In Deutschland sind Heizungsanlagen, die Wärme mit Wasser verteilen, sowohl im Wohnungs- als auch im Nichtwohnungsbereich der gängige Standard. Ob Heizkörper oder die mittlerweile vorherrschenden Fußbodenheizungen im Neubau – sie alle werden von Wasser aus dem Wärmeerzeuger, sei es eine Gastherme oder eine Wärmepumpe, durchflossen. Diese Heizungen fungieren als komplexe ‘hydraulische Systeme’, deren Funktionalität und Effizienz von Durchflussmengen, Druck im System und Wassertemperaturen abhängen. Mit Homematic IP wird nun der hydraulische Abgleich an Heizkörpern automatisiert – eine nutzerfreundliche Innovation für eine optimierte Wärmeverteilung.”
Optimierung des Heizbetriebs: Hydraulischer Abgleich für effiziente Wärmeversorgung
In Deutschland sind Heizungsanlagen, die Wärme mithilfe von Wasser verteilen, sowohl im Wohnungs- als auch im Nichtwohnungsbereich weit verbreitet. Diese hydraulischen Systeme, die Heizkörper oder Fußbodenheizungen einschließen, werden von Wasser aus einem Wärmeerzeuger wie einer Gastherme oder einer Wärmepumpe durchströmt. Die Leistung und Effizienz solcher Heizungen hängen von Faktoren wie Durchflussmengen, Drücken im System und Wassertemperaturen ab.
Die Komplexität dieser hydraulischen Systeme variiert erheblich, von einfachen Strukturen in einzelnen Wohnungen bis zu komplexen Anlagen, die ganze Gebäudekomplexe versorgen. Bei der Modernisierung von Heizungen im Altbau erfolgt die Versorgung oft durch einen zentralen Rohrstrang, während in Einfamilienhäusern separate Stränge pro Etage üblich sind. In Mehrfamilienhäusern gibt es typischerweise eine zentrale Heizungsanlage für das gesamte Gebäude.
In verteilten hydraulischen Systemen zeigt sich, dass Heizflächen in der Nähe des Wärmeerzeugers oft höhere Volumenströme aufweisen, während entferntere Heizkörper mit niedrigeren Strömen durchflossen werden. Dies führt zu ungleichmäßiger Wärmeversorgung in den Räumen.
Um Heizungsanlagen effizient und sparsam zu betreiben, ist ein hydraulischer Abgleich erforderlich. Dieser sorgt dafür, dass für jeden Raum die genau benötigte Wärmemenge abgegeben wird, um ein optimales Raumklima zu gewährleisten. Der hydraulische Abgleich ist entscheidend, um Überhitzung oder verzögerte Erwärmung zu vermeiden und die Energiekosten zu optimieren.
Durch die Implementierung eines hydraulischen Abgleichs können Heizungsanlagen präzise auf die individuellen Anforderungen jedes Raumes abgestimmt werden, was nicht nur den Komfort steigert, sondern auch zu erheblichen Energieeinsparungen führt.
Verpflichtung zum Hydraulischen Abgleich
Es ist zwingend erforderlich, bestehende und neu zu errichtende Heizungssysteme hydraulisch abzugleichen, um negative Effekte, wie zuvor beschrieben, zu vermeiden. Der hydraulische Abgleich gewährleistet den Komfort der Bewohner und Nutzer von Gebäuden, spart wertvolle Energie ein und trägt zur Reduzierung von Kosten sowie CO2-Emissionen bei. Daher ist die Durchführung des hydraulischen Abgleichs im Rahmen von Förderprogrammen der KfW bzw. BAFA und gemäß VOB-C verpflichtend, wenn Heizungen neu installiert oder ersetzt werden.
Anhand der Gebäudedaten lässt sich die benötigte Wärmemenge für jeden Raum ermitteln, die von Faktoren wie Solltemperatur, Außentemperatur, Wetter und anderen Einflüssen wie Lüften abhängt. Bei wasserbasierten Heizungen beeinflussen die Art und Dimensionierung der Heizkörper, die aktuelle Durchflussmenge an jedem Heizkörper und die Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur die abgegebene Wärmemenge in einem Raum.
Für einen sachgerechten hydraulischen Abgleich ist eine detaillierte Planung unerlässlich, die im Neubau zwar aufwendig, aber fachlich kaum schwierig sein sollte. Beim Austausch der Heizung stellt der hydraulische Abgleich, aufgrund fehlender Daten, oft eine Herausforderung dar, wenn nicht sogar unmöglich ist. Aufgrund von Limitierungen mechanischer Regelungen gestatten Normen und Gesetzgeber heute die Nutzung grober Schätzungen und Annahmen für Berechnungen im Rahmen des hydraulischen Abgleichs.
Methodische Herausforderungen bei der Ermittlung der erforderlichen Wärmemenge und deren Berücksichtigung im hydraulischen Abgleich
Die erforderliche Wärmemenge ist keinesfalls konstant und unterliegt nicht nur der vom Nutzer gewünschten Solltemperatur der Räume, sondern auch den Schwankungen der Außentemperatur und den Wetterbedingungen. Ein Raum, der kaltem Wind oder Regen ausgesetzt ist, erfordert offensichtlich mehr Heizung als ein Raum, dessen Fenster auf der sonnenzugewandten Seite liegen.
Die Berechnung der benötigten Wärmemenge pro Raum ist grundsätzlich unproblematisch, wenn dabei nur die Soll- und Außentemperatur berücksichtigt werden, jedoch nicht andere Wettereinflüsse. Bei Neubauten könnten dazu bereits für die ENEV (Energieeinsparverordnung) bzw. seit November 2020 für das GEG (Gebäudeenergiegesetz) ermittelte Daten des Gebäudeenergiebedarfs herangezogen werden. Bei bestehenden Gebäuden stehen die erforderlichen Daten jedoch selten für eine präzise Bestimmung des Energiebedarfs zur Verfügung, selbst wenn vereinfachte Methoden verwendet werden.
Die Norm erlaubt stattdessen die Anwendung einer groben Schätzung pro Quadratmeter, basierend auf einer Tabelle, die das Gebäudealter und die Gesamtgröße berücksichtigt. Dabei werden die spezifischen Eigenschaften des Gebäudes sowie durchgeführte energetische Sanierungsmaßnahmen wie Fenstertausch oder Dämmung nicht berücksichtigt. Daher ist es fraglich, die auf diesem Weg gewonnenen Daten tatsächlich zu verwenden.
Es bleibt jedoch ein grundlegendes methodisches Problem: Wie bereits dargestellt, hängt die benötigte Wärmemenge wesentlich von der Außentemperatur und dem Wetter ab. Die Frage, wie dies hydraulisch von einem mechanischen Regler und einer einzigen Ventilvoreinstellung berücksichtigt werden kann, bleibt eine Herausforderung.
Effiziente Regelung und Ausstattung für die Wärmeverteilung in modernen Heizsystemen
Die Steuerung der gesamten erzeugten Wärme stellt bei zeitgenössischen Wärmepumpen, Gas-Brennwertthermen und anderen Wärmeerzeugern kaum noch eine Herausforderung dar. Die Regelung der Vorlauftemperaturen basiert heute auf einer Außentemperaturführung durch entsprechende Sensoren, was als gängiger Stand der Technik gilt und die manuelle Steuerung der Vorlauftemperatur in der Vergangenheit ersetzt hat. Ebenso hat die Regelung des Wärmeerzeugers mit einem Thermostaten in einem führenden Raum – zumindest in Deutschland – weitgehend modernen Brennersteuerungen Platz gemacht.
In verzweigten Systemen ist es selbstverständlich, dass jeder einzelne Strang ausgeglichen und bedarfsgerecht versorgt werden muss. Dies wird heute durch den Einsatz moderner Hocheffizienzpumpen und Strangdifferenzdruckregler erreicht.
