So werden Einrohrheizungen richtig einreguliert
Schätzungen zu Folge existieren in Bestandsgebäuden bis dato noch weit über eine Million Einrohrsysteme, die mehrheitlich Mitte der 1970er bis Mitte der 80er installiert wurden. Ein großer Teil davon arbeitet sehr ineffizient. Die mangelhafte Funktion beruht dabei auf der Besonderheit der Bauweise. Bei Einrohrventilen wird nur ein bestimmter Prozentsatz des Heizungswassers dem Heizkörper zugeführt – etwa 30 bis 50 % – und der verbleibende Volumenstrom fließt daran vorbei. Hinter dem Heizkörper kommt es dann zu einer Vermischung des Wassers aus dem Bypass mit dem abgekühlten Heizungswasser aus dem Heizkörper.
Durch die Verbindung der einzelnen, aufeinander folgenden Heizkörper über nur eine Ringleitung nimmt die Vorlauftemperatur in der Leitung mit zunehmender Entfernung vom Ausgangspunkt stetig ab. Die sinkende Heizleistung wird mit einer kontinuierlichen Vergrößerung der Heizflächen ausgeglichen. Dennoch lassen sich die Wärmeverluste trotz korrekter Auslegung in manchen Fällen nicht ausreichend kompensieren, sodass weit vom Ausgangspunkt entfernte Räume häufig unterversorgt sind.
Mangelnde Regulierbarkeit
Bei Heizungen mit Einrohrsystem handelt es sich um volumenstromkonstante Systeme, bei denen die Wassermenge im Strang, anders als bei einer Zweirohranlage, gleichbleibt. Das kann zu folgender Situation führen: Wenn Nutzer die Heizungswasserzufuhr eines Heizkörpers über ein Thermostatventil drosseln oder ganz unterbinden, fließt eine größere Wassermenge durch den Bypass. Dadurch steigt die Vorlauftemperatur für den Folgeheizkörper, sodass dieser überversorgt wird. Häufig führt dies dazu, dass der Nutzer auch hier das Thermostatventil niedriger einstellt bzw. schließt.
Dieser Effekt setzt sich dann bis zum letzten Heizkörper fort – eine Kettenreaktion, die letztlich zu einem Anstieg der Rücklauftemperatur führt, weil heißes Heizwasser aus dem Vorlauf in den Rücklauf fließt. Als Folge dessen vermindert sich die Spreizung der Wassertemperatur. Insbesondere die schwankenden und teilweise zu hohen Rücklauftemperaturen sind der Grund, warum sich Einrohrheizungen schlecht mit modernen, effizienten Wärmeerzeugern wie Brennwertkesseln oder Wärmepumpen kombinieren lassen.
Ein weiteres Problem ergibt sich durch die Tatsache, dass in den Anlagen während der Heizperiode alle Rohrleitungen ständig von Heizwasser durchströmt werden. So kommt es während dieses Zeitraumes selbst bei geschlossenen Thermostatventilen zu einer permanenten Wärmeabgabe über die Heizungsrohre. Das verbraucht nicht nur unnötig Pumpenenergie, sondern kann darüber hinaus zu einer Überhitzung der Räume und damit zu mangelndem Komfort für die Bewohner führen.
Warum einfache Maßnahmen nicht greifen
Kaum eine Einrohranlage arbeitet ohne mit solchen Schwierigkeiten zu kämpfen. Oftmals wird dann mit vergleichsweise einfachen Maßnahmen versucht die Situation zu verbessern, beispielsweise durch eine Änderung der Anlageneinstellungen. Allerdings haben die Anpassungen sehr häufig statt positiver Auswirkungen eher negative Konsequenzen, genauer gesagt eine Verschlechterung der Hydraulik oder/und einen höheren Energieverbrauch zur Folge. Ein Beispiel dafür ist der Versuch, den zunehmenden Wärmeverlust in der Ringleitung mit einer übermäßig hohen Ausgangs-Vorlauftemperatur auszugleichen.
Die Erhöhung der Vorlauftemperatur führt oftmals dazu, dass durch die Wärmeabgabe der Rohrleitungen bereits ein Großteil des Wärmebedarfs gