Zur kompletten Dimensionierung einer Heizungsanlage gehören zwei wesentliche Betrachtungen:
Die Spitzenwärmeleistung definiert in erster Näherung die Leistung der Wärmequelle.
Der durchschnittliche Wärmebedarf ist das Maß für den zu erwartenden
Energieverbrauch. Je weiter der durchschnittliche und der Spitzenbedarf auseinanderliegen, desto
stärker fallen die systembedingten Anlageverluste ins Gewicht. Die Anlage wird
'unwirtschaftlicher', die Jahresnutzungsstunden sinken. Siehe dazu auch „Überlegungen zur optimalen Heizungsanlage“.
Die (Maximal-) Leistung der Wärmequelle (Brenner, BHKW, ...) einer Heizungsanlage wird aus dem maximal zu erwartenden Energieverlust des zu beheizenden Gebäudes bestimmt.
Im Falle eines Neubaus oder einer umfangreichen Altbausanierung ist es Aufgabe des
zuständigen Architekten für eine Wärmebedarfsrechnung
für das Objekt zu sorgen.
Wenn die Wärmedurchgangswiderstände der Umschließungsflächen eines Objektes
bekannt sind, so ist die Berechnung einfach. Es wird die Umschließungsfläche mit
der jeweils kritischsten Temperaturdifferenz und dem Durchgangswiderstand (U-Wert)
multipliziert. Das Ergebnis ist der Spitzenwärmebedarf ohne Berücksichtigung der
Lebensgewohnheiten der Bewohner.
Hier muß noch der Lüftungswärmeverlust in Rechnung gestellt werden.
Vor dem Hintergrund der Zeitdauer des Auftretens der maximalen
Temperaturdifferenzen und bei der recht geringen Wärmekapazität der Luft (1KJ/KgK == 0,278Wh/KgK)
braucht man diesen nur bei gut gedämmten (neuen, sanierten) Objekten genauer in die Rechnung mit einbeziehen.
Ansonsten sollte, bei nicht zu undichten Fenstern und Türen, ein überschlägiger Ansatz
mit 0,5W * m² * Temperaturdifferenz reichen.
Eine nicht zu vernachlässigende Größe ist allerdings eine angeschlossene Brauchwassererwärmung.
Diese muß in die Dimensionierung mit einfließen, wenn sie auch nicht mit der vollen
Leistung 'oben drauf' gerechnet werden darf.
Die Bestimmung der notwendigen maximalen Wärmequellenleistung eines bestehenden
Objektes mit einer bestehenden Heizungsanlage kann man durch Brennstoffverbrauchsermittlungen
bei bekannten Umgebungstemperaturen, oder mit den jeweiligen Jahresgradtagen, experimentell machen.
Bei einem Öl- oder Gasbrenner entspricht der Brennstoffverbrauch linear der Brennzeit.
Diese kann man recht einfach, mittels eines separaten Stromzählers im
Stromversorgungszweig des Brenners, durch Messen der aufgenommenen elektrischen
Leistung ermitteln.
Der Meßzeitraum sollte zwar so lang wie möglich sein, aber nur bei kontinuierlich
hohen Innen/Außen-Temperaturdifferenzen stattfinden. Diese Temperaturdifferenzen
sollten im Idealfalle über den Meßzeitraum stabil sein. Aus diesen Randbedingungen folgt,
daß die Messung an ein paar Wintertagen (Nächten) erfolgen muß.
Der ermittelte Brennstoffverbrauch kann dann in die Bruttoheizleistung mittels
des Energieinhaltes des Brennstoffs (näherungsweise rechnet man mit:
1l Öl == 1m³ Gas == 10kWh) umgerechnet werden.
Jetzt muß der ermittelte
Wert auf die maximale Temperaturdifferenz hochgerechnet werden. Dies erfolgt mittels
eines linearen Ansatzes (Dreisatz).
Der so erhaltene Energiebedarf wird mit dem 'Wirkungsgrad' der eingebauten
Heizungsanlage multipliziert.
Zum Vergleich: Ein moderner Brennwertkessel
hat unter idealen Bedingungen einen 'Wirkungsgrad' von 96% oder besser,
eine Ölheizung mit Baujahr vor 1980 typischerweise kleiner 68%.
