Heizungsregler

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Raumtemperaturregler aus dem Jahre 1967
Typischer Raumtemperaturregler aus den 1980er Jahren

Ein Heizungsregler ist ein Gerät zur Regelung von Heizungsanlagen mit dem Ziel, eine vorgewählte Raumtemperatur in allen versorgten Räumen konstant zu halten.

Richtig eingesetzte und eingestellte Heizungsregler sorgen für einen energiesparenden Heizbetrieb.

Moderne Regler sind in der Lage, die Systemtemperaturen bei Warmwasserheizungen (Vorlauftemperatur, Rücklauftemperatur) abhängig vom Bedarf zu verändern. Damit wird eine Überversorgung vermieden, die Verteilungsverluste werden minimiert und die Energieeffizienz moderner Wärmeerzeuger gesteigert (Brennwertgeräte, Wärmepumpen, Solaranlagen).

Darüber hinaus bieten sie zeitabhängige Eingriffsmöglichkeiten, wie Abwesenheitsbetrieb, Nachtabschaltung oder Nachtabsenkung, sie sorgen beim Erreichen der Heizgrenze für das Abschalten der Heizungsanlage

Regelungsarten[Bearbeiten]

Raumtemperaturgeführte Regelung[Bearbeiten]

Blockschaltbild einer Heizungsregelung. Im Heizgerät befindet sich eine weitere Regelung, die die (vom Regler oder manuell) angeforderte Vorlauftemperatur konstant hält.

Technisch stellt ein mit einem Heizgerät verbundener Heizungsregler eine Regelkreisstruktur dar. Die aktuelle Raumtemperatur entspricht der Regelgröße, die beeinflusst werden soll. Die Differenz zwischen dem Wert der Regelgröße und ihrem Sollwert, also der gewünschten Raumtemperatur, ergibt die Regeldifferenz. Aus der Regeldifferenz ermittelt der Heizungsregler die Stellgröße, mit welcher die Raumtemperatur beeinflusst wird.

Reglertypen unterscheiden sich anhand der Stellgröße bzw. wie diese gefahren wird.

Reglertypen:

  • Thermostat: Die Stellgröße kann nur zwei Zustände annehmen: Ein oder Aus. D.h. das Heizgerät läuft entweder auf Volllast oder ist abgeschaltet. Solche einfachen Bimetallregler finden heute kaum noch Verwendung.

Eine präzisere Regelung der Raumtemperatur erreicht man durch eine Kaskadenregelung. Anstatt die Heizleistung vom Heizungsregler direkt zu regeln, wird die Regelstrecke in einfacher zu regelnde Teilstrecken unterteilt:

Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Regeldifferenz bei Stetigregelung[1]

Aus der Differenz zwischen gewünschter Raumtemperatur und Istwert (Regeldifferenz) ermittelt der Heizungsregler die Stellgröße Vorlauftemperatur (Führungsregelung). Diese dient als Sollwert des nachgeschalteten Folgereglers im Heizgerät, dieser wiederum regelt die Vorlauftemperatur des Heizungswassers.

  • manuelle Regelung: wird auf einen externen Regler verzichtet, kann die Vorlauftemperatur durch einen Drehregler am Gerät selbst eingestellt werden. In diesem Fall muss die Reglerstellung dem aktuellen Wärmebedarf und persönlichen Wohlempfinden manuell angepasst werden.
  • 2-Punkt-Regler: Die Vorlauftemperatur kann nur zwei Werte annehmen: entweder den am Geräte-Drehregler eingestellten Maximalwert oder den Minimalwert (Heizgerät aus).
  • Stetigregler: Als stetige Stellgröße kann die Vorlauftemperatur kontinuierliche Werte zwischen Minimal- und Maximalwert annehmen. Eine Stetigregelung ist in der Regel nur dann sinnvoll, wenn die Leistung des Heizgerätes annähernd auf den aktuellen Wärmebedarf des Gebäudes angepasst werden kann. Ansonsten kommt es zu starken Überschwingungen der Vorlauftemperatur, die allein durch Modulation der Heizleistung nicht mehr ausgeglichen werden können. In der Folge kommt es zu häufigen Brennerstarts ("Takten"), wodurch kein optimal wirtschaftlicher Betrieb gewährleistet ist. In diesem Fall wird die Zweipunkt-Regelung empfohlen, um längere Brennerlaufzeiten zu erreichen. Viele Heizungsregler können zwischen Zweipunkt- und Stetigbetrieb umgeschaltet werden.

