Wärme­erzeuger­tausch nur mit System­opti­mie­rung

1,3 Millionen Wärmeerzeuger wurden 2023 in Deutschland abgesetzt – ein Rekord für die Hersteller. Wenngleich nicht alle der darin enthaltenen 365.000 Heizungs-Wärmepumpen auch im selben Jahr installiert worden sind, stellt dies den Spitzenwert nicht infrage. Während über die Verkaufszahlen kontrovers diskutiert wurde und wird – insbesondere wegen sinkender Absatzzahlen in der Wärmepumpenbranche – blieb die Frage, wie viele der bestehenden Heizungsanlagen im Rahmen einer systematischen Nachplanung an den neuen Wärmeerzeuger angepasst wurden, nahezu unbeachtet.

Für diese zusätzlichen Maßnahmen gibt es keine Kennzahlen. Vermutungen legen aber nahe, dass ein Großteil der Heizungsanlagen überhaupt nicht oder nur mangelhaft justiert wurde. Tendenziell ist der Druck bei geförderten Maßnahmen durch zu leistende Unterschriften höher. Ohne eine Anpassung an die neue Situation werden die vorhandenen Optimierungspotenziale nicht ausgenutzt und es wird weiter ineffizient und somit teurer als nötig geheizt.

Hydraulischer Abgleich senkt Verbrauch

Dabei kann alleine ein korrekt durchgeführter hydraulischer Abgleich nach Verfahren B (VdZ) als Basisbaustein der Nachplanung den Heizenergieverbrauch bereits um bis zu 15 % verringern. Denn durch die erreichte gleichmäßige Wärmeverteilung ist eine Absenkung der Vorlauftemperatur möglich. Vor allem bei Wärmepumpen wirkt sich dies positiv auf die Betriebskosten des neuen Wärmeerzeugers aus. Um eine bestehende Heizungsanlage sinnvoll an den neuen Wärmeerzeuger anpassen zu können, ist eine systematische Nachplanung des gesamten Heizungssystems unerlässlich – wie diese ablaufen sollte, wird nachfolgend näher beleuchtet.

Nachplanung braucht Systemverständnis

Damit die Nachplanung gelingen kann, braucht es ein grundlegendes „Systemverständnis“. Der Heizungsfachmann muss das System Heizung sowie das zu beheizende Gebäude als Ganzes verstehen. Dabei gilt es, zunächst Kosten und Nutzen einzelner Sanierungsmaßnahmen – wie etwa der Einbau neuer Fenster oder eine adäquate Wärmedämmung – abzuwägen und ein für das jeweilige Haus optimales Modernisierungspaket zu schnüren.

Das bedeutet konkret, das im Idealfall bereits vor der Entscheidung für einen bestimmten neuen Wärmeerzeuger beziehungsweise dessen Dimensionierung zahlreiche Berechnungen angestellt werden sollten. So wird sichergestellt, dass der neue Wärmeerzeuger nach Abschluss der Sanierung nicht überdimensioniert ist. Hauptziel aller im Rahmen der Nachplanung vorgenommenen Kalkulationen und Maßnahmen ist immer die Absenkung der Vorlauftemperatur beziehungsweise der Übertemperatur - also der Temperaturdifferenz zwischen Raumtemperatur und der mittleren Temperatur des Heizmediums bei der Wärmeübergabe (zumeist: Vor und Rücklauftemperatur an den Heizkörpern). 

Hierbei nimmt der hydraulische Abgleich der Heizungsanlage eine Schlüsselrolle ein. Er bildet die Grundlage für die effizienzoptimierte Anpassung des nachgeschalteten Systems an den neuen Wärmeerzeuger und sorgt für eine bedarfsgerechte Verteilung des Heizwassers, indem er die Massenströme regelt oder begrenzt und dadurch eine optimale Nutzung der verfügbaren Wärmeenergie ermöglicht. Dadurch kann die gewünschte Raumtemperatur mit niedrigeren Vorlauftemperaturen als zuvor erreicht werden.

Die unter dem „Aufwand-Nutzen-Aspekt“ besten Ergebnisse lassen sich mit einem hydraulischen Abgleich nach Verfahren B gemäß VdZ-Bestätigungsformular erzielen. Er ist mit den BEG-Förderrichtlinien auf Basis der vereinfachten raumweisen Heizlast konform und stellt durch den Einsatz druckunabhängiger Armaturen auch im Teillastfall eine bedarfsadäquate Wärmeverteilung sicher. 