Die hiermit ermittelte Spitzenleistung kann durch die zu beheizende Fläche geteilt werden, um einen mittleren Wärmebedarf pro m² als Rechengröße zu erhalten (z.B. für die Heizkörperdimensionierung)
Eine gut dimensionierte Wärmequelle sollte recht genau den so ermittelten Maximalwert liefern können. Eine Dimensionierung oberhalb dieses Wertes ist auf keinen Fall sinnvoll. Durch Einbau von entsprechenden Wärmespeichern verringert sich der Spitzenwärmebedarf eher noch.
Siehe nächstes Kapitel!
Die Heizkörperhersteller spezifizieren jeden Heizkörper typischerweise bei zwei Vorlauftemperaturen mit den zugehörigen Energieabgabewerten.
Wärmeleistung in Watt bei 70/55/20°C // 55/45/20°C
und vor dem Heizkörper steht dann z.B.: 803/513
Die Leistung 803 Watt bezieht sich dann auf die Vorlauftemperatur 70°C, eine
Rücklauftemperatur von 55°C bei einer Raumtemperatur von 20°C.
Die 513 Watt werden bei 55°C Vorlauftemperatur und 45°C Rücklauftemperatur erreicht!
Wenn keine genauen Daten für einen Raum bekannt sind, kann
über den Energiemittelwert des gesamten Objektes gerechnet werden.
Siehe dazu auch Dimensionierung einer
Heizungsanlage.
Die hier unterschlagene Problematik liegt in den
unterschiedlichen Temperaturniveaus der Räume je nach Nutzung und
der sich daraus ergebenden unterschiedlichen Energieflüsse auch
innerhalb des Objektes. Des weiteren gehen wir hier davon aus, daß
alle Räume mit Heizkörpern ausgestattet werden, oder die
Flächenleistung der unbeheizten Räume auf die umliegenden
Räume umgerechnet wird. Näheres dazu steht in der DIN 4701!
Wenn diese speziellen Einflüsse als vergleichsweise gering
betrachtet werden dürfen, (z.B. in Altbauten mit
Außendämmungen schlechter als 1,5 W/m²K) dann ist
die einfache Bestimmung des Wärmebedarfs ausreichend.
Mit dem
so ermittelten Wärmebedarf pro m² wird dann die notwendige
Heizleistung für den Raum ermittelt und anhand der
Herstellertabellen bei gegebener Vorlauftemperatur der passende
Heizkörper ausgesucht.
Die
Wassermenge im Heizungswasserumlaufsystem sollte so klein wie
möglich sein. Jedes Gramm Wasser in dem Heizungsumlaufsystem
muß auf die Vorlauftemperatur gebracht werden und muß bei
der Nachtabsenkung zunächst seine gespeicherte Energie ins Haus abgeben. Damit
wird das Heizungssystem träge. Das Wasser im Heizungskreislauf
stellt einen Wärmespeicher dar.
Auf der anderen Seite
muß innerhalb eines Hauses die Wärmeenergie zu den Zielorten
(Heizkörpern) transportiert werden. Damit die notwendige Energie
bei der gewünschten Vorlauftemperatur transportiert werden kann,
ist eine bestimmte Wassermenge pro Zeiteinheit als Durchflußmenge (Massestrom)
notwendig. Je dünner die Rohre des Heizungssystems sind, um so
schneller muß das Wasser in diesen Rohren fließen. Dies
bewirkt die störenden Fließgeräusche im
Heizungssystem. Je dicker der Leitungsquerschnitt, um so langsamer
fließt das Wasser!
Siehe dazu auch: Durchflußmenge im Heizungssystem und Auslegung der
Wasserleitungsquerschnitte .
Die notwendige Durchflußmenge in einem Heizkreislauf wird
von der zu transportierenden Energiemenge (Wärmebedarf des Hauses) und der
erreichten Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf des Heizkreises
bestimmt.
Aus Gründen der Geräuschentwicklung sollte die Fließgeschwindigkeit des
Wassers im Heizungssystem so niedrig wie möglich sein (siehe auch hier).
Des weiteren arbeiten die Heizkörper nur dann im optimalen Bereich, wenn die seitens des
Herstellers spezifizierte Vor-/Rücklauf-Temperaturdifferenz erreicht wird.