Bei Verwendung heutiger raumtemperaturgeführter Heizungsregler wird die Aktivität des Heizgerätes nur von den Temperatur-Verhältnissen eines Raumes – dem sog. Führungs- oder Leitraum – einer zentral versorgten Raumgruppe abhängig gemacht. Ist die Solltemperatur dieses Raumes erreicht, schaltet das zentrale Heizgerät ab und somit auch alle anderen Heizkörper. Damit dennoch alle Räume ausreichend mit Heizleistung versorgt sind, wird als Führungsraum ein Raum gewählt, der der größten Heizleistung bedarf – und zwar auch noch nach Berücksichtigung etwaiger Fremdwärmeeinflüsse wie z.B. TV, Computer, Menschen, Tiere etc.. (D.h. die Heizung wird dort effektiv am längsten laufen müssen, bis der Raum seine gewünschte Temperatur hat.)

Gewöhnlich werden Heizkörper-Dimensionen passend zum beheizten Raum gewählt, sodass sich alle Räume einer zentral beheizten Raumgruppe meist ähnlich schnell aufheizen (zumindest sofern keine erheblichen Fremdwärmeeinflüsse vorhanden sind). Daher existiert in einer zentral versorgten Raumgruppe auch selten ein Raum, der bei jedweder Leistungseinstellung an seinen Heizkörpern – also auch der höchsten – stets noch länger zum Aufheizen braucht, als alle anderen Räume auch bei deren höchsten Leistungseinstellungen an deren Heizkörpern. Deshalb muss dieses strenge Leistungsgefälle normalerweise künstlich hergestellt werden. Das wird erreicht, indem die Leistung des Heizkörpers im Führungsraum „gebremst“ wird, so dass der Heizkörper den Raum zwar immer noch genauso stark aufheizen können wird, allerdings deutlich mehr Zeit dafür benötigt. Zwei typische Methoden sind dafür vorhanden:

  • An Heizkörpern im Führungsraum mit Thermostatventilen müssen diese ganz geöffnet werden. Dann wird der Wasserdurchfluss über eine einstellbare Rücklaufverschraubung gedrosselt und hierbei so knapp wie möglich eingestellt.
  • An Heizkörpern im Führungsraum mit voreinstellbaren Handventilen wird der Durchfluss mit den Handventilen gedrosselt und auch hier so knapp wie möglich eingestellt.

In den anderen Räumen kann die gewünschte Temperatur dann mit üblichen Thermostatventilen eingestellt werden. Falls bei diesem Szenario der Führungsraum deutlich zu lange brauchen sollte, um zufriedenstellend aufgeheizt zu werden, kann der Durchfluss an dessen Heizkörpern einfach wieder etwas aufgeregelt werden.

Ein Vorteil bei der künstlichen Herstellung des Führungsraumes ist, dass hierfür normalerweise mehrere Räume als Kandidaten zur Verfügung stehen. Hier können dann bei der Auswahl auch sachfremde Aspekte, wie etwa ein günstigerer Montageort für das Regelgerät, berücksichtigt werden.

Vorteile:

  • bei konstanten Fremdwärmeeinflüssen auf den Führungsraum, schnelle Reaktion auf Fremdwärmeeinflüsse in den anderen Räumen
  • Heizgerät und Heizungspumpe laufen theoretisch nur, wenn wenigstens ein Raum auch wirklich Wärme braucht und verbraucht.

