Hydraulischer Abgleich

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Der Begriff hydraulischer Abgleich wird im Allgemeinen im Bereich der Warmwasserheizungsanlagen verwendet, gilt aber auch für Kühlsysteme und Trinkwasserverteilung. Hier soll der Begriff im Zusammenhang mit der Warmwasserheizung erläutert werden.

Der hydraulische Abgleich beschreibt ein Verfahren, mit dem innerhalb einer Heizungsanlage jeder Heizkörper oder Heizkreis einer Flächenheizung bei einer festgelegten Vorlauftemperatur der Heizungsanlage genau mit der Wärmemenge versorgt wird, die benötigt wird, um die für die einzelnen Räume gewünschte Raumtemperatur zu erreichen.

Der einer Wärmequelle (Heizkessel, Pufferspeicher) am nächsten situierte Heizkörper wird als erster durchflossen und sein Rücklaufwasser erreicht die Wärmequelle als erstes, der geringere Durchflußwiderstand kann dazu führen, dass durch diesen Heizkörper mehr Wasser fließt als durch das restliche Leitungsnetz. Wird infolgedessen der Heizungsrücklauf schneller heiß, schaltet eine Heizungsregelung die Wärmezufuhr ab, meist wird dazu ein Gas-, Öl- oder Pelletsbrenner abgeschaltet.

Fehlt der hydraulische Abgleich, so werden Heizkörper, die nahe zur Wärmequelle stehen, besser versorgt, weiter entfernte Heizkörper beispielsweise in oberen Stockwerken werden nicht warm; erst das Schließen eines Thermostatventils an einem nahen Heizkörper führt dazu, dass weiter entfernte Heizkörper warm werden. Schaltet die Heizungsregelung vorzeitig aus, werden weiter entfernt situierte Heizkörper erst recht nicht beheizt. Meist werden dann die Leistung der Heizungswasser-Umwälzpumpe und/oder die Vorlauftemperatur erhöht, was das Problem der schlecht erwärmten Heizkörper auch nicht zufriedenstellend löst, da dann heißes Wasser aus dem ersten Heizkörper noch schneller oder noch heisser zurückfließt.

Die wesentlichen Nachteile und Heizwärmeverluste resultieren aus den häufigen Brennerstopps,

  • der darauf folgenden Abkühlung eines Gas- oder Ölbrenners durch Spülung des Brennerraums mit kalter Zuluft (wobei Wärmeenergie ins Abgas verlustig geht) oder bei Pelletskesseln ein Rest-Abbrand ohne die Wärme zu nutzen,
  • der folgenden Abkühlung aller Heizkessel durch Wärmeabstrahlung oder Wärmeleitung in den Heizraum,
  • bei Öl- und Gasbrennern die Spülung des Brennraums mit kalter Zuluft vor der nächsten Zündung
  • und die unvollständige Verbrennung (Brennstoffverschwendung oder Bildung von Kohlenmonoxid mit Restheizwert) in den ersten Minuten der Brenneranlaufphase,

…wodurch mit jedem unnötigen Brennerstopp in Summe Energie verschwendet wird. Die Zeitphase zwischen Brennerstopp und Brennerstart wird „Takt“ genannt, der Heizkessel oder Brenner „taktet“.

Ein hydraulischer Abgleich wird durch genaue Planung, Überprüfung und Einstellung bei der Inbetriebnahme der Anlage erreicht. Auch ein nachträglicher hydraulischer Abgleich ist möglich, wenn die dafür erforderlichen Armaturen zur Durchflußminderung bei einzelnen Heizkörpern vorhanden sind (etwa voreinstellbare Thermostatventile oder Strangdifferenzdruckregler). Der hydraulische Abgleich ist eine Aufgabe für Heizungsfachbetriebe. Energieberater und Schornsteinfeger können im Vorfeld beraten und die Berechnungen vornehmen.

Ist eine Anlage abgeglichen, ergeben sich mehrere Vorteile: Die Anlage kann mit optimalem Anlagendruck und damit mit optimal niedriger Volumenmenge betrieben werden. Daraus resultieren ggfs. niedrigere Anschaffungskosten der Umwälzpumpe sowie meist wesentlich niedrigere Energie- und Betriebskosten der Pumpen.

Für eine Förderung der Heizungsmodernisierung durch die KfW und das Marktanreizprogramm zur Nutzung erneuerbarer Energien (MAP) des BAFA ist der hydraulische Abgleich eine Voraussetzung.