Von daher ergibt sich die notwendige Umlaufmenge aus der Temperaturdifferenz und der
Heizkörperleistung.
Eine höhere Umlaufmenge ist technisch nicht mehr sinnvoll! (Massestrombegrenzung)
Heizkörperleistung: 1kW
Temperaturdifferenz Vorlauf/Rücklauf: 10°K (nach Herstellerangaben bei 55°C Vorlauftemp.)
Wassermenge pro Stunde für diesen Heizkörper:
1 [kWh] | |
= 86[l/h] | |
10 * 1,164E-3 [kWh2 /l°K] |
Hierbei ist 1,164E-3 die Wärmekapazität in kWh eines Liter Wassers pro Grad Kelvin!
In einem Heizungssystem müßten alle Leistungen der Heizkörper (soweit sie
zeitgleich genutzt werden) addiert werden.
Mittels obiger Formel kann dann die notwendige Durchflußmenge (Summe und für jeden Zweig) ermittelt werden.
Näherungsweise kann man sagen:
Die notwendige Umlaufmenge pro Stunde ist: Wärmeleistung in kW mal 86l.
Dies gilt unter der Annahme der Temperaturdifferenz am Heizkörper von 10 Grad! Bei
Niedertemperaturheizungen (Fußboden oder Wandheizungen) gilt dies
natürlich nicht. Hier ist mit
einer geringeren Temperaturdifferenz zu rechnen!
Zur Einstellung der korrekten Durchflußmenge befinden sich an neueren Heizkörpern Ventile mit
einstellbarer Volumenstrombegrenzung. An älteren Anlagen befinden sich an den Heizkörpern
die sogenannten Rücklaufverschraubungen. Hiermit kann die Durchflußmenge (Massestrom) eines jeden
Heizkörpers an die gegebenen Druckverhältnisse angepasst werden.
Ist der Druck der Umlaufpumpe zu groß, entstehen schnell die störenden Fließgeräusche.
Von daher sollte der Pumpendruck der Umlaufpumpe auf das absolut notwendige
Minimum reduziert werden! Dies funktioniert natürlich nur in einem abgeglichenen Heizungssystem
(dynamischer Abgleich)!
Zusatzinfo: Ja, für den dynamischer Abgleich gibt es auch sog. Strangventile. Aber diese sind
nur in größeren
Heizungssystemen vorhanden und begrenzen die Durchlaufmenge eines Stranges. Pech wenn dieser
Strang in sich jetzt nicht austarriert ist.
In einem Heizungssystem existieren zwei Arten von Druck:
Der statische Druck muß am Fußpunkt der Anlage (niedrigster Punkt der Heizungsanlage)
bei kaltem Wasser mindestens dem Druck einer Wassersäule mit der Höhe des höchsten zu versorgenden Punktes
entsprechen. Der Druck sollte auch nicht deutlich über diesem Wert liegen, da damit
die Beanspruchung des Heizkreislaufes steigt und die Gefahr einer Undichtigkeit
unnötig erhöht wird!
Aus technischen Gründen sollte er bei vielen
Heizungssystemen am Wärmeerzeuger aber auch nicht unter einem Bar liegen, da
die Geräte sonst partiell überhitzen könnten und sich wegen fehlendem Wasser im Heizkreislauf abschalten können!
Wasserdruck: |
| = 1,02 Bar! |
Mit der Erwärmung des Heizungswassers dehnt sich dieses aus. Damit der entstehende Druck (Wasser ist inkompressibel!) nicht den schwächsten Punkt des Heizungssystems sprengt und das System undicht wird, existiert ein Druckausgleichsgefäß und ein Überdruckventil. Das Druckausgleichsgefäß ist ein mit einer Gummimembrane abgetrennter Hohlraum, in welchen sich das Wasser hinein ausdehnen kann. Dabei wird die in dem Hohlraum befindliche Luft komprimiert. Das Ausdehnungsvolumen des Gefäßes muß auf die Heizungswassermenge abgestimmt sein! Diese Gefäße werden immer mit einem statischen Gegendruck beaufschlagt, der in etwa dem hier beschriebenen Druck bei kaltem Wasser, unter Berücksichtigung der Aufstellungsposition des Gefäßes, entsprechen sollte, damit das angegebene Volumen auch wirklich dem erwärmten Wasser zur Verfügung steht!
