch die Schwerkraft erfolgen (Warmes Wasser ist leichter als kaltes Wasser), dann spricht man von einer Schwerkraft Heizung. Damit die Schwerkraft effektiv wirken kann, sind große Leitungsdurchmesser erforderlich und die Topografischen Möglichkeiten sind wie auch die Steuerungsmöglichkeiten eingeschränkt. Man findet diese Heizungen oft noch im Altbau, aber da meist auch schon mit einer Pumpe versehen. Im Neubau spielt die Schwerkraftheizung praktisch keine Rolle mehr.

Bei Pumpenheizungen gibt es das Einrohr oder Zweirohr System. Bei den Zweirohrsystemen ist das Tichelmannsystem eine Besonderheit. Je nachdem ob die primäre Verteilung im Keller oder auf dem Dachboden erfolgt spricht man von unterer oder oberer Verteilung. Sogenannte Strangleitungen oder Steigleitungen erschließen die einzelnen Stockwerke. Innerhalb der Stockwerke sorgt die horizontale Verteilung für die Anbindung der Heizkörper.

Einrohrheizung

Einrohrheizung mit einstellbarem Bypass:

Für den Anschluss von Heizkörpern an diesen Typ Einrohrsystem gibt es verschiedene Ventilgarnituren. Im Bild links kann mit Hilfe des Regulierventils der Massenstrom zum Heizkörper stufenlos im Bereich zwischen 30-60 % eingestellt werden. Der nächste Heizkörper erhält dann eine Mischtemperatur aus Vorlauftemperatur und interner Heizkörper Rücklauftemperatur.

Bild: IMI Heimeier

Der Vorlauf der Einrohrheizung wird über alle Heizkörper eines Stranges geschleift und vom letzten Heizkörper im Strang zum Kessel zurückgeführt. Der erste Heizkörper wird mit der System-Vorlauftemperatur beschickt. Jeder durchlaufene Heizkörper kühlt das Heizungswasser weiter ab, am letzten Heizkörper wird die System-Rücklautemperatur erreicht. Im einfachsten Fall ist die Einrohrheizung eine einfache Reihenschaltung der Heizkörper. Im hier gezeigten Beispiel wird das System durch eine Bypass Armatur, in der Effektivität merklich verbessert. Die Einrohrheizung kann sich vertikal oder wie oben gezeigt horizontal erstrecken.

Die jeweilige Heizleistung eines Heizkörpers ergibt sich, wie bei anderen Systemen auch, aus der mittleren Übertemperatur des Heizkörpers. Diese nimmt mit zunehmender Entfernung ab, sodass zum Ende hin höhere Volumenströme und/oder größere Heizkörper erforderlich werden. Die Hieraus entstehenden Nachteile:

• Allgemein höheres Temperaturniveau
• Höhere Rücklauftemperaturen bei Drosselung einzelner Heizkörper. Heizkörper beeinflussen sich gegenseitig (bei Regelung über Thermostatventile)
• Auch Im Teillastbereich oder bei ganz abgeriegelten Thermostatventilen immer noch Wasserzirkulation (Anlagen mit Bypass)
• Geregelt Heizungspumpen müssen auf Konstantdruck eingestellt werden

Führen zu einem um etwa 20 % erhöhten thermischen Leistungsbedarf und um bis zu 70% erhöhtem Strombedarf, sodass die Einrohranlage trotz ihrer günstigen Herstellungskosten  in den Gesamtkosten mit einer 2-Rohr Anlage nicht konkurrenzfähig ist und heute kaum mehr im Wohnungsbau eingesetzt wird.

Zweirohrheizung

Standardverteilung: Parallelschaltung der Heizkörper. Vorverteilung horizontal im Keller auf  verschiedene Steigleitungen. Daran anschließend wo erforderlich eine horizontale Verteilung. Diese Art der Verlegung ist äußerst flexibel und kostengünstig. Sie führt aber auch dazu, dass die Heizkörper an unterschiedlich langen Vor- Rücklaufsträngen hängen. Dies bedingt dann einen speziellen Abgleich der Wasserströme über Heizkörperventile. Auch eine obere Verteilung ist möglich, z.B. sinnvoll bei Schwerkraftheizungen.