Inhaltsverzeichnis

Einsparpotential [Bearbeiten]

Bei dem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten OPTIMUS-Programm wurden Einsparpotentiale bei 92 Gebäuden im Raum Norddeutschland bei Ein- und Mehrfamilienhäusern in der Praxis ermittelt und die Wärmeverluste anschließend mit einem eingeschränkten Leistungskatalog minimiert. Die untersuchten Objekte hatten im Mittelwert unter anderem eine Leistungsüberdimensionierung der Pumpen von etwa 3 bezogen auf die ausreichende elektrische Auslastung[1].

Die Gegenmaßnahmen waren (2003) mit Aufwänden von € 2,- bis € 7,- pro Quadratmeter Wohnfläche vergleichsweise kostengünstig.[2]. Die Erfolge der beim OPTIMUS-Projekt verbesserten Einzelheizungen, hochgerechnet auf die gesamte Bundesrepublik Deutschland ergaben ein Einsparungspotential zwischen 20.000 und 28.000 GWh pro Jahr [3]

Durchgeführt wurden lediglich:

  • Voreinstellung von Thermostatventilen zur Durchflussbegrenzung (= hydraulischer Abgleich),
  • Einstellungen der Heizungsumwälzpumpen (geringere Leistung)
  • Einstellung der Heizungsregelungen [4]

Anzeichen für fehlenden hydraulischen Abgleich [Bearbeiten]

  • Heizkörper werden nicht warm, während andere Anlagenteile überversorgt sind („hydraulischer Kurzschluss“).
  • Heizkessel takten zu oft und die Heizkosten (pro Quadratmeter und Jahr) sind zu hoch;
  • Heizkörperventile geben Geräusche ab, da der Differenzdruck im Ventil zu groß ist.
  • Heizkörperventile und Rohrleitungen geben Geräusche ab, da die Strömungsgeschwindigkeit zu groß ist.
  • Heizkörperventile öffnen und schließen nicht bei der gewünschten Innentemperatur, ebenfalls wegen zu hoher Differenzdrücke im Ventil.
  • Das Regelverhalten von Thermostatköpfen ist schlecht durch starkes „Überschwingen“.
  • Die Heizungsanlage wird mit zu hohen Temperaturen betrieben, um die Unterversorgung auf diesem Wege auszugleichen.
  • Es werden Pumpen mit zu hoher Leistung eingesetzt, die sowohl in der Anschaffung als auch im Betrieb zu hohe Kosten verursachen.
  • Der Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers verschlechtert sich, da die Anlage mit zu hohen Temperaturen und stark schwankenden Volumenströmen betrieben wird.
  • Die Vorlauftemperatur ist unnötig hoch, die Heizkörper werden zu heiß. Insbesondere beim Einsatz von Wärmepumpen und bei unterstützender Stromheizung verschlechtert sich der Nutzungsgrad.
  • Die Rücklauftemperaturen sind unnötig hoch. Insbesondere beim Einsatz moderner Brennwerttechnik verschlechtert sich der Nutzungsgrad.

Aus dem nicht optimalen Betriebsverhalten resultiert ein erheblicher Mehrverbrauch an Strom- und Heizungsenergie. Die Energieeinsparverordnung in Deutschland schreibt aus diesem Grund den hydraulischen Abgleich für zu erstellende oder zu sanierende Anlagen vor.

Der hydraulische Abgleich in der Theorie [Bearbeiten]

Seit dem 1. April 2004 gilt in Deutschland die DIN EN 12831 (Juni 2003). Danach ist eine fachgerechte Planung mit Heizlast-, Rohrnetz-, und Heizflächenberechnung von einem Planer erforderlich. Aus der Planung ergeben sich Wärmebedarf und Volumenströme.

In Deutschland sind Handwerker, die ihr Werk im Sinne der Verbände vollständig ausführen möchten, nach der Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) Teil C verpflichtet, Heizungsrohrnetze hydraulisch abzugleichen. Das ist insbesondere für Heizanlagen ohne Durchflussregelung erforderlich.

Ein stationärer (quasi statischer) hydraulischer Abgleich ist erreicht, wenn alle parallelen Systeme (etwa Heizkörper an einem Strang oder Wohnungen in einem Gebäude) jeweils den gleichen hydraulischen Widerstand besitzen. Praktisch ist das jedoch nur für einen Arbeitspunkt bei gleichbleibenden Bedingungen, also eine bestimmte Durchflussmenge, möglich.[5] Zum Beispiel darf die Pumpenfördermenge nicht schwanken oder einzelne Heizkörper dürfen nicht geschlossen werden. Deshalb erfolgt der stationäre hydraulische Abgleich für einen besonders kritischen Zustand: der maximalen Heizlast, bei der alle Heizflächen durchströmt werden.

