Thermostatventil
Ein Thermostatventil ist ein mechanischer Temperaturregler, der abhängig von der Umgebungstemperatur über ein Ventil einen niedrigeren oder höheren Durchfluss gewährt, um eine Temperatur konstant zu halten.
Beispiele sind Heizungs-Thermostatventile, die den Vorlauf an Heizkörpern zur Raumheizung steuern, Thermostatventile in Kühlkreisläufen und Kältemaschinen (Heißgas-Bypass), selbstregelnde Mischbatterien an Dusche oder Badewanne sowie Backofenthermostate an Gasherden.
Heizungsthermostatventil
Mechanische Ausführung
Direkt am Ventil
Ein Heizungsthermostatventil ist ein Einzelraumtemperaturregler, der im Innern einen Temperaturfühler (einen mit Wachs, Flüssigkeit oder Gas gefüllten Aktor) besitzt. Dieses sogenannte Dehnstoffelement besteht aus einem Metallbalg ähnlich einer Wellrohrkupplung bzw. einem Wellrohr und dehnt sich entsprechend der Raumlufttemperatur aus. Diese Längenänderung wird auf einen Übertragungsstift (Stößel) und über diesen auf das Ventil (siehe Abbildung) übertragen, das den Durchflussquerschnitt des Heizungsvorlaufs und damit die Durchflussmenge verändert. Eine Rückstellfeder öffnet das Ventil bei sich zusammenziehendem Dehnköper. Die kontinuierliche Regelung des Heizwasserdurchflusses bewirkt eine konstante Raumlufttemperatur. Ohne aufgeschraubten Regler, wie in der Abbildung, ist das Heizungsventil vollständig geöffnet.
Alternativ kann mit einer simplen Handregulierkappe, die auf das Feingewinde geschraubt wird das Ventil teilweise oder ganz geschlossen werden.
Die Raumlufttemperatur wird durch Drehen des Einstellkopfes vorgewählt. Dreht man den Kopf nach rechts, wird der ganze Kopf mit Dehnstoffelement und Übertragungsstift näher an das Ventilgehäuse herangeschraubt. Die Öffnung des Ventils wird dadurch verkleinert, die Wärmeabgabe wird vermindert und die Raumlufttemperatur sinkt. Bei Linksdrehung (analog zu einfachen Ventilen) öffnet das Ventil mehr, es erhöht sich die Wärmeabgabe. Eine Frostschutzmarke „*“ am Einstellring kennzeichnet die Frostschutz-Stellung, so dass der Raum nicht unter ca. 6 °C auskühlen kann, um Frostsprengung zu verhindern. Die Einstellung auf die mittlere Stufe (in der Regel „3“) bedeutet eine Raumtemperatur von etwa 20 °C. Eine Veränderung der Raumtemperatur durch Sonneneinstrahlung, mehrere Personen oder sonstige Wärmequellen wird vom Thermostat wahrgenommen. Er regelt diese selbständig aus und verschließt das Ventil, damit der Raum nicht zusätzlich aufgeheizt wird. Bei sinkender Raumtemperatur wird das Ventil wieder geöffnet.
Jede Veränderung der Einstellung um 1 nach oben oder unten bewirkt eine Temperaturänderung von etwa 4 °C.
Thermostatventile reagieren empfindlich auf geringe Temperaturänderungen. So bewirkt eine Raumtemperaturabsenkung um 0,5 °C eine Ventilverstellung um einen Millimeter, was zu einer 25-prozentigen Erhöhung des Heizungswasser-Volumenstromes führt (was nicht einer 25-prozentigen Erhöhung der Heizleistung entspricht). Da Thermostatventile Proportionalregler sind, bleibt ständig eine kleine Abweichung vom Sollwert, der Istwert pendelt innerhalb eines von der Güte des Fabrikates abhängigen Bandes (ca. 2 °C).
Für ein gutes Funktionieren ist die Voreinstellung des Wasserdurchflusses vorzunehmen (entweder am Ventil selbst oder der Rücklaufverschraubung). Weiterhin sollte der Verstellbereich intern begrenzt werden, um vor Fehlbedienung sicher zu sein. Ein hydraulischer Abgleich der Anlage ist Voraussetzung für eine gute Funktion. Bei fallender Heizleistung, z. B. durch Absenken der Heizwassertemperatur in der Nacht, öffnet das Ventil, da der Thermostat versucht, den eingestellten Sollwert einzuhalten.
Thermostatventile müssen ungehindert von der Raumluft umgeben werden. Sind sie durch Vorhänge verdeckt oder befinden sich in Nischen, sind Fernfühler bzw. Fernversteller (siehe unten) hilfreich, die über ein Kapillarrohr die Wärmeausdehnung an das Thermostatventil weitergeben. Eine geringe thermische Beeinflussung des Thermostatventils durch den warmen Heizkörper ist ohne Fernfühler unumgänglich, nimmt jedoch bei tiefen Heizwassertemperaturen ab.
Um die Lebensdauer der Ventile zu erhöhen, sollte außerhalb der Heizsaison auf maximalen Durchfluss gedreht werden, damit die Elemente, die den Druck auf den Ventilkörper erzeugen, so weit wie möglich entspannt werden.