Tichelmannverteilung: Diese Art der Verteilung führt zu gleichen Druckverhältnissen an allen Heizkörpern, da die Summenlänge aus Vor und Rücklauf für jeden Heizkörper gleich groß ist. Gleiche Heizkörpergrößen/Leistungen voraus gesetzt ist dann ein weiterer hydraulischer Abgleich nicht nötig. Diese Art der Verlegung führt zu etwas erhöhtem Materialverbrauch. Die Voraussetzung „durchgehend  gleiche Heizkörper“ ist nicht immer realisierbar. Die Tichelmannverteilung wird im Einfamilienhausbau praktisch nicht angewandt. Sinnvoll ist die Anwendung z.B. beim Anschluss eines Solarkollektorenfeldes.

Die Verteilung des Heizwassers im Netz kann über verschiedenen Grundschemata erfolgen. Die zu wählende Variante ist abhängig von den im Netz vorgefundenen Komponenten in Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Übergabe. Auch die gewählte Temperatur- Volumenstrom-Regelungsstrategie beeinflusst die Netzkonzeption.

(1) Verteiler ohne Hauptpumpe

Zwischen Kessel und Verteiler ist keine Pumpe eingebaut, jeder Heizkreis hat seine eigene Pumpe.  Die Pumpen müssen die Kesselkreis- und die jeweiligen Heizkreis-Widerstände überwinden.

Beim Einsatz von Mischern im Heizkreis ist die Wassermenge im Heizkreis konstant, im Kesselkreis variabel

• Einfache (Kosten günstige) Schaltung. Ist so oft in kleinen Anlagen zu finden
• Mengenänderungen in einem Heizkreis beeinflussen über den gemeinsamen Kesselkreis den anderen Heizkreis. Daher nur bei geringen Druckverlusten im Kesselkreis anwendbar
• Bei falscher Dimensionierung der Heizkreisventile kann es zu Fehlzirkulationen kommen.
• Problemlos immer anwendbar bei nur einem Heizkreis.
• Anwendbar für Heizungsanlagen mit Versorgung durch Brennwertkessel oder andere Wärmeerzeuger ohne untere Rücklauftemperaturbegrenzung.

(2) Verteilung mit Hauptpumpe / Vorschubpumpe, Druckloser Verteiler

Wenn der Druckverlust im Kesselkreis durch räumliche Anordnung und/oder durch notwendige Armaturen  6 bis 7 kPa übersteigt muss der Verteiler mit einer eigenen (Vorschubpumpe) versorgt werden. Im Drucklosen Verteiler sind Vor- und Rücklauf direkt miteinander verbunden (Kurzschluss). Die Mischgruppen sollten räumlich zusammengefasst sein.

• Die Vorschubpumpe muss mindestens die Summe der Volumenströme aller angeschlossenen Heizkreise fördern.
• Die Beeinflussung der Heizkreise untereinander ist in dieser Schaltung praktisch ausgeschlossen.
• Die Schaltung stellt einen mindest Kesseldurchfluss sicher und kann eine mindest Rücklauftemperatur garantieren.
• Angewendet wird diese Lösung für Standard- und Niedertemperaturkessel
• Nicht empfehlenswert für Brennwertkessel

Heute wird an Stelle des drucklosen Verteilers eine  Hydraulische Weiche eingesetzt, sofern eine hydraulische Entkopplung gefordert ist.

(3) Verteiler mit hydraulischer Weiche

Die Hydraulische Weiche (HW) realisiert eine hydraulische Trennung zwischen Erzeuger und einem oder mehreren nachgeschalteten Verbraucherkreisen. Eine HW ist keine Systemtrennung.

