Hydraulischer Abgleich von Flächenheizungen

Auch Flächenheizungen müssen zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Wärmeübergabe und energie­effizienten Betriebsweise einreguliert werden. Doch insbesondere in weit verzweigten Systemen kann die Durchführung des hydraulischen Abgleichs mit herkömmlichen Heizkreisverteilern zeitaufwendig ausfallen. Bei Bestandsanlagen erschweren nicht selten unbekannte Systemparameter die Maßnahme zusätzlich. Eine Lösung, die sowohl eine einfache Inbetriebnahme als auch einen zuverlässigen hydraulischen Abgleich sicherstellt, bieten Fußboden-Heizkreisverteiler mit automatischer Durchflussregelung.

Flächenheizungssysteme – wie etwa die Fußbodenheizung – erfreuen sich im Neubau wie auch bei der Sanierung einer stetig wachsenden Beliebtheit. Die Gründe hierfür sind vielfältig. So können Flächenheizungen den Raumwärmebedarf aufgrund ihrer großen Oberfläche mit weitaus niedrigeren Vorlauftemperaturen abdecken als beispielsweise Heizkörpersysteme. Bei Decken-, Wand- oder Fuß­bodenheizungen werden im Durchschnitt Vorlauftemperaturen zwischen lediglich 25 und 40 °C benötigt.

Dadurch arbeiten die Systeme nicht nur energiesparend, sie sind zudem optimal für einen gemeinsamen Betrieb mit modernen Wärmeerzeugern geeignet. Denn je niedriger die Temperatur im Heizkreislauf ist, desto effektiver bekanntlich Brennwertkessel oder Wärmepumpe.

Die Verbraucher wiederum schätzen an Fußbodenheizungen, dass die Wärme gleichmäßig im Raum verteilt sowie von unten direkt auf die Füße übertragen wird. Darüber hinaus empfinden Personen bei dieser Form der Wärmeübertragung zum Beispiel 20 °C Raumtemperatur als genauso behaglich wie durch Konvektionswärme von Heizkörpern erzeugte 22 °C.

Dies hat zusätzliche Energieeinsparungen zur Folge. Zu den weiteren Vorteilen der Fußbodenheizung zählt der Verzicht auf sichtbare Heizelemente, da das komplette System im Boden verbaut ist. Auf diese Weise werden eine maximal flexible Raumgestaltung und der uneingeschränkte Einsatz raumhoher Fensterflächen ermöglicht.

Bedeutung des hydraulischen Abgleichs

Grundvoraussetzung für die einwandfreie Funktions- und energieeffiziente Betriebsweise eines Flächenheizungssystems ist eine abgestimmte Hydraulik, da die Längen der Heizkreise aufgrund verschiedener Flächengrößen und Verlegeabstände deutlich variieren und damit unterschiedliche Druckverluste vorherrschen können.

Deshalb schreiben die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) sowie das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) in ihren Förderprogrammen grundsätzlich einen hydraulischen Abgleich bei einer Heizungssanierung oder einem Anlagenneubau vor. Dabei ist die Maßnahme beispielsweise nach VOB/C – DIN 18380 so vorzunehmen, dass "bei bestimmungsgemäßem Betrieb, also z.B. auch nach Raumtemperaturabsenkung oder Betriebspausen der Heizanlage, alle Wärmeverbraucher entsprechend ihrem Wärmebedarf mit Heizwasser versorgt werden."

Entfällt der hydraulische Abgleich ganz oder war die Durchführung nicht sorgfältig, zieht das unweigerlich weitreichende Konsequenzen nach sich. Während etwa kurze Heizkreise eine Überversorgung aufweisen, kann an anderen Stellen die erforderliche Heizleistung nicht zuverlässig erreicht werden.