Der dynamische Druck zur Bewegung des Wassers durch die Heizkörper wird von der Umlaufpumpe erzeugt und ist eine Druckdifferenz zwischen Vor- und Rücklaufleitungen. Siehe dazu auch Durchflußmenge im Heizungssystem
Das Ausgleichsgefäß hat
in einem geschlossenen Wasserkreislauf die Aufgabe, den statischen Druck des
Systems einigermaßen stabil zu halten. Dies wird erreicht, indem
das durch Temperaturerhöhung entstehende zusätzliche
Wasservolumen in einen mit Gas gefüllten Behälter strömen
kann. Das Gas in dem Behälter wird dabei komprimiert. Da Gas recht
gut komprimierbar ist, kann so das überschüssige Wasser
zwischengespeichert werden. Als Gas wird Stickstoff verwendet, damit wird versucht,
das Heitzungssystem Sauerstoffrei zu halten. Sowohl der Behäter, als auch das Heizungssystem
selbst können keinen freien Sauerstoff gebrauchen.
Zum Nachfüllen tut es dann notfalls auch Luft. Solange die Membrane noch
gut ist kommt auch kein Sauerstoff ins Heizungswasser.
Ist das Gefäß zu klein
dimensioniert oder nicht regelmäßig gewartet, kann es
passieren, wenn das Überdruckventil nicht korrekt funktioniert,
daß der Druck des Wassers das Rohrsystem an der
schwächsten Stelle sprengt. Damit ist das System undicht!
Eine häufige Ursache für ein undichtes Heizungssystem liegt in der
mangelhaften Wartung des Ausgleichsgefäßes. Auch mit der
Heizungswartung beauftragte Firmen prüfen
erfahrungsgemäß nicht zuverlässig jedes Jahr den Druck
im Ausgleichsgefäß (es gibt ja noch ein Überdruckventil...).
Wenn das Überdruckventil tatsächlich, bedingt durch ein nicht funktionierendes
Ausgleichsgefäß, zuschlägt, befindet sich danach zuverlässig
Luft im Heizungssystem! Damit funktioniert ab jetzt ein Teil des
Heizkreislaufes (meist die obersten Heizkörper) als Ausgleichsbehälter.
Zur Dimensionierung des
Ausgleichsgefäßes wird die im Heizkreislauf (inkl.
Pufferspeichern!) vorhandene Wassermenge berücksichtigt. Da das
Wasser in diesem System sehr heiß werden kann, sollte mit der
höchsten theoretischen Temperatur dimensioniert werden. Zwar
liefern moderne Heizungssysteme das Wasser typischerweise mit maximal
70° Celsius an den Wärmekreislauf aus, aber in den Wärmepuffern kann es trotzdem
100°C erreichen! Von daher sollte der Berechnungsansatz auf der
Ausdehnung bei 100°C mal dem Wasser-Volumen der Heizungsanlage liegen.
In den hier vorliegenden Berechnungsbeispielen wird immer von der Basistemperatur
4°Celsius ausgegegangen. Dies ist nicht unbedingt nötig, sofern
eine andere Temperatur als niedrigste schlüssig Argumentiert werden kann (z.B. 18°Celsius).
Dann kann mit einem entsprechend kleineren Ausdehnungsvolumen gerechnet werden.
Wasserumlaufvolumen: 500l
Pufferspeichervolumen: 1000l
Ausdehnungskoeffizient des Wassers von 4°C zu:
14°C | 1,00071 |
20°C | 1,0018 |
40°C | 1,0078 |
60°C | 1,0171 |
80°C | 1,029 |
100°C | 1,0434 |
Bei 100 Grad als Maximaltemperatur: |
(500+1000)[l] * (1,0434-1) = 65[l] Ausdehnungsvolumen für das Wasser! |
Bei 80 Grad als Maximaltemperatur: |
(500+1000)[l] * (1,029-1) = 44[l] Ausdehnungsvolumen für das Wasser! |
Hinweis: Wasser hat den Punkt höchster Dichte bei 4°C! Wasser bei 0°C
oder bei 8°C ist leichter als Wasser bei 4°C!