• Der Primärkreis muss mindestens auf die maximal Bedingungen (Temperatur, Summen-Volumen) der Verbraucherkreise abgestimmt sein.
• Die Beeinflussung der Heizkreise untereinander ist in dieser Schaltung ausgeschlossen (vorausgesetzt die Stränge sind nah oder direkt an der Weiche angeschlossen).
• Mit der HW kann ein mindest Kesseldurchfluss sichergestellt und eine mindest Rücklauftemperatur garantiert werden.
• geringerer Druckverlust als im drucklosen Verteiler.
• Anwendung: Bei Kesseln mit begrenztem Volumenstrom (Volumenstrom Kessel < Summen-Volumenstrom Heizkreise), Kessel mit geringem Wasserinhalt, Mehrkesselanlagen, bei unklaren hydraulischen Verhältnissen im nachgeordneten Rohrnetz.

(4) Systemtrennung für Fußbodenheizung

(5) Systemtrennung Fußbodenheizung, hydraulischer Weiche

Systemtrennung

Mit einer Systemtrennung (4) erreicht man sowohl eine hydraulische Entkopplung als auch eine Trennung der Wasserkreisläufe in Kessel und Verteilung. Die Trennung erfolgt durch einen Plattenwärmetauscher. Eingesetzt wird diese Art der Entkopplung bei Einbau eines neuen Kessels in Anlagen mit Fußboden-Heizkreisen und Sauerstoff durchlässigen Fußboden-Heizungsrohren (soweit der Kessel-Hersteller es vorschreibt). Derartige Rohre wurden in älteren Fußbodenheizungen eingebaut und können durch den Sauerstoffeintrag zu Korrosions- und/oder Verschlammungs-Schäden am neuen Kessel führen. Diese Schaltung kann auch (soweit der Hersteller es vorschreibt) hinter einer hydraulischen Weiche betrieben werden (5). Das wäre der Fall: max. Kessel-Durchfluss für die Auslegung der Fußbodenheizung zu klein (Abhilfe: hydraulische Weiche) und nicht Sauerstoff dichte Fußboden-Heizungsrohre (Abhilfe Systemtrennung).

Diese Probleme können in der Bestandssanierung mit einem geplanten Kesseltausch auftauchen. Sie müssen nicht zwangsläufig auf die oben beschriebene Weise gelöst werden. Zumeist gibt es andere Kessel (für die Renovierung gleichwertige) die nicht den Einschränkungen unterliegen, die zu derartigen Lösungen zwingen (Heizungsbauer eindringlich befragen). Die Konfiguration (4) und noch mehr die Konfiguration (5) komplizieren die Hydraulik und müssen gut eingestellt werden. Zudem sind sie  teurer und verschwenden mehr Energie (höhere Anzahl von Pumpen, erhöhte Netzwiderstände, höhere Kesselwassertemperaturen).

Eine Systemtrennung findet sich auch bei indirektem Anschluss der Hausstation an Fernwärmeanlagen (da ist sie durchaus sinnvoll)

Kennwerte von Rohrleitungen

Nachrüstverpflichtung zur  Wärmedämmung von Rohrleitungen und Armaturen EnEV Text:

Eigentümer von Gebäuden müssen dafür sorgen, dass bei heizungstechnischen Anlagen bisher ungedämmte, zugängliche Wärmeverteilungs- und Warmwasserleitungen sowie Armaturen, die sich nicht in beheizten Räumen befinden, entsprechend nebenstehender Tabelle zur Begrenzung der Wärmeabgabe gedämmt sind.

Anmerkung:  Insbesondere die Dämmung von Armaturen wird gern vernachlässigt.

Ventil-Kennwerte

k_V-Wert (Ventilkoeffizient):

• k_V-Wert: Ist der Wert den ein Ventil haben muss, um bei einem bestimmten Druck über dem Ventil einen gewünschten  Volumenstrom durch zu lassen . Die Einstellung eines erforderlichen k_v-Wertes ist z.B. Bestandteil des Hydraulischen Abgleichs.
• k_VS-Wert: Bezeichnet den Volumenstrom [m³ / h] durch das voll geöffnete Ventil bei einer Druckdifferenz von 1 bar (maximaler Volumenstrom).