Nachteile:

  • Temperaturregelung der Wohnräume erfolgt in Abhängigkeit vom Führungsraum
  • bei schlechter Abstimmung des Führungsraumes oder schwankenden Fremdwärmeeinflüssen auf denselben, Unterversorgung in den anderen Räumen
  • bei ungenügender Wärmedämmung (vor allem in den Nicht-Führungsräumen) oder bei unterschiedlicher Ausrichtung der Räume keine bedarfsgerechte Wärmeversorgung
  • Führungsraum muss dauernd beheizt werden, sonst ist keine Stetigregelung möglich.
  • ist der Führungsraum stark ausgekühlt (etwa nach Urlaub), braucht er sehr lange um sich aufzuheizen
  • Nutzungs-/Lageabhängig sind eventuell häufigere Benutzereingriffe notwendig, wenn z.B. Sonnenschein den Führungsraum erwärmt und dadurch andere Räume unterversorgt werden
  • ungeeignet für größere Objekte und Mehrfamilienhäuser

Außentemperaturgeführte Regelung[Bearbeiten]

Raumtemperaturregler mit Funkübertragung. Am unteren Rand der Anzeige ist die Darstellung der Heiz- und Absenkzeiten zu erkennen

Die aktuell gemessene Außentemperatur eignet sich ebenfalls als Führungsgröße für die Heizungsregelung. Bei der witterungsgeführten Regelung wird aus dem Messwert für die Außentemperatur mit Hilfe einer so genannten Heizkurve die passende Vorlauftemperatur ermittelt. Diese wiederum dient als Sollwert für die Kesseltemperaturregelung im Heizgerät. Die Heizkurve wird definiert durch Steilheit und Parallelverschiebung und muss manuell an das jeweilige Gebäude angepasst werden. Bei der witterungsgeführten Steuerung ist zusätzlich die Verwendung von Thermostatventilen an den Heizkörpern sinnvoll, um eine konstante Raumtemperatur zu gewährleisten. Eine sorgfältige Einstellung der Heizkurve ist notwendig, um das Energieeinsparpotenzial zu nutzen.

Vorteile:

  • Keine Abhängigkeit von Referenzräumen, deshalb Standard bei größeren Objekten
  • benutzerfreundlich

Nachteile:

  • ohne Außentemperaturkompensation zu schnelle Anpassung der Vorlauftemperatur bei Außentemperaturschwankungen.
  • innere Fremdwärmeeinflüsse bleiben eventuell unberücksichtigt.

Außentemperaturkompensation[Bearbeiten]

Mit dieser Maßnahme soll der Nachteil der zu schnellen Anpassung der Vorlauftemperatur verbessert werden. Besonders bei gut gedämmten Gebäuden oder bei hohen Gebäudemassen ist dies sinnvoll.

Raumtemperaturaufschaltung[Bearbeiten]

Eventuell sinnvoll für Einzelobjekte. In diesem Fall errechnet der Heizungsregler aus den Messwerten für Außen- und Raumtemperatur den Sollwert für die Vorlauftemperatur, Fremdwärmeeinflüsse werden dabei erfasst. Bei Flächenheizungen ist dies unnötig, da diese einen sogenannten Selbstregelungseffekt besitzen.

Regelung über Differenz Vorlauf-/Rücklauftemperatur der Heizung[Bearbeiten]

Diese Art der Regelung macht sich die Tatsache zunutze, das bei einem erhöhten Wärmebedarf die Rücklauftemperatur bei gleichbleibender Vorlauftemperatur sinkt. Der Regler erhöht daraufhin die Vorlauftemperatur.

Vorteile:

  • Keine Ermittlung der Heizkurve mehr notwendig, keine Benutzereingriffe notwendig. Raum- und Außentemperaturfühler entfallen. Fremdwärmeeinflüsse werden erfasst. Bei Heizkesseln mit gleitenden Temperaturen werden unnötige Brennerstarts vermieden.

Nachteile:

  • Die Heizungsanlage benötigt einen sorgfältigen hydraulischen Abgleich, da sonst der Regler durch die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf nicht korrekt verarbeitet.
  • Weisen einzelne Räume z.B. durch ständiges Lüften einen erhöhten Wärmeverbrauch auf, reagiert die Rücklaufregelung durch Erhöhung der Vorlauftemperatur. Hierbei werden alle Räume mit erhöhter Vorlauftemperatur beheizt. Dies kann zu einer Aufhebung der zentralen Nachtabsenkung und infolgedessen zu einem steigenden Energieverbrauch führen.