Das Ausdehnungsgefäß muß noch den Platz für das komprimierte Gas bereitstellen!
Im Gegensatz zur hier dargelegten Beispielrechnung, erwärmt man nicht das
ganze Wasser eines Heizungssystems auf die Maximaltemperatur (z.B. die Rücklaufleitungen sollten
schon kälter sein). Die hier angegebenen Größen sind also Maximalwerte!!
Das Ausdehnungsvolumen beschreibt, wieviel Platz dem Wasser in dem
Ausdehnungsgefäß zur Ausdehnung eingeräumt werden
muß. Das im Ausdehnungsgefäß vorhandene Gas wird bei
diesem Vorgang komprimiert. Mit der Kompression wird der Gegendruck im
Gefäß und damit der statische Druck im Heizungssystem erhöht. Da
ein Gas nicht beliebig komprimiert werden kann, muß noch etwas
Platz im Ausgleichsbehälter für das komprimierte Gas
vorgesehen werden! Hier muß der maximale zulässige
Heizungsdruck berücksichtigt werden! Da dieser typischerweise bei
2,5 bis 3 Bar liegt und der statische Druck der Anlage die Untergrenze
bildet, darf der durch Kompression erzeugte Gegendruck nur bei
ca. 2,5-'Statischem Druck' liegen. Im Detail muß natürlich auch der
Aufstellungsort des Ausgleichsgefäßes berücksichtigt werden.
Am Heizungsfußpunkt ist der statische Druck natürlich entsprechend höher.
Siehe dazu auch Druck im Heizungssystem.
Der Lösungsansatz geht dabei
über die Gleichungen von 'Boyle-Mariotte' unter der Annahme,
daß sich die Temperatur im Ausdehnungsgefäß nicht ändert.
Notwendiges Ausdehnungsvolumen aus obigem Beispiel: 44 l (Vo)
Minimaler statischer Gegendruck der Heizungsanlage: 1,2 Bar
Maximal gewünschter Druck im Heizungssystem: 2,1 Bar
Relative Druckerhöhung: Pmax/Pnenn | ||||||||||||
| ||||||||||||
Vo * Pr | ||||||||||||
V | = | |||||||||||
Pr-1 | ||||||||||||
44 [l] * 1,75 | ||||||||||||
==> | = | 103 [l] | ||||||||||
1,75-1 |
Einstellung des Ausgleichsgefäßes:
Wie aus obiger Beschreibung ersichtlich, muß der Ausgleichsbehälter mit
dem statischen Gegendruck des Heizkreislaufs beaufschlagt werden.
Um dies zu erreichen, wird zunächst der Gegendruck durch das Heizungssystem entfernt.
Hinweis: auch noch im Behälter befindliches Wasser muß entfernt werden!
Dann kann der Gasdruck durch Nachfüllen aus einer Stickstoff Druckgasflasche oder
mittels einer Luftpumpe durch das Ventil am Ausgleichsgefäß
auf den Nenndruck gebracht werden.
Wenn jetzt das Heizungssystem wieder gegen die Membrane drückt
findet es den notwendigen Platz zum Ausweichen vor.
Natürlich kann das notwendige Volumen durch die Bereitstellung mehrere einzelner
Ausgleichsgefäße realisiert werden.
Sinnvollerweise werden solche Gefäße am kühlsten Punkt einer
Heizungsanlage angeschlossen!
Es ist wichtig den Gegendruck in dem Gefäß bei jeder Heizungswartung zu prüfen.
Noch ein Hinweis zur Aufstellung aus gegebenem Anlaß:
Die Gefäße sollten so aufgestellt werden, dass der
Wassereinlaß unten ist und das Gasventil oben!
Ist die Aufstellung anders, kann es passieren, daß das Gefäß sofort ausfällt, sobald die
Membrane eine Schwäche zeigt. Steht das Gefäß korrekt, kann es trotz eventuell defekter
Membrane einwandfrei arbeiten! Dies erhöht die Standzeit bedeutend.
Ist der Druck abgefallen, steht
nicht mehr das ganze Volumen zur Verfügung und kann zu 'Luft im Heizungssystem' führen.