Ventilautorität P_v :

Δpv = Druckabfall über dem Ventil, ΔpR = Druckabfall im Rohrnetz,  ΔpA = Druckabfall der Anlage (im Auslegungszustand = Pumpendruck)

• Ein Regelventil beeinflusst den Volumenstrom im Netz. Dabei ändern sich auch die Druckverhältnisse im Netz. Bei einem voll geöffneten Ventil ergibt sich über dem Ventil ein Druckabfall Δp_v. Dieser Druckabfall geteilt durch den gesamten Druckabfall im Netz (Pumpendruck)  wird als Ventilautorität (Pv) bezeichnet.
• Um ein gutes Regelverhalten zu gewährleisten sollte die Ventilautorität möglichst hoch sein. Dies setzt voraus, dass der Anlagendruck und damit die Strömungsgeschwindigkeit im Ventil nicht zu hoch sind (auch zur Geräuschvermeidung).
• In der Praxis geht man von einem max. Differenzdruck von 200 mbar (20000Pa) aus, und einem mindest Druckverlust über dem Ventil von 40 mbar. Der maximale Druckverlust über dem Ventil sollte 150 mbar (15kPa) nicht überschreiten. Dabei muss sich die Ventilautorität in einem Bereich von 0,3 bis 0,7 bewegen. Sind die Drücke in einzelnen Netzsträngen zu hoch, müssen sie strangweise ( oder mit einem Druck unabhägigen Hk-Ventil) reduziert werden (Strangventil / Differenzdruckregler).

Kennlinien /Regelverhalten

Überströmventil Einbauvariante A

Überströmventil Einbauvariante B

Überströmventil

Ein Überströmventil ist ein Feder-belastetes Ventil, das sich ab einem voreinstellbaren Druck öffnet. Die Öffnungsweite ist proportional zum abzubauenden Überdruck.

• Ein Überströmventil soll bei schließenden Thermostaventilen einen zu starken Druckanstieg infolge ungeregelter Pumpe vermeiden (kostet Pumpenstrom und kann zu unangenehmen Fließgeräuschen im Thermostatventil  führen).
• bei Kesseln die einen Mindestvolumenstrom erfordern, diesen Mindestvolumenstrom sicherstellen.

Diese Art der Problemlösung hat einige Nachteile. Einbauvariante A führt zu einer Rücklaufanhebung des Kesselwassers (nicht gut für Brennwert-Einsatz). Zudem steigt der Druck über dem Überströmventil  proportional zum überströmenden Volumenstrom, was wiederum zur Druckerhöhung führt.

Einbauvariante B vermeidet die Rücklaufanhebung, kann aber keinen Mindestvolumenstrom sicherstellen (bei alten Kesseln u.U. unabdingbar).

Zu beachten bei Sanierungen:

• Generell Überströmventil entfernen und Einsatz einer geregelten Pumpe
• Bei Kesselanforderungen nach Mindestrücklauftemperatur oder Mindestvolumenstrom Einsatz einer hydraulischen Weiche erwägen.

Bypass Einsatzbeispiel

Bypass

Das Einsatzbeispiel zum Bypass zeigt eine Anlage die sowohl Heizkörper als auch eine Fußbodenheizung bedient. Die Vorlauftemperatur des Kessels richtet sich nach dem Bedarf des Heizkörperstranges. Diese Vorlauftemperatur ist für die Fußbodenheizung zu hoch, sie wird durch den Mischer auf das benötigte niedrigere Niveau gebracht. Der Mischer müsste nun schon im Auslegungsfall die Vorlauftemperatur des Kessels von 60 auf 40 ^oC runtermischen. Damit kann nur noch ein Teil des Regelbereichs des Mischers für seine eigentliche Aufgabe (Regelung der Vorlauftemperatur im Bereich von 20 bis 40 ^oC genutzt werden. Die Aufgabe der  60 -> 40 Anpassung übernimmt das Ventil im Bypass. Dieses ist so eingestellt, dass  sich im Auslegungszustand und voll geöffnetem Mischer am Bypass-Mischpunkt eine Temperatur von 40 ^oC einstellt.

