Fußbodenheizungen intelligent regeln und hydraulisch abgleichen

Mit der Hochschule Esslingen hat Straub ein neues Regelventil kreiert, das den hydraulischen Abgleich vollautomatisch und permanent durchführt.

Die Schwierigkeiten beim hydraulischen Abgleich einer Flächenheizung in der Praxis sind bekannt. In Zusammenarbeit mit der Hochschule Esslingen haben die Entwickler des Unternehmens Straub, Spezialist für Edelstahlverteiler, jetzt ein vollkommen neues Regelventil kreiert, das mit einer Mikroprozessor-Steuerung und einer intelligenten Software den hydraulischen Abgleich vollautomatisch und permanent durchführt. Dabei soll der "EGO" – so der Name des Produkts – preislich nicht wesentlich teurer als bisherige, manuell einstellbare Regelsysteme und dabei auch noch kompatibel zu allen gängigen Verteilersystemen sein.

Der folgende Beitrag zeigt, was technisch hinter dieser Lösung steckt.

Das Grundprinzip der Fußbodenheizung wurde bereits vor 2.000 Jahren von den Römern entdeckt und stetig weiterentwickelt. Heute wird meist über Rohre im Estrich warmes Wasser als Wärmeträger genutzt. Der Schwachpunkt dieses Systems ist (auch aktuell noch) die Regelung der durchfließenden Wassermenge und damit der Raumtemperatur einerseits und andererseits der dafür notwendigen Energie.

Der technische Fortschritt brachte in den letzten 20 Jahren mit Produktinnovationen wie dem Durchflussmengenregler und zuletzt den "volumenstromkonstanten Ventilen" leider auch keine wirklich zufriedenstellende Lösung: Die neuartigen Ventile sind zwar einfach und zeitsparend zu installieren, erfordern aber trotzdem eine manuelle Einstellung auf Grundlage von aufwändigen Planberechnungen. Dieser Vorgang ist auch mit moderner Technik noch zeitaufwändig und erfordert Know-how von Fachpersonal. Zudem obliegt dem ausführenden Handwerker die Haftung für eine korrekte Einstellung des Systems. Ein weiterer Schwachpunkt: Die Berechnungen der Durchflussmenge basieren auf dem ungünstigsten Fall ("Extremwerte der kältesten Tage der letzten Jahre"). Damit ist der eingestellte Volumenstrom in 99 Prozent aller Fälle im Jahresdurchschnitt viel zu hoch. Durch die permanente Überversorgung wird teilweise viel Energie verschwendet.

Darüber hinaus werden die meisten Fußbodenheizungen nur einmalig bei der Installation eingestellt. Eine Anpassung an eine nach Jahren geänderte Raumnutzung oder gar bauliche Eingriffe (z. B. Raumteilung, Dämmung) erfolgt meist nicht mehr. Bei objektiver Betrachtung ist der hydraulische Abgleich bei heutigen Systemen weder wirklich einfach und komfortabel für den Handwerker noch genügt er den gestiegenen Anforderungen an Energieeffizienz und Komfort.

Massenmarkt-taugliche "Plug and play"-Lösung

Diese Schwachpunkte wollte das Entwickler-Team von Straub mittels technischer Innovation endgültig eliminieren. Die Lösung für einen "hydraulischen Abgleich der nächsten Generation" sollte im Wesentlichen drei Kriterien erfüllen:

1. Zeitersparnis und Komfort bei der Installation sowie absolute Sicherheit für einen korrekten hydraulischen Abgleich für den Handwerker.

2. Verbesserung der Energieeffizienz des gesamten Systems.

3. Absolute Massenmarkt-Tauglichkeit durch herstellerunabhängige Kompatibilität und einen Produktpreis, der auf dem Niveau aktueller Systeme liegen sollte.

Nach jahrelanger Entwicklungsarbeit gelang der Durchbruch mit einem völlig neuartigen Stellantrieb, der, ausgestattet mit einem Mikrochip und einer künstlichen Intelligenz (KI), den hydraulischen Abgleich einer beliebigen Fußbodenheizung – sowohl im Alt- als auch im Neubau – völlig selbstständig, technisch korrekt und bedarfsgerecht durchführen kann. Deshalb haben die Entwickler ihrer Lösung auch den Namen "EGO" gegeben.

