Aus einer Vielzahl von Parameterrechnungen und der Überlegung, dass der Heizbetrieb mit Bypass quasi eine konstante Grundleistung einbringt, wurden Berechnungen mit unterschiedlichen Auslegungsvorlauftemperaturen und weiterhin verschiedenen Rohrabständen durchgeführt.
Die Zusammenfassung des Heizbetriebs ohne Bypass bei unterschiedlichen Rohrabständen und unterschiedlichen Auslegungsvorlauftemperaturen ist hinsichtlich der operativen Raumtemperatur in Abbildung 5 aufgetragen.
Es ist erkennbar, dass bei beiden Variationen die Sollwerte aufgrund der Regelung des gesamten Massenstroms gut ausgeregelt werden.
Beim Heizbetrieb mit Bypass stellen sich die in Abbildung 6 dargestellten operativen Raumtemperaturen ein, wobei sich ergibt, dass etwas höhere Überschwingungen der Sollwerte zu verzeichnen sind. Die höchste Überschwingung aufgrund höherer innerer Wärmequellen ist mit etwa 0,25 K nur unwesentlich höher als beim Heizbetrieb ohne Bypass.
Der analoge zusammenfassende Vergleich hinsichtlich der Oberflächentemperaturen ist für den Betrieb mit Bypass in Abbildung 7 dargestellt. Aufgrund der Regelung des gesamten Massenstroms beim Heizbetrieb ohne Bypass ergeben sich für die unterschiedlichen Rohrabstände und den zugehörigen Auslegungsvorlauftemperaturen nahezu deckungsgleiche Werte. Bei Heizbetrieb mit Bypass tritt die bereits bekannte Vergleichmäßigung der Oberflächentemperatur hervor, wobei festzustellen ist, dass auch die Maximalwerte kleiner sind als bei Heizbetrieb ohne Bypass (s. Abb. 6).
Beim Heizbetrieb von Fußbodenheizungen und einer Einzelraum-Temperaturregelung mit Bypass (30 Prozent) entstehen die folgenden generellen Effekte:
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Bei Wechsel der Heizlasten, z. B. durch innere Wärmequellen, solaren Eintrag usw., erhöhen sich durch den konstanten Anteil des Massenstroms die operativen Raumtemperaturen geringfügig.
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Es findet durch den konstanten Massenstromanteil eine Vergleichmäßigung der Oberflächentemperaturen statt.
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Bei entsprechender Anpassung der Auslegungsvorlauftemperatur verringern sich die Höchstwerte der Oberflächentemperatur leicht.
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Aufgrund des konstanten Massenstromanteils, der zu einer Grundleistung der Fußbodenheizung führt, kann die Auslegungsvorlauftemperatur abgesenkt werden.
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Durch die Vergleichmäßigung der Oberflächentemperaturen, die aus der Grundleistung resultiert, kann im Auslegungsfall ein größerer Rohrabstand gewählt werden.
Daraus ergibt sich für die praktische Auslegung von Fußbodenheizungen, die mit der Einzelraum-Temperaturregelung ohne Bypass betrieben werden sollen, dass für Rohrabstände von 30 cm Auslegungsvorlauftemperaturen von 50 bis 55 °C gewählt werden können, die dann eine Wärmestromdichte im ungünstigsten Raum von etwa 100 W/m² decken können. Die gleiche Wärmestromdichte wird beim Betrieb mit Bypass (30 Prozent) erreicht, wenn die Heizkurve der außentemperaturabhängigen Vorlauftemperaturregelung in ihrem Maximalwert auf einen um 10 K niedrigeren Wert eingestellt wird.
Die energetische Bewertung der Einzelraum-Temperaturregelung im Bypassbetrieb kann am einfachsten über Aufwandszahlen erfolgen [3], die den Energieaufwand ins Verhältnis zum Energiebedarf setzen.
Wenn die Aufwandszahlen nach DIN V 18599-5 bestimmt werden, ergibt sich zunächst, dass im Bereich der Wärmeübergabe keine Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur bei Fußbodenheizungen angegeben ist, so dass nach diesen Vorgaben keine Erhöhung der Aufwandszahl durch das leichte Überschwingen der operativen Raumtemperatur entsteht.
Im Bereich der Wärmeverteilung bewirkt eine geringere Auslegungsvorlauftemperatur (= Einstellung der Heizkurve um -10 K) eine geringere Wärmeabgabe der Rohrleitungen und Armaturen. Dadurch verringert sich im Bereich von Wohngebäuden die Aufwandszahl der Verteilung um etwa drei Prozent. Der Einfluss des Aufbaus eines verteilerlosen Wärmeverteilsystems bei Einsatz von thermostatischen Einzelraumregelungen mit Bypass ist in energetischer Hinsicht noch nicht berücksichtigt.
Durch Heizbetrieb mit insgesamt geringeren Vorlauftemperaturen verringert sich auch der Energieaufwand der Wärmeerzeuger. Bei klassischen Brennwertkesseln verringert sich die Aufwandszahl der Erzeugung um etwa ein Prozent und bei Wärmepumpen (Sole/Wasser) um etwa sechs Prozent.
Damit können durch den Einsatz der Einzelraum-Temperaturregelung im Bypassbetrieb bei Heizanlagen mit Fußbodenheizung und Brennwertkesseln zusammen etwa vier Prozent und bei Heizanlagen mit Fußbodenheizung und Wärmepumpen zusammen etwa neun Prozent Endenergie eingespart werden.
Neben dem Effekt der Energieeinsparung ergibt sich der wirtschaftliche Aspekt durch den Einsatz kleinerer Rohrlängen durch die möglichen größeren Rohrabstände bei gleichzeitiger Absenkung der Auslegungsvorlauftemperatur.
Zusammenfassung
Die vorliegende Studie hat die wesentlichen Effekte beim Einsatz der Einzelraum-Temperaturregelung im Bypassbetrieb bei Fußbodenheizanlagen aufgezeigt. Der Bypassbetrieb führt bei größeren Rohrabständen dazu, dass aufgrund der Grundleistung durch den konstanten Massenstrom die Vorlauftemperatur im Betrieb um etwa 10 K abgesenkt werden kann.
Diese Temperaturabsenkung ist die maßgebliche Größe für die sich einstellende Energieeinsparung. Hinsichtlich des Komforts in den beheizten Räumen entstehen keine Defizite durch den Heizbetrieb mit Bypass, die Oberflächentemperaturen vergleichmäßigen sich und die operativen Raumtemperaturen unterscheiden sich nur geringfügig von denen beim Betrieb ohne Bypass mit höheren Auslegungsvorlauftemperaturen.
Literatur
[1] Oventrop GmbH & Co. KG, Paul-Oventrop-Straße 1, D-59939 Olsberg
[2] DIN V 18599 – Energetische Bewertung von Gebäuden, Beuth-Verlag GmbH, Berlin, 2011
[3] Hirschberg, R., Energieeffiziente Gebäude, Verlagsgesellschaft Rudolf Müller, Köln, 2008
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