Beispielkonfiguration mit hydraulischer Weiche

Bild einer hydraulischen Weiche mit integriertem Verteiler

Weiche kombiniert mit

2 Kreis Verteiler und interner Verbindung zwischen Weiche und Verteiler

Quelle: Sinus Verteiler

Eine Hydraulische Weiche ist ein, im Verhältnis zum Querschnitt der Anschlussrohre, großes Rohr das den Kesselkreis mit den Verbraucherkreisen praktisch ohne Druckverlust verbindet. Die Weiche dient der Entkopplung von Kesselkreis und Verbraucherkreisen, sodass Druckveränderungen in den einzelnen Kreisen keine Rückwirkung auf die anderen Kreise (Kessel- und Verbraucherkreise) haben.

Dies setzt voraus, dass auch der Verteiler geringe Druckverluste aufweist und nah an der Weiche positioniert ist (Verteiler und Weiche bilden oft eine kompakte Einheit, siehe Bild oben).

Da in der Weiche geringe Strömungsgeschwindigkeiten herrschen, ist die Weiche auch gut als Ort für Schlammfänger und Mikroblasenabscheider geeignet. Einige Anbieter liefern entsprechend ausgerüstete Weichen.

Die Weiche kann je nach herrschenden Volumenstromverhältnissen 3 unterschiedliche Betriebszustände annehmen.

• (1) Volumenstrom im Kesselkreis ist gleich dem Summenvolumenstrom der Verbraucherkreise. In diesem Fall passieren Vor- und Rücklauf die Weiche ohne jegliche Vermischung. (T1 = T2 / T3 = T4).
• (2) Der Volumenstrom im Kesselkreis ist größer als der Volumenstrom im Verbraucherkreis. Der „überschüssige“ Volumenstrom wird zum Kesselkreis zurückgeleitet, er vermischt sich mit dem Verbraucherrücklauf (T1 = T2 / T3 > T4 ).
• (3) Der Volumenstrom im Kesselkreis ist kleiner als der Volumenstrom im Verbraucherkreis. Der „überschüssige“ Rücklauf-Volumenstrom des Verbraucherkreises wird zum Vorlauf des Verbraucherkreises zurückgeleitet, er vermischt sich mit dem Kesselvorlaufwasser (T1 > T2 / T3 = T4)

Zu (1):Dieses ist der normale Auslegungszustand. In der Beispielkonfiguration oben wird die Kesseltemperatur über die Heizkurve für den Radiatorheizkreis bestimmt (gleitende Vorlauftemperatur, Regelkreis A). Der Fußbodenheizkreis wird über den Mischer geregelt (Regelkreis B).

Zu (2) Wird im Verbraucherkreis der Volumenstrom gedrosselt, z.B durch die Thermostatventile, wird das „überschüssige“ Vorlaufwasser zum Kessel zurückgeführt. Es kommt zur Anhebung der Rücklauftemperatur. Die Vorlauftemperatur bleibt konstant. Dieser mit Brennwertkesseln unerwünschte Effekt ließe sich nur durch eine Anpassung des Volumenstroms der Primärseite an den der Sekundärseite vermeiden (Primärkreis wird mengenvariabel).

Zu (3) Dieser Fall sollte eigentlich nicht vorkommen, er wird aber gezielt eingesetzt, wenn der Kessel für den sekundärseitig benötigten Volumenstrom zu klein ist, und/oder wenn die im Kessel verbaute Pumpe den erforderlichen Volumenstrom nicht schafft. In diesem Fall fährt der Kessel mit erhöhter Übertemperatur und gleicht damit das Leistungsdefizit aus. Die Weiche wirkt dann wie ein Mischer.

• Wasserhärte
• kombitherme (Verluste des speichers, untergestellt, wandhängend Wärmetauscher. Schichtspeicher
• Temperaturniveau
• Legionellen
• Zirkulation
• Frischwasserstation

• Wasserhärte, Ph-Wert, Leitfähigkeit, Sauerstoffgehalt
• Steinbildung, Korrosionsschäden, Luft, Schlamm
• Abscheider
• Wasseraufbereitung
• Entsalzung
• Enthärtung
• Ph-Wert Stabilisierung
• Erstbefüllung
• Nachspeisung
• Systemtrennung
• Reinigung, Spülung
• VE-Wasser