Als Reaktion versuchen die Nutzer in den untervorsorgten Räumen häufig, die Raumtemperatur durch die Höherstellung des Raumthermostats zu erhöhen. Die Raumtemperatur steigt hier aber aufgrund der Unterversorgung zumeist nicht an. In den bereits überversorgten Räumen steigt dagegen die Oberflächentemperatur des Bodens weit über die Behaglichkeitsgrenze hinaus an. Und die Überversorgung führt zu einer Erhöhung der Rücklauftemperatur, sodass bei Brennwertkesseln der entsprechende Nutzen und damit auch die daraus resultierenden Energie- und Kosteneinsparungen ausbleiben können.

Einregulierung herkömmlicher Heizkreisverteiler

Bei herkömmlichen Heizkreisverteilern mit Drosselventilen und Durchflussanzeigen ist die Einstellung der benötigten Wassermengen insbesondere in weit verzweigten Systemen eine zeitraubende Angelegenheit. Die für den hydraulischen Abgleich erforderliche Einstellung an den Drosselventilen muss entweder – unter Umständen mit erheblichem Aufwand für Recherche und Planung – berechnet werden oder über Durchflussanzeigen am Verteiler im iterativen bzw. Wiederholungsverfahren erfolgen.

Dazu werden zunächst anhand der Heizlast der jeweiligen Heizkreisfläche sowie der Spreizung von Vor- und Rücklauf und in Abhängigkeit vom Differenzdruck die Durchflussmengen für die einzelnen Kreise ermittelt. Als weitere Voraussetzung gilt, dass sämtliche Hand- und Thermostatventile im gesamten Heizungssystem vollständig geöffnet sind und die Umwälzpumpe läuft.

Anschließend lassen sich die ermittelten Durchflusswerte am Vorlaufverteiler nach und nach für die einzelnen Heizkreise einstellen. Nach der Einregulierung aller Heizkreise am Verteiler ist es wichtig, die Einstellungen nochmals zu überprüfen und nachzuregulieren. Dies ist nötig, da die durchströmenden Wassermengen aufgrund der weiteren Druckveränderungen im System in der Zwischenzeit von den ursprünglich eingestellten Werten abgewichen sind. Wie häufig dieser Vorgang wiederholt werden muss und wie lange die Einregulierung insgesamt dauert, hängt dabei von der Komplexität der Anlage sowie von der Länge und Anzahl der Heizkreise ab.

Zeigen die herkömmlichen Durchflussanzeigen die berechneten Volumenströme an, ist das Flächenheizungssystem hydraulisch abgeglichen. Da die Maßnahme allerdings bei geöffneten Ventilen und damit im Volllastbetrieb durchgeführt wurde, kann es trotz abgeglichener Hydraulik zu Über- bzw. Unterversorgungsproblemen in einzelnen Räumen kommen, wenn das System zum Beispiel aufgrund schließender Nachbarkreise in den Teillastbetrieb wechselt.

Diese Möglichkeit besteht insbesondere in weit verzweigten Fußbodenheizungen mit zahlreichen Heizkreisen und mehreren Heizkreisverteilern. Also ist auch bei einer an sich korrekten Inbetriebnahme eine unzureichende Wärmeverteilung möglich, die unzufriedene Kunden und häufige Reklamationen zur Folge haben kann.

Einregulierung mit "AFC"-Technologie

Eine weitaus einfachere Durchführung des hydraulischen Abgleichs ist mit Fußboden-Heizkreisverteilern mit automatischer Durchflussregelung wie etwa dem neuen "Dynacon Eclips" von IMI Heimeier realisierbar. Hier regelt ein Ventileinsatz mit der patentierten "AFC"-Technologie ("AFC" = "Automatic Flow Control") die maximale Durchflussmenge gänzlich unabhängig von dem am Ventil anliegenden Diffe-renzdruck.