Insbesondere in modernen Heizanlagen mit geregeltem Pumpendruck und veränderlicher Gasamtdurchflussmenge sowie Thermostatventilen am einzelnen Heizkörper und veränderlicher Einzeldurchflussmenge sowie veränderlicher Wärmeabnahme ist der stationäre hydraulische Abgleich von geringerer Bedeutung. Statt dessen muss dort die maximal mögliche Durchflussmenge für den einzelnen Heizkörper begrenzt werden. So wird eine dynamischer Abgleich erreicht, der insbesondere den abzusperrenden Druck am einzelnen Thermostatventil reduziert und damit die Lebensdauer von dessen Spindelantrieb verlängert. Diese Voreinstellung ist sinnvoll nur mit speziellen Rücklaufverschraubungen möglich,[6] die eine Feineinstellung unterstützen und nicht allein dem Absperren dienen.

Der hydraulische Abgleich in der Praxis [Bearbeiten]

Um die Durchflussmenge für jeden Heizkörper voreinzustellen, werden entweder Thermostatventile mit Durchflusskennwert (angepasste kV-Kegel) eingesetzt und der berechnete Wert eingestellt oder durch die Rücklaufverschraubungen werden die Durchflusswiderstände reguliert. Auch hier ist eine Einstellung entsprechend der Berechnung möglich.

Es können auch Heizkörperventile mit integriertem Volumenstromregler eingesetzt werden. Bei diesen Ventilen wird der für den Heizkörper maximal erforderliche Volumenstrom einmalig eingestellt. Danach wird der Thermostat auf dem Ventil montiert. Der Thermostat regelt jetzt nur noch im Bereich von Null bis zum voreingestellten Volumenstrom. Eine so ausgerüstete Anlage arbeitet zu jeder Zeit stabil, da die Einflüsse anderer Anlagenteile keine Rückwirkungen auf den Heizkörper haben. Es muss nur dafür gesorgt werden, dass am Heizkörper ein ausreichender Differenzdruck ansteht.

Hydraulischer Abgleich in Warmwasserzirkulationsnetzen [Bearbeiten]

Für erwärmtes Trinkwasser wird häufig ein Zirkulationsnetz verbaut, das über eine rückführende Leitung die Temperaturen bis zum letzten Verbraucher aufrechterhält. In Großanlagen ist es ebenfalls sinnvoll, dieses Rohrnetz ähnlich dem der Heizung abzugleichen. Die Zirkulationspumpe in der rückführenden Leitung kann bis zu 50 % effizienter laufen und somit Strom sparen, und die Legionellenproblematik wird verringert, da die bessere Durchströmung auch an weit entfernten Verbrauchern zum Tragen kommt. Das DVGW-Arbeitsblatt W 553 gibt Aufschluss über die richtige Bemessung der entsprechenden Leitungsdimension. Hier wird der Begriff „Großanlage“ für den Bereich der Warmwasserbereitung auch spezifiziert: Somit sind Kleinanlagen im Sinne des Arbeitsblatts nur in Gebäuden mit 1 WE (WE = Wohneinheiten) bzw. 2 WE, wenn der Eigentümer mit im Haus wohnt, als solche zu betrachten. Ferner spielen Inhalt des Warmwasserbereiters (WWB) und der Rohrinhalt der verbauten Installation eine wichtige Rolle. Beträgt das Nennvolumen des WWB 400 Liter oder mehr, wird automatisch von einer Großanlage gesprochen. Ebenso darf eine als Kleinanlage definierte Installation nicht mehr als 3 Liter Rohrinhalt im Warmwasserbereich aufweisen.

Wichtigster Unterschied zu den Klein- und Großanlagen besteht in den Betriebstemperaturen. Ein Warmwassernetz in Großanlagen ist immer mit mindestens 60 °C zu betreiben, eine Auskühlung bis zum Wiedereintritt der Zirkulation in den WWB darf nicht mehr als 5 Kelvin betragen. In Kleinanlagen darf der Warmwasserbereiter mit 50 °C betrieben werden, jedoch werden auch hier wegen der Legionellenproblematik 60 °C empfohlen.

Weblinks [Bearbeiten]

Einzelnachweise [Bearbeiten]

  1. ↑ Jagnow, Wolff: OPTIMUS-Kurzbericht, Seite 3 (PDF; 198 kB)
  2. ↑ Das Projekt OPTIMUS
  3. ↑ Jagnow, Wolff: OPTIMUS-Kurzbericht, Seite 7 (PDF; 198 kB)
  4. ↑ Jagnow, Wolff: OPTIMUS-Kurzbericht, Seite 5 (PDF; 198 kB)
  5. ↑ Die Heizungsumwaelzpumpe
  6. ↑ Die Ruecklaufverschraubung

Literatur [Bearbeiten]

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