Kostenfrei nutzbare Softwaretools wie DanBasic 8 von Danfoss bieten Fachhandwerkern einerseits umfassende Unterstützung bei Berechnung, Armaturenauswahl sowie Dokumentation und beschleunigen andererseits auch die Anlagenplanung, Systemoptimierung sowie die Einstellung der Ventile. Dabei können Tools wie DanBasic 8 auch die Nachplanung von Bestandsanlagen in Mehrfamilienhäusern erleichtern, sofern vereinfachte Rechenwege und geeignete Armaturen gewählt werden. 

Strukturiertes Vorgehen ist unabdingbar

Indes können solche Softwaretools ein strukturiertes Vorgehen nicht ersetzen. Als erster Schritt muss dabei die vereinfachte raumweise Heizlast ermittelt werden. Sie hängt von zahlreichen Faktoren wie der Anzahl der Fenster und Außenwände ab und kann deshalb selbst bei identischen Raummaßen sehr unterschiedlich ausfallen. Deshalb ist eine Ermittlung der Transmissionsverluste unabdingbar.

Allerdings gestaltet sie sich bisweilen schwierig, da die U-Werte älterer Bauteile häufig unbekannt sind. Softwarelösungen wie DanBasic 8 unterstützen Anwender hierbei, indem sie beispielsweise anhand von Baualter und Isolierung näherungsweise Angaben für die U-Werte vorschlagen – und ganz nebenbei erstellt die Software auch die für den BEG-Förderantrag notwendige Dokumentation zum hydraulischen Abgleich. Wann immer aufgrund vorliegender Informationen möglich, sollte aber die manuelle Eingabe der U-Werte vorgezogen werden.

Zur Beschleunigung des Vorgehens kann in Mehrfamilienhäusern, bei denen Etagengrundrisse und Zimmeraufteilung identisch sind, ein Geschoss als Blaupause begutachtet werden. Die Ergebnisse dieses Stockwerks können dann größtenteils auf die übrigen übertragen werden. Wenn jede Etage als eigene Zone behandelt wird, müssen jedoch – beispielsweise bei Dachgeschosswohnungen – zusätzliche Faktoren, etwa die Dachflächen beachtet werden.

Die Zonierung kann alternativ auch für jede Wohneinheit separat vorgenommen werden. Dieses Vorgehen ist zwar aufwendiger, ermöglicht es aber, – in Kombination mit einem dezentralen Wärmeerzeuger – durch den Einbau von Wohnungsstationen wie der Danfoss EvoFlat Reno II, die Heizungsanlage in jeder Wohnung separat zu optimieren. Die in der Station verbaute Differenzdruckregelung sorgt dann für einen präzisen automatischen hydraulischen Abgleich, der BEG-förderfähig ist.

Ermittlung der kritischen Heizkörper

Nach erfolgter Heizlastermittlung muss die Heizleistung der bestehenden Heizkörper (mit fiktiv vorgegebener Übertemperatur von 70/55/20 °C) bzw. die Heizflächen geprüft und mit der zuvor festgestellten tatsächlichen Heizlast raumweise verglichen werden. Ausgehend davon lassen sich die Überdimensionierungsfaktoren ermitteln, die für die Berechnung der maximal notwendigen Übertemperatur der vorhandenen Heizkörper unerlässlich sind.

Über den Heizkörperüberdimensionierungsfaktor kann jener Heizkörper ermittelt werden, der die „Absenkgrenze“ nach unten vorgibt. Mithilfe dieses Faktors lassen sich außerdem die „kritischen“ Heizkörper identifizieren, die mit den neuen Systemgegebenheiten nicht Schritt halten können und ausgetauscht (vergrößert) werden sollten. Auch hierbei unterstützt DanBasic 8: Die Software kann sowohl für reine Radiatoren- und Fußbodenheizungen als auch für Heizungen mit beiden Wärmeübertragertypen alle notwendigen Berechnungen vornehmen.

Rohrnetz ist die größte Unbekannte

Für ein optimiertes Heizen genauso entscheidend wie die Berechnung der Heizflächen ist ein effizientes Verteilernetz – bestehend aus Umwälzpumpe, Rohrnetz sowie Strang- und Heizkörperventilen. Die größte Unbekannte ist dabei das Rohrnetz. Vor allem im Bestand ähnelt es einer Blackbox, auf deren Parameter meist nicht oder nur mit erheblichem Aufwand zugegriffen werden kann.