Wenn ein Heizkörper nur zu einem Teil
warm wird (untere Hälfte oder ein paar Rippen am Wassereinlaß), dann befindet sich im
oberen Bereich Luft. Diese kann mittels der Entlüftungsschraube herausgelassen werden.
Den Fall, daß der Heizkörper nur im oberen Teil, aber auf der vollen Heizkörperlänge warm wird,
beschreibt das nächste Kapitel!
Wenn ein Heizkörper nur im oberen Teil warm wird, ist die Wasserumlaufmenge (Volumenstrom) durch den Heizkörper
zu gering.
Diese sollte am Heizkörper selbst eingestellt sein.
Die Einstellung ist aber ein dynamischer Parameter und muß mit dem gesamten Heizungssystem
abgestimmt sein. Von daher muß erst kontrolliert werden,
ob die anderen bestimmenden Bauteile (Umlaufpumpe, andere Absperreinrichtungen) in Ordnung sind,
bevor die Volumenstrombegrenzung verstellt wird!
Speziell in der Übergangszeit vom Sommer- zum Winterbetrieb kann es auch sein,
daß die Vorlauftemperatur (bewußt) noch
sehr niedrig ist und sich dadurch der halbwarme Heizkörper einstellt. Dies
ist dann kein Fehler im Heizungssystem sondern konstruktiv vorgegeben.
Die Einstellung (Reduzierung) des Volumenstromes am Heizkörper erfolgt bei neueren
Systemen mit einer Einstellmöglichkeit am Einlassventil.
An älteren Anlagen befinden sich an den Heizkörpern die sogenannten Rücklaufverschraubungen, diese
können ebenfalls zur Volumenstromeinstellung genutzt werden.
Siehe dazu auch: Durchflußmenge im Heizungssystem!
oder: Heizkörper wird in der Übergangszeit nicht warm!
Wenn das Heizungssystem in einem einigermaßen isolierten Haus
richtig dimensioniert ist und die Vorlauftemperaturregelung auf einen
entsprechenden thermischen Dynamikbereich eingestellt ist, wird in den
Übergangszeiten eine Vorlauftemperatur eingestellt, welche an den
Heizkörpern nicht als 'warm' empfunden wird. Solange die Räume die
gewünschte Temperatur erreichen, ist dieses Verhalten
wünschenswert, da damit die Energieverluste des Heizungssystems
minimiert werden. Dies gilt in besonderem Maße für eine
Fußbodenheizung, da hier die Vorlauftemperatur prinzipiell
niedriger ist.
Sollten andere Heizkörper im Haus 'warm' werden,
so muß das Ventil geprüft werden, oder das
System auf Luft untersucht werde.
Luft kann aus diversen Gründen in das Heizungssystem gelangen (siehe auch hier). Im Besonderen
ist nach einem Neubefüllen des Systems mit Wasser die Luft zu entfernen.
Im Laufe der Zeit entgast das Heizungswasser
und bringt damit 'neue' Luft in das Heizungssystem. Deshalb muß der Heizkreislauf
regelmäßig (zu Beginn der Heizperiode) auf Luft untersucht werden.
Die Luft sollte auch deshalb schnellstmöglich aus
dem System entfernt werden, da sie eine innerer Korrosion des Heizungssystems begünstigt.
Normales Heizungswasser ist spätestens nach der ersten Heizperiode entgast
und enthält so gut wie keine Luft (Sauerstoff) mehr. Jedes Nachfüllen
bringt wieder neuen Sauerstoff in das Heizungssystem.
Die Luft im Heizkreislauf kann einzelne Heizkörper komplett vom Heizungssystem abtrennen.
Typischerweise ist ein Heizkreislauf so angelegt, daß die Luft in die Heizkörper
strömt. Dies führt dann zu den halb warmen Heizkörpern. Hier kann die
Luft meist gut durch die Entlüftungsschraube abgelassen werden.
Nach einem Entlüftungsvorgang des Heizsystems ist eine Kontrolle des
statischen Heizungsdruckes angebracht.