Prinzipielle Herausforderungen beim hydraulischen Abgleich an Heizkörpern
Die Abstimmung der Wärmeverteilung an Heizkörpern stellt eine fundamentale Herausforderung dar. Mechanische Heizkörperthermostate fungieren lediglich als einfache Proportionalregler, was bestimmte Herausforderungen mit sich bringt. Aufgrund ihrer Natur ist ein dynamisches, adaptives Verhalten oder ein automatischer, permanenter Abgleich mit mechanischen Thermostaten nicht möglich. In der Praxis ist die Begrenzung des maximalen Durchflusses am Ventil die einzige Möglichkeit, einen annähernden Ausgleich einzelner Heizkörper vorzunehmen. Daher gilt die Ventilvoreinstellung heute als Standard für den hydraulischen Abgleich an Heizkörpern.
Die genaue Kenntnis des hydraulischen Systems ist für die Ventilvoreinstellung bei mechanischen Thermostatventilen unerlässlich. Dazu gehören auch präzise Daten zu den Heizkörpern und den verwendeten Ventilen.
Der Durchfluss an den Heizkörpern hängt maßgeblich von Faktoren wie Pumpendruck, Leitungsdimensionen und Leitungsführung ab. Dazu gehören Querschnitte, Längen, die Anzahl und der Radius der Bögen aller Leitungen im Heizungsnetz. Ohne entsprechende Daten ist eine korrekte Ventileinstellung nicht möglich. Eine entscheidende Herausforderung beim hydraulischen Abgleich an Heizkörpern besteht daher in der genauen Ermittlung aller dieser Daten.
Die notwendige präzise Planung wäre im Neubau zwar aufwendig, aber prinzipiell sind alle Daten verfügbar. Fachlich betrachtet sollte die Bestimmung der Voreinstellung für jedes einzelne Ventil daher erreichbar sein. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass die entsprechenden Daten aus der Planung nicht immer als verlässlich angesehen werden können.
Im Gebäudebestand ist die Problematik noch größer. Beim Austausch der Heizung muss ebenfalls ein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden, und in der Praxis stehen die dafür notwendigen Daten fast nie zur Verfügung. Die genauen Informationen zu alten Heizkörpern und der exakten Verlegung der Rohre sind oft nicht verfügbar, was ein grundlegendes Problem beim hydraulischen Abgleich an Heizkörpern im Bestand darstellt.
Praxis des Hydraulischen Abgleichs: Herausforderungen und Dokumentation
Das übergeordnete Ziel des hydraulischen Abgleichs besteht in der korrekten Auslegung der gesamten Anlage, um jederzeit eine ausgewogene Balance zwischen Bedarf und Bereitstellung von Wärme sicherzustellen. Ein gleichwertig wichtiger Aspekt für Heizungsbauer ist die Zufriedenheit ihrer Kunden. Diese beiden Ziele sind nicht zwangsläufig deckungsgleich: Eine exakte Auslegung birgt aufgrund von Ungenauigkeiten das Risiko, dass möglicherweise zu wenig Wärme geliefert wird. Insbesondere die Übergangszeiten im Frühjahr und Herbst stellen hierbei eine Herausforderung dar, da die Außentemperaturen während dieser Perioden stark variieren können.
In der Praxis besteht die Tendenz, lieber etwas mehr Wärme zur Verfügung zu stellen, um sicherzustellen, dass die Heizung das Haus auch in der Übergangszeit ausreichend erwärmt. Obwohl dies die Zufriedenheit der Kunden gewährleistet, geht dies möglicherweise zu Lasten des eigentlichen Ziels des hydraulischen Abgleichs.