Bei DanBasic 8 wurde bewusst auf ein Modul zur detaillierten Rohrnetzberechnung verzichtet. Eine Berechnung des Rohrnetzes wäre prinzipiell zwar korrekt, ist aber in allen Ein- und Zweifamilienhäusern sowie den meisten Mehrfamilienhäusern ohnehin verzichtbar. Denn aufgrund reduzierter Heizlasten, relativ kurzer und oft überdimensionierter Netze sowie vielfacher Teillastnutzungen sind die Massenströme und damit die für den Druckverlust maßgebenden Strömungsgeschwindigkeiten niedrig. Der Druckabfall in den Rohrleitungen spielt in diesen Gebäudetypen deshalb keine allzu große Rolle. Demgemäß erlaubt das VdZ-Formular nach Verfahren B auch Rohrnetzberechnungen anhand von Annahmen, was in der Softwarelösung unter „Armaturen-/Pumpenauslegung“ möglich ist.

Bei Mehrfamilienhäusern ist es ferner ratsam, die Heizungsanlage mittels Differenzdruckreglern vor den einzelnen Strängen in mehrere kleinere Zonen beziehungsweise Verbrauchseinheiten zu unterteilen. Dieses Vorgehen erleichtert die Durchführung des hydraulischen Abgleichs deutlich, da die einzelnen Zonen hydraulisch voneinander unabhängig sind und somit separat hydraulisch reguliert werden können. Im Anschluss können per Druckoptimierung die Differenzdrücke über den Thermostatventilen abgesenkt und somit die Voreinstellwerte optimiert werden. Dies führt in der Praxis zu einer weitaus besseren Regelgüte und einer geringeren Anfälligkeit für Verschmutzungen. Sind alle beschriebenen Schritte erfolgt, kann der neue Wärmeerzeuger installiert werden.

Heizkurve muss angepasst werden

Und wie geht es nach dem Einbau des neuen Wärmeerzeugers weiter? Zu einer umfassenden Nachplanung gehört primär die auf einer Berechnung basierende Anpassung der Heizkurve. Aber auch die sorgfältigste Nachplanung basiert im Bestand in der Regel auf einigen Annahmen, die – auch aus Zeitgründen – nur zu einem theoretischen Ergebnis führen können. Weiter verbessern lässt sich die Einstellung der Armaturen nur mit einer intelligenten Regelung mit Optimierungsfunktion.

Intelligente Thermostatventile wie Danfoss Eco oder Ally sind in der Lage, diese sukzessive Einstellung der Heizungsanlage automatisiert zu leisten. Sie führen einen adaptiven Abgleich durch und optimieren damit die Heizungsanlage im Betrieb kontinuierlich weiter. Von vornerein auf den automatisierten Abgleich durch Thermostatventile zu setzen und die Berechnungen damit zu umgehen, entpuppt sich jedoch als Trugschluss: Zum einen wird das optimale Ergebnis erst durch die Kombination aus geeigneten Armaturen, Berechnung und Automatik erreicht. Zum anderen ist der adaptive Abgleich nicht BEG-förderfähig.

Neben der automatisierten Systemoptimierung kann nach dem hydraulischen Abgleich auch die optimale Einstellung der Heizungsumwälzpumpe zur Effizienzsteigerung der Heizungsanlage beitragen. Durch den hydraulischen Abgleich wird die bedarfsgerechte Versorgung aller Heizkörper mit einem geringeren Pumpaufwand sichergestellt. Zudem hat eine zu hoch eingestellte Umwälzpumpe oft unliebsame Begleiterscheinungen wie Rauschen an Drosselarmaturen bis zum Verlust der Regeleigenschaften der Thermostatventile zur Folge. Deshalb gehört auch eine Reduktion der Pumpenförderhöhe oder gegebenenfalls sogar ein Austausch überdimensionierter Umwälzpumpen zum hydraulischen Abgleich beziehungsweise zur Heizungsoptimierung.

Dauerhafte Systemoptimierung bleibt notwendig

Die vorstehenden Überlegungen machen deutlich, dass es bei der Heizungsmodernisierung nicht genügt, einfach den Wärmeerzeuger auszutauschen. Eine systematische Nachplanung ist notwendig und sollte immer das Ziel verfolgen, das Gesamtsystem Heizung so lange zu optimieren, bis es energieeffizient und somit wirtschaftlich arbeitet. Dieser Vorgang darf jedoch nicht als einmalige Aktion verstanden werden, sondern als ein stetiges Adaptieren. Nur so kann die Wärmewende auch im Bestand gelingen. Die erforderlichen Werkzeuge, Armaturen, Services und Angebote zum Know-how-Transfer liegen vor.

Dieser Artikel, geschrieben von Bernd Scheithauer, Senior Berater bei Danfoss, erschien zuerst im TGA+E fachplaner Ausgabe 10/2024.