Besonders nach einer längeren heizungsfreien Periode kommt es vor, daß einzelne Heizkörper nicht warm werden, weil das Einlaßventil nicht öffnet. Werden die Ventile längere Zeit (Sommer) im geschlossenen Zustand gehalten, so kommt es vor, daß die Ventile 'verkleben'. Kurzfristige Abhilfe schaffen hier meist, bei vollständig freigegebenem Ventil (Thermostat auf Anschlag), ein paar (nicht zu starke) Schläge mit einem Hammer auf die Ventilverschraubung (Achtung nicht auf irgendwelche Plastikteile!) und vorsichtig auf den Ventilstift (in Betätigungsrichtung). Wenn das Ventil einmal frei ist, sollte es zumindest für die aktuelle Heizperiode frei bleiben. Man kann diesem Zustand aber vorbeugen, indem man nach der Heizperiode, wenn die Heizung ausgeschaltet ist, die Thermostate an den Heizkörpen auf maximale Temperatur einstellt.
Schlagende oder klopfende Geräusche, die ein Heizkörper produziert, besonders wenn das
Thermostatventil regeln muß (z.B. weil sich bei der Nachtabsenkung die Vorlauftemperatur ändert),
sind häufig Zeichen für einen falsch angeschlossenen Heizkörper. Die Ursache liegt
darin, daß das Wasser falsch herum durch das Regelventil fließt. Auf dem Ventil ist die
Fließrichtung des Wassers mit einem Pfeil angegeben. Wurde jedoch entweder das falsche Ventil eingebaut oder
Vor-/ Rücklauf vertauscht, so entstehen diese Geräusche.
Eine andere Nebenwirkung des falsch gepolten Ventils könnte
sein, daß das Ventil nicht mehr
schließen kann weil der Pumpengegendruck zu hoch ist. Der Heizkörper geht dann
nicht mehr aus! Wenn der Pumpendruck nicht groß genug ist, das Ventil festzuhalten oder die
schlagenden Geräusche zu produzieren, kann es sein, daß im Umschaltbereich des
Regelventils Schwingungen auftreten (pfeifend...).
Ein einfacher Test bei Verdacht:
Normalerweise (!) sind Heizkörper so angeschlossen, daß das (warme) Wasser von oben nach unten
durch den Heizkörper läuft. Dies kann man leicht prüfen:
(Thermostat-)Ventil auf niedrigste Stufe,
warten bis der Heizkörper abgekühlt ist,
(Thermostat-)Ventil aufdrehen und fühlen ob der Heizkörper
von oben oder unten an warm wird!
Die notwendige Wassermenge pro Zeiteinheit, welche durch einen Heizkörper fließen muß,
damit die benötigte Wärmemenge transportiert wird, ist hier beschrieben.
Zur Vermeidung von Fließgeräuschen wird allgemein empfohlen, den
Querschnitt der Leitungen so auszulegen, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers
0,8 m/s (== 2.880 m/h) nicht überschreitet!
Dies bedeutet:
Wassermenge [m3/h] | |
= Fläche in m2 | |
2880[m/h] |
Oder als Beispiel:
Wenn 10kW mit einer Differenztemperatur von 10°K transportiert werden müssen, so bedeutet dies:
0,86[m3 /h] | |
= 298,6E-6 [m2 ] | |
2880[m/h] |
Was (A=r2 *Π) im konkreten Fall einem Rohrinnendurchmesser von mindestens 20mm entspricht, der an keiner Stelle im Heizkreis unterschritten werden darf!
Der Querschnitt sollte etwas größer gewählt sein, damit auch bei leicht
erhöhter Pumpenförderleistung
der 'Geräuschgrenzwert' nicht überschritten wird. Natürlich muß auch die Umlaufpumpe
entsprechend der Auslegung eingestellt werden! Ein deutlich erhöhter Querschnitt bindet dagegen zu viel
Heizenergie im Verteilsystem und macht die Energieverteilung unwirtschaftlicher!
Vor dem Hintergrund des Strömungswiderstandes und der daraus
abgeleiteten notwendigen Pumpenförderleistung
sowie den meist nicht abgeglichenen Heizungssystemen, bei denen keine korrekte
Vor-/Rücklaufdifferenz erreicht wird,
wird meist ein etwas größerer Querschnitt gewählt!