Ein breiter Regelbereich von kleinsten Wassermengen (30 bis 300 l/h) ermöglicht ein äußerst weites Anwendungsspektrum. Zeitsparend erfolgt die Einstellung der erforderlichen Durchflussmenge lediglich ein einziges Mal während der Installation. Der Einstellwert wird wärmebedarfsbezogen unabhängig der Rohrlängen und Rohrmaterialien gewählt, was den Aufwand bei der Inbetrieb­nahme und Einregulierung wesentlich reduziert.

Der Verteiler integriert die neue, besonders kompakte Generation der automatischen Thermostat-Ventiltechnik komplett im Heizkreisrücklauf, während im Vorlauf Durchflussanzeigen zur Funktions-kontrolle eingebunden sind. Die Einstellung der ermittelten Volumenströme erfolgt aufgrund dieses Aufbaus allerdings nicht am Vorlaufverteiler mit den Durchflussanzeigen, sondern direkt am Thermostat-Oberteil im Heizkreisrücklauf. Der Durchflusswert lässt sich dabei direkt in l/h mithilfe eines speziellen Einstell- oder eines Maulschlüssels SW 11 anhand einer Skala mit 15 Markierungspunkten festlegen. Die Durchflussanzeige im Vorlauf zeigt an, ob ein Heizkreis versorgt wird.

Die Vorteile der "AFC"-Technologie kommen zudem vor allem auch im Teillastbetrieb zum Tragen, da Druckschwankungen im Rohrnetz durch beispielsweise geschlossene Nachbarventile keinen Einfluss auf das Regelverhalten des Ventileinsatzes haben. Dieser drosselt den überschüssigen Druck automatisch und lässt nur so viel Heizwasser in den Heizkreis wie ursprünglich eingestellt.

Damit sorgt die automatische Durchflussregelung unter allen Betriebsbedingungen für ein hydraulisch abgeglichenes System. Des Weiteren zeichnet sich der für zwei bis zwölf Regelkreise ausgelegte Verteiler durch geringste Durchfluss­toleranzen und damit eine sehr hohe Regelgenauigkeit aus. Die Voreinstellungen bleiben auch nach einer indivi­duellen Absperrung der einzelnen Heizkreise im Vor- wie im Rücklauf erhalten. Hierdurch kann ebenfalls nach einer Reparatur oder Wartung des Systems die Wieder-Inbetriebnahme einfacher und schneller durchgeführt werden.

Optimal geeignet für die Sanierung

Darüber hinaus liegen bei bestehenden Heizungssystemen oftmals schwierige Rahmen­bedingungen mit unbekannten Systemparametern vor. So können etwa bei Flächenheizungen, für die Ausführungsunterlagen fehlen, keine Rückschlüsse auf die Länge der Heizkreise und den Verlegeabstand gezogen werden. Dementsprechend lässt sich der Anteil des Rohrnetzwiderstandes den einzelnen Heizkreisen nicht eindeutig zuordnen, so dass eine Ermittlung der Ventileinstellposition in Abhängigkeit vom Differenzdruck nur bedingt oder gar nicht möglich ist.

Auch in diesem Fall schaffen Fußboden-Heizkreisverteiler mit automatischer Durchflussregelung zuverlässig Abhilfe. Zur Ermittlung der maximalen Durchflussmenge wird lediglich die Heizlastberechnung pro Raum benötigt – im Näherungsverfahren A zum Beispiel abgeschätzt nach Baualtersklassen (siehe VdZ-Formulare zur Bestätigung des hydraulischen Abgleichs). Das nachgeschaltete Rohrnetz ist für die Berechnung nicht relevant. Demzufolge sind für die Durchführung des hydraulischen Abgleichs die üblicherweise notwendigen Systemparameter bezüglich Rohrnetz und Differenzdruck nicht mehr unbedingt erforderlich.