Weitere Merkmale eines Heizungsreglers[Bearbeiten]

Nachtabsenkung[Bearbeiten]

Der Wärmeverlust eines beheizten Systems (Haus oder Raum) ist abhängig (siehe Grundlagen) von der Differenz aus Innen- und Außen-Temperatur und seiner Isolation.

Da in der Nacht die fehlende Sonnenstrahlung die Umgebung nicht erwärmt, sinkt die Außentemperatur, und der Wärmeverlust steigt. Durch die sogenannte Nachtabsenkung kann dem entgegengewirkt werden.

Unter der Voraussetzung, die Nutzungsgewohnheiten (Abwesenheit, lüften, schwitzen, sitzen ...) der "Bewohner" lassen es zu, kann es ökonomisch sein, den Sollwert für die Raumtemperatur tageszeitabhängig zu verändern.

Beispielsweise ist nachts zum Schlafen eine geringere Raumtemperatur (Absenktemperatur) als tagsüber ausreichend. Hingegen kann auch die werktägliche Abwesenheit der Bewohner einen sinnvollen Zeitrahmen anbieten.

Die Ersparnis kann nur geschätzt werden, da die Wärmedifferenz im Verlauf von 24 h täglich variiert.

Hinzu kommt, dass die sogenannte Nachtabsenkung herkömmlich nur einmal in 24 h eingesetzt werden kann.

Moderne Heizungsregler bieten daher ein Tages- bzw. Wochenprogramm, das selbstständig zu programmierbaren Uhrzeiten zwischen Tages- und Absenktemperatur umschaltet.

Hinweis:

Eine raumbezogene individuelle Thermostateinstellung, z.B. durch Heizkörper-Thermostate, ist eine sinnvolle Ergänzung, die bei der Planung nicht vergessen werden sollte. Unplanbares, wie Lüften oder Ausflüge, sollte nicht zum "Energiefresser" werden.

Grundlagen:

Da der Wärmeverlust eines Gebäudes proportional zur Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenraum ist (→ Fouriersches Gesetz), kann durch eine solche Nachtabsenkung Energie eingespart werden. Allerdings ist der Effekt bei hochgedämmten Gebäuden oder bei Gebäuden mit sehr hoher Wärmekapazität (z.B. massive Wände) gering. Die weit verbreitete Ansicht, das Wiederaufheizen koste mehr Energie, als durch die Absenkung eingespart würde, lässt sich dagegen nicht physikalisch begründen.

Bautechnisch ist der bewohnte Raum ein ständig wechselnder Komplex, wobei Temperatur, Sauerstoffgehalt und Luftfeuchtigkeit häufig wechseln. Das Auftreten von Kondensation (niedrige Temperaturen zum Kondensieren von Wasser) in oder auf den Wänden trägt zur Wärmeleitung und Schimmelbildung bei. Die Minimierung der Kondensation ist sinnvoll, da Energie, Baumaterialien und die Gesundheit der Bewohner wertvoll sind.

Ausführung[Bearbeiten]

Heizungsregler sind gewöhnlich mit einer 2-Draht- (beim Thermostat) oder einer 3-Draht-Leitung mit dem Heizgerät verbunden. Für den Fall, dass eine solche Leitung nicht vorhanden ist oder eine flexiblere Aufstellung des Reglers gewünscht wird, sind Regler mit Funkübertragung auf dem Markt.

Überprüfung des Heizungsreglers[Bearbeiten]

Mit einem Temperatur-Feuchte-Datenlogger ist es sehr einfach, über längere Zeiträume das Regelverhalten von Heizungsanlagen zu überprüfen. Der Datenlogger zeichnet die Temperatur des Wohnraums auf. Wird der Datenlogger direkt auf dem Heizkörper platziert, zeichnet er den Verlauf der Vorlauftemperatur auf. Die Daten werden über USB-Schnittstelle auf den PC übertragen und von der beigefügten Software angezeigt.

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Patent DE19740418.