Nochmals zur Übersicht für einige gängige Rohraußendurchmesser (hier Kupfer):
Energie bei Differenztemperatur [kW] | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|
Außenduchmesser [mm] | Fläche [mm2] | [l/h] | 3°K | 5°K | 10°K | 15°K |
10 | 50 | 144 | 0,5 | 0,8 | 1,6 | 2,5 |
12 | 78 | 224 | 0,8 | 1,3 | 2,6 | 3,9 |
15 | 130 | 374 | 1,3 | 2,2 | 4,4 | 6,6 |
18 | 200 | 576 | 2,0 | 3,3 | 6,7 | 10,0 |
22 | 314 | 904 | 3,2 | 5,2 | 10,5 | 15,0 |
28 | 531 | 1530 | 5,3 | 8,9 | 17,8 | 26,6 |
Alle Angaben beziehen sich auf eine Fließgeschwindigkeit von 0,8m/s! | ||||||
Die Spalte [l/h] ist die (maximale) Wassermenge (effektive Pumpenförderleistung)! |
Die niedrigen Differenztemperaturen sind bei Flächenheizungen (Fußbodenheizungen) wichtig!
Der Bilanzpunktregler (Bilanzregler) oder der Sonderfall Nullpunktregler, wird derzeit im Kontext einer
privaten (eigenen) Stromerzeugung (KWK ,Sonne, ...) mit Netzeinspeisung benötigt. Dabei bilanziert
der Regler einen Leistungsfluß (Leistungsbilanz oder Strombilanz) an einem bestimmten Punkt im
System (im Normalfall am Übergabepunkt zum Versorger, sprich am Zähler) und regelt an diesem
Punkt auf einen vorgegebenen Fluß hin. Im Sonderfall Nullpunktregler (Nulleinspeisung / Nullbezug)
wird versucht, den Leistungsfluß an diesem Punkt zu Null zu regeln.
Der Bilanzpunktregler kann eingesetzt werden, um den sog. Eigenstromverbrauch (Eigenverbrauch) zu erhöhen
(theoretisch bis 100%). Die Eigenverbrauchsoptimierung ergibt immer dort Sinn, wo die abfließende Leistung
(der Strom) weniger Erlös bringt als er kostet (z.B. Bei einem BHKW wenn die Betriebskosten höher
sind als die aktuelle Einspeisevergütung), oder wenn die Leistung im eigenen Umfeld mehr Wert ist (z.B.
bei einer Solaranlage ohne Einspeisevergütung oder für die Leistung oberhalb der 70% ...). Im
einfachsten Falle ist der Regler mit einem Heizstab kombiniert (dadurch entsteht ein 'regelbarer Heizstab'),
der die überschüssige Leistung dem lokalen Wärmesystem (z.B. Heizung, Brauchwasser ...)
zuführt (Stichwort: Power to Heat oder Power-to-X)).
Auch im Hinblick auf die Kostenentwicklung der Photovoltaik (Fotovoltaik, Solarsysteme) ist es eine
Alternative, nicht für andere Zwecke genutzten Strom dem Wärmesystem zuzuführen.
Photovoltaikanlagen dürfen, bezogen auf den aktuellen Wärmebedarf, im Gegensatz zu
solarthermischen Anlagen, auch deutlich überdimensioniert sein. Damit ergibt auch eine
solargestützte Heizung über diesen Weg Sinn.
Da der Regler nur die 'überschüssige' Energie verwertet, kann er mit beliebigen
anderen Energiemanagementsystemen kombiniert werden.
In Kombination mit einem Batteriesystem (Elektroauto,...) wird z.B. nur die Energie, welche die Batterie
nicht aufnehmen kann, in Wärme umgewandelt.
Mit dem Bilanzpunktregler ist es also möglich, die selbst erzeugte elektrische Energie im eigenen
Umfeld 'festzuhalten'. Damit läßt sich der Eigenstromverbrauch einstellen, ohne dass z.B.
der (Solar-)Erzeuger abgeregelt werden muß.
Da der Bilanzpunktregler den Übergabepunkt (den Zähler) im 'Blick' hat, sieht er nur den Strom, der
tatsächlich nicht 'vorher' schon durch einen lokalen Verbraucher abgegriffen wurde.
Siehe dazu auch: egokw.
Siehe dazu den Abschnitt „Anmerkung zur Verwendung von Batterien“.
Siehe dazu den Abschnitt „Wie berechnen sich die Kosten einer Batterie im Betrieb?“.