"EGO"-Stellantriebe können als "Plug and play"-Lösung auf allen gängigen Verteilersystemen eingesetzt werden. Die Installation ist denkbar einfach und unterscheidet sich von herkömmlichen Stellantrieben nur in einer Kleinigkeit – durch einfaches Aufstecken der bereits vormontierten und für alle gängigen Rohrdurchmesser passenden Clips werden die Temperaturfühler an die Vor- und Rücklaufrohre angebracht. Sie benötigen weder eine spezielle Inbetriebnahme oder Parametrierung noch weitere Zusatzkomponenten, wie zum Beispiel Router, Gateways oder eine App-Steuerung. Dadurch unterscheiden sie sich erheblich von den teilweise bereits auf dem Markt vorhandenen (und relativ teuren) "Home-Automation"-Systemen.

Bedarfsgerechte Regelung und optimale Anpassung an die Raumnutzung

Die "EGOs" führen sofort nach der Installation des Systems auf der Baustelle einen belastbaren hydraulischen Ab-gleich durch. Dabei schließen die neuartigen Stellantriebe den "Faktor Mensch" bei der Heizkreis-Regulierung komplett aus. Sensoren an den Leitungen messen Temperaturunterschiede – den Rest erledigen, nach Angabe des Herstellers, KI und Mikrochip, indem sie fortlaufend die jeweils korrekte Temperaturspreizung und die entsprechende Ventilstellung berechnen. Und das nicht nur einmalig bei der Inbetriebnahme, sondern permanent.

"Für Planer und Handwerker ist das System ein Glücksfall, denn »EGO« übernimmt damit die Verantwortung für einen technisch absolut korrekten hydraulischen Abgleich", so Thomas Straub, Prokurist der Straub KG. Aufwändige Neuberechnungen bei einer Sanierung oder beim nachträglichen Abgleich eines Verteilersystems seien aufgrund des KI-Chips und der "Intelligent-Flow-Control" genannten, integrierten Software zukünftig überflüssig.

Auf Grundlage der permanent vorliegenden Messwerte erkennt die "EGO"-KI die Systemumgebung selbstständig, lernt das Nutzverhalten der Bewohner und passt das gesamte Fußbodenheizsystem auch nach Jahren noch an eine Änderung der Raumnutzung oder bauliche Maßnahmen an.

Bereits in einem frühen Entwicklungsstadium wurde gemeinsam mit Professoren für Simulations- und Regelungstechnik der Hochschule Esslingen eine Simulationsumgebung entwickelt, die alle in der Praxis denkbaren Szenarien eines Fußbodenheizungssystems umfasst. Damit wurden während der gesamten Entwicklungszeit unzählige Bauart- und Nutzungszustände mit allen erdenklichen Störgrößen simuliert. Als Ergebnis entstand der "Intelligent-Flow-Control"- Algorithmus. Dieser ermöglicht es dem "EGO", selbstständig und unabhängig seinen jeweiligen Heizkreis zu regeln, ohne dabei benachbarte Heizkreise zu beeinflussen bzw. zu stören.

Im Jahr 2016 begannen, laut Straub, umfangreiche Praxistests in Einfamilienhäusern und Wohnungen: Dort beweisen die Prototypen der Regelventile bis heute nicht nur die Funktion an sich, sondern auch die Leistungsfähigkeit über ein breites Anwendungsspektrum.

Fazit

Die Verbindung von Elektronik und intelligenter Software in einer unabhängig arbeitenden, selbstlernenden und hochkompatiblen Komponente für den hydraulischen Abgleich von Fußbodenheizungssystemen ist in der Handhabung für das installierende Fachhandwerk eine echte Verbesserung. Anfang 2019 soll "EGO" auf den Markt kommen und BAFA- sowie KfW-förderfähig sein.

Die Mehrkosten gegenüber herkömmlichen Stellantrieben amortisieren sich durch die Zeitersparnis direkt mit der Installation, da eine Berechnung und die manuelle Durchführung des hydraulischen Abgleichs vollständig entfallen.