Die Förderung von Heizungsanlagen erfordert in der Regel das Ausfüllen des sogenannten “VdZ-Formulars”, das in Verbindung mit einer Fachregel für die “Optimierung von Heizungsanlagen im Bestand” vom VdZ (Wirtschaftsvereinigung Gebäude und Energie e.V.) entwickelt wurde. Das Formular muss dem Kunden zusammen mit der “Dokumentation einschließlich der Berechnungsergebnisse” zum hydraulischen Abgleich ausgehändigt werden. Umfassende Daten zum hydraulischen Abgleich müssen dem Kunden bereitgestellt werden, und sowohl der Kunde als auch der Fachbetrieb müssen das Formular sowie die Daten unterzeichnen. Obwohl das VdZ-Formular normalerweise nicht für Fördermaßnahmen eingereicht werden muss, ist der Kunde verpflichtet, es für einen Zeitraum von 10 Jahren aufzubewahren.
Kosten für den Austausch von Heizkörperventilen
Der Austausch einer Gastherme oder der Wechsel zu einer Wärmepumpe erfolgt oft unabhängig von einer umfassenden Renovierung des gesamten Hauses.
Ältere Ventile für Heizkörperthermostate ermöglichen in der Regel keine Voreinstellung der Durchflussbegrenzung, die heute wesentlich für den statischen hydraulischen Abgleich ist. Früher wurden teilweise einstellbare Rückflussventile am Ausgang des Heizkörpers verwendet. Diese sind jedoch für den hydraulischen Abgleich ungeeignet, da weder eine präzise Einstellung auf einen bestimmten Wert möglich ist, noch die dafür notwendigen Daten in der Praxis ermittelt werden können.
Die Vorstellung, lediglich das Ventil jedes Heizkörpers in jedem Raum auszutauschen, erweist sich in der Praxis als herausfordernd. Heizkörper, Ventile und Rohrleitungen sind oft bereits über mehrere Jahrzehnte alt, und die gesamte Bandbreite des Heizungsbaus aus verschiedenen Perioden spiegelt sich wider. Dies umfasst unterschiedliche Arten von Rohrleitungen, verschiedene Methoden der Verbindung (Löten, Schrauben, Verpressen), sowie verschiedene Ventilkörper und Anschlüsse an den Heizkörpern. Hinzu kommen potenzielle Risiken aufgrund des Alters der Leitungen und Heizkörper.
Für den hydraulischen Abgleich bei Bestandsbauten ist daher häufig der Austausch der Ventile an den Heizkörpern erforderlich. Dies bedeutet für den Kunden erhebliche Kosten, typischerweise im Bereich von 60 bis 120 Euro pro Heizkörper. Da der direkte Nutzen aus dem Ventiltausch schwer zu vermitteln ist, bleiben dem Fachhandwerk oft nur Argumente wie “ist so vorgegeben” oder “ist ohne Ventiltausch unmöglich”.
Automatisierter hydraulischer Abgleich mit Homematic IP
Die Homematic IP Heizkörperthermostate bieten Fachhandwerk und Endkunden gleichermaßen eine innovative Alternative für den hydraulischen Abgleich. Dank der integrierten Regelalgorithmen erfolgt der Abgleich am Heizkörper automatisiert und erfordert keine zusätzliche Konfiguration. Untersuchungen des Fraunhofer Instituts für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik (IEE) haben bestätigt, dass die Homematic IP Heizkörper-Thermostate einen dynamischen und adaptiven Abgleich an einzelnen Heizkörpern automatisch durchführen.
Die Studien des Fraunhofer IEE zeigen, dass Homematic IP überversorgte Heizkörper nach einer kurzen automatischen Lernphase selbstständig abregelt. Ein Überschwingen der Raumtemperatur über die Solltemperatur wird zuverlässig vermieden. Der Durchfluss einzelner Heizkörper wird kontinuierlich an den aktuellen Raumwärmebedarf und die variierenden hydraulischen Verhältnisse angepasst, indem die selbstlernende Funktion momentane Anforderungen berücksichtigt. Die Aufheizgeschwindigkeit in überversorgten Räumen gleicht sich automatisch an normal versorgte Räume an und entspricht somit einem adaptiven hydraulischen Abgleich am Heizkörper.
Homematic IP macht damit den manuellen hydraulischen Abgleich am Heizkörper mit voreinstellbaren Ventilen überflüssig und reduziert den Gesamtaufwand für den hydraulischen Abgleich erheblich, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.