Nach der Energieeinsparverordnung ist zurzeit eine Einzelraum- oder Gruppen-Temperaturregelung vorgeschrieben (Ausnahme: Einzelöfen zum Betrieb mit festen oder flüssigen Brennstoffen), verbunden mit einer zentralen Heizungs-Vorlauftemperaturregelung und -abschaltung in Abhängigkeit von der Außentemperatur oder anderen geeigneten Führungsgrößen.
Mit einer speziellen Ausführung für öffentliche Gebäude, dem so genannten Behördenmodell, kann man die unerwünschte Verstellung der Solltemperatur verhindern.
Für die Regelung von Fußbodenheizungen wird vorzugsweise ein Rücklauf-Temperatur-Begrenzer (englisch Return Temperature Limiter, RTL) eingesetzt. Dieses Thermostatventil misst nicht die Raumtemperatur, sondern die Wassertemperatur im Rücklauf der Fußbodenheizung.
Fernversteller
Bei einem mechanischen Thermostatventil mit Fernversteller sind Thermostat und Ventil als getrennte Einheiten angelegt. Dies ist vor allem bei Heizkörpern vorteilhaft, die nicht frei im Raum stehen, sondern schwerer zugänglich und/oder in einem Gehäuse verbaut sind. Denn dort ist einerseits ein herkömmliches Thermostat direkt an der Heizung umständlich zu bedienen (ergonomisch ungünstig), andererseits misst das Thermostat auch nicht die Temperatur im Raum selbst (sondern die meist wesentlich höhere Temperatur im Gehäuse), so dass eine gute Regelung der Raumtemperatur nicht möglich ist.
Die Funktionsweise des Fernverstellers gleicht grundsätzlich der des oben beschriebenen mechanischen Thermostatventils: Eine Temperaturänderung führt zu einer Volumenvergrößerung eines Aktors. Aber anstatt direkt den Übertragungsstift zum Ventil anzutreiben, verdrängt diese Volumenvergrößerung eine hydraulische Flüssigkeit. Diese wirkt durch ein Kapillarrohr (der meist graue "Draht" zwischen Thermostat und Ventileinheit) auf einen kleinen hydraulischen Zylinder direkt am Ventil, der wiederum das Ventil öffnet oder schließt. Wie oben beschrieben kann der Benutzer eine gewünschte Raumtemperatur einstellen, indem durch Drehen des Fernverstellers das dem Aktor zur Verfügung stehende Volumen verkleinert (niedrigere Temperatur gewünscht) oder vergrößert (höhere Temperatur gewünscht) wird.
Elektronische Ausführung
Autarke Regler
Mit elektronischen Thermostatventilen (auch Energiespar-Regler genannt) ist es möglich, verschiedene Sollwerte für die Raumtemperatur einzustellen, die das Ventil dann zeitgesteuert vorgibt. Damit kann der Kompromiss zwischen Energieeinsparung und Wohnkomfort besser an persönliche Vorlieben angepasst werden als mit den herkömmlichen mechanischen Thermostatventilen. Die elektronischen Ventile werden üblicherweise über Batterien mit Energie versorgt und wie die herkömmlichen Thermostatventile direkt am Heizkörper befestigt. Die Vorgabe der Ventilstellung erfolgt entweder über eine Elektronik direkt am Ventil oder über eine zentrale Regeleinheit per Funkübertragung. Der Vorteil von elektronischen Reglern ist die deutlich kleinere Hysterese (dadurch genauere Einhaltung des Sollwerts) und die zusätzliche Ersparnis durch das definierte Absenken über die programmierte Zeit. Die Herstellerangaben gehen von mindestens 13 % (bis 20 %) Ersparnis bei Wohnnutzung aus. Die Stiftung Warentest rechnet mit etwa 10 %.[1] Die Einsparung ist in Zweckbauten entsprechend höher, da der Nutzungsgrad (Zeit der Raumbelegung) kleiner ist.