Die "AFC"-Technologie sorgt damit auch unter schwierigen Rahmenbedingungen für ein hydraulisch abgeglichenes System, ohne dass hierfür komplexe Berechnungen erfolgen müssen. Zudem stellt der Hersteller aus Erwitte eine übersichtliche Tabelle für den Einsatz seines Fußboden-Heizkreisverteilers zur Verfügung, aus der die empfohlenen Durchflusswerte bei unterschiedlicher Heiz­leistung (Q) und Systemspreizung (Δt) entnommen werden können. Weitere Unterstützung bietet ebenfalls Auslegungssoftware, wie beispielsweise das Programm "EasyPlan", das unter anderem schnell und einfach eine überschlägige Berechnung der Heizlast vornimmt.

Beim Verteileraustausch beachten

Unabhängig vom Modell sind bei einem Austausch von Fußboden-Heizkreisverteilern zwei wichtige Punkte zu beachten. So sollte im Vorfeld geklärt werden, ob die vorhandenen Rohranschlüsse mit dem neuen Verteiler kombinierbar sind. Die Hersteller bieten üblicherweise für den Anschluss an die verschiedenen Systeme – unter anderem aus Kunststoff-, Kupfer- oder Verbundrohr – ein breites Sortiment an Klemmverschraubungen, Stützhülsen und Längen-Ausgleichsstücken an.

Ebenso ist es unerlässlich, jeden Heizkreis vor der Inbetriebnahme eines neuen Verteilers einzeln zu befüllen, zu spülen und zu entlüften. Das befreit die Rohrleitungen von Verschmutzungen und Schlamm und stellt die dauerhafte Funktionalität des Heizungssystems sicher. Im Optimalfall sollte die Spülung der Heizkreise noch über den alten Verteiler vorgenommen werden.

Bei der neuen Generation von Heizkreisverteilern mit "AFC"-Technologie ("Dynacon Eclipse") ist außerdem zu beachten, dass hier zum Schutz der Ventiltechnik nicht wie üblich über den Heizungsvorlauf, sondern über den Rücklauf befüllt und gespült wird.

Darüber hinaus ist es grundsätzlich sinnvoll, insbesondere ältere Systeme zusätzlich vor Verschmutzungen zu schützen, um Fehlfunktionen und Ausfälle zu vermeiden. Hierzu gehören Luft- und Schmutzabscheider, die vor dem Heizkreisverteiler installiert dafür sorgen, dass Verunreinigungen, Luft und gelöste Gase mit hohem Wirkungsgrad aus dem Heizwasser abgeschieden werden. Eine Maßnahme, die sich auf lange Sicht auf den gesamten Heizkreislauf und die Lebensdauer aller Anlagenkomponenten – wie etwa Wärmeerzeuger, Heizungspumpen, Ventile oder Wärmemengenzähler – positiv auswirkt.

Fazit

Flächenheizungen zeichnen sich durch eine energieeffiziente Betriebsweise und einen behaglichen Temperaturkomfort aus. Eine wichtige Voraussetzung dafür, dass diese Vorteile auch zum Tragen kommen, ist eine abgeglichene Hydraulik.

Sind die Systeme weit verzweigt und verfügen über zahlreiche Heizkreise und mehrere Heizkreisverteiler, kann sich der Zeitaufwand für die Durchführung eines hydraulischen Abgleichs deutlich erhöhen. Gleichzeitig besteht hier die Möglichkeit, dass im Teillastbetrieb dennoch nicht überall eine gleichmäßige Wärmeverteilung vorherrscht.

Bei Bestandsanlagen kommt erschwerend hinzu, dass oftmals die Länge der Heizkreise oder der Verlegeabstand unbekannt sind und damit die für den hydraulischen Abgleich notwendigen Berechnungen gar nicht oder nur unzureichend durchgeführt werden können.

Eine entsprechende Lösung bieten Fußboden-Heizkreisverteiler mit automatischer Durchflussregelung, die sowohl eine schnelle und einfache Inbetriebnahme ermöglichen als auch unter allen Betriebs- und schwierigen Rahmenbedingungen einen zuverlässigen hydraulischen Abgleich gewährleisten.