Mit Funkkommunikation
Bei Thermostatventilantrieben mit Funkkommunikation können Sonderfunktionen ermöglicht werden:
- Einbindung von Fensterkontakten zum Schließen der Ventile bei offenem Fenster
- Zentrale Abwesenheitsschaltung, z. B. durch einen Schalter in der Nähe der Wohnungstür
- Verwendung eines weiteren Sollwertes bei kürzeren Abwesenheiten (Stand By), zusätzlich zu Komfort, Absenkbetrieb und Schutzbetrieb
- Anpassung der Regelparameter an das Gebäude / den Raum
- Automatische Optimierung der Regelparameter
- Automatische Berechnung des Startzeitpunktes für das Aufheizen auf Grundlage der aktuellen Raumtemperatur / Außentemperatur
- Automatische Berechnung des Startzeitpunktes für die Absenkphase auf Grundlage der aktuellen Raumtemperatur / Außentemperatur
- Zentrale Bedienung der Anlage an der Wohnungszentrale, z. B. zur Eingabe von Abwesenheitszeiten
- Berechnung des Vorlauftemperaturssollwertes auf der Grundlage des Wärmebedarfs in den angeschlossenen Räumen
- Koordination mehrerer Heizkörper in einem Raum
- Koordination Fußbodenheizung mit Heizkörpern
- Verkalkungsschutz für die Ventile durch wöchentliches kurzes Öffnen
- Anbringung der Regelfühler am optimalen Messort, unabhängig vom Heizkörper, z. B. wenn dieser sich hinter einer Gardine befindet
- Fernbedienung der Anlage über Telefon / Internet
- Alarmgabe bei zu tiefen / zu hohen Temperaturen lokal an der Zentrale und/oder über Telefon / Internet
- Einbindung weiterer Alarmgeber wie Rauchmelder, Rohrbruchsensoren
Steuerung durch ein intelligentes Zentralgerät ermöglicht ab etwa 2015 durch zusätzlich Smartphone- und Internetkommunikation weiters:
- Lernen der thermischen Trägheit der Wohnung
- Lernen des Besonnungseinflusses in Abgleich mit dem Wetterbericht und damit an Wettervorsage vorausschauend angepasste Beheizung
- Lernen des Nutzerverhaltens (Aufstehen, Verlassen der Wohnung, Heimkommen)
- Vorausschauende Beheizung bei Detektieren der Annäherung via GPS im Smartphone vor dem Heimkommen
Thermostatmischarmatur
WW = Warmwasser
KW = Kaltwasser
MW = Mischwasser
Thermostatmischarmaturen als Dusch-, Badewannen- oder Waschtischarmatur erlauben eine konstante Auslauftemperatur des Mischwassers, unabhängig von der Temperatur und weitestgehend unabhängig vom Druck der Wasserzuleitungen.
Die Warmwassertemperatur kann bis auf eine Abweichung von einem Grad Celsius von der Solltemperatur konstant gehalten werden. Aus Sicherheitsgründen haben die Thermostate am Einstellring einen Sperrknopf, der auf 38 °C eingestellt ist.
Manche Thermostate besitzen noch eine Wasserknopftaste, die den Durchfluss auf 50 % begrenzt. Es gibt zudem Sonderausführungen, in denen die Mischkammer außen von Kaltwasser umspült ist, so dass die Armatur von außen stets kühl bleibt.
Im Innern haben die Mischthermostate einen Regler, der vom Mischwasser umspült wird. Der Regler besteht entweder aus Bimetalldraht, der zu einer schraubenförmigen Feder gewickelt wurde, oder einer paraffingefüllten Kapsel, einem sogenannten Wachsdehnstoff-Element. Beide Reglerarten führen bei Temperaturänderungen proportionale Längenänderungen aus, wobei die Ausführung mit Bimetalldraht größere Regelwege beschreiben kann. Ändern sich die Zuflussbedingungen (Temperatur, Menge), so verschiebt sich der Regler und öffnet beziehungsweise schließt Schlitze der Warm- und Kaltwasserzulaufleitungen.
In der Regel befinden sich sowohl im Kalt- wie auch im Warmwasserzulauf Rückflussverhinderer, um einen hydraulischen Kurzschluss zwischen Kalt- und Warmwassernetz zu vermeiden, durch den die beiden Netze in der Thermostatmischarmatur ansonsten verbunden wären.[2]
Behördenmodell
Das Behördenmodell ist die spezielle Ausführung eines Thermostatfühlers (auch Thermostatkopf genannt), welches den Wasserdurchfluss eines Thermostatventils für Heizkörper regelt.
Es unterscheidet sich von einem Standardmodell dadurch, dass der Einstellbereich begrenzt (z. B. 17–21 °C) oder blockiert (z. B. genau 20 °C) werden kann. Ohne Spezialwerkzeug oder genaues Hintergrundwissen, wie oder wo die Sperre aufzuheben ist, kann dann keine andere Einstellung vorgenommen werden. Die Behördenmodelle werden in Behörden und anderen öffentlich zugänglichen Bereichen an Heizkörper-Thermostatventilen montiert, um zu verhindern, dass die gewünschte Raumsolltemperatur von nicht autorisierten Personen verstellt werden kann.
Behördenmodelle werden auch in einer mechanisch verstärkten Ausführung hergestellt, um in öffentlich zugänglichen Bereichen Beschädigungen vorzubeugen.
Weblinks
- Stiftung Warentest: Test Thermostatventile test 05/2008 (online abgerufen am 15. Februar 2013)
- Energiesparclub: Praxistest programmierbare Thermostate (Januar 2011)
- Heinz Eckard Beele: Auslegung von Thermostatventilen, IHKS-Fachjournal: 2003/04 (PDF)
- Thermostatventil auf energie-umwelt.ch
- Richtiger Umgang mit Thermostatventilen
Quellen
- ↑ Test Thermostatventile der Stiftung Warentest test 5/2008
- ↑ Honeywell GmbH (Hrsg.): Technischer Katalog Haustechnik. Sicherheits- und Regelarmaturen – Wasserarmaturen. Mosbach 2011, S. 9 (online [PDF; 5,8 MB; abgerufen am 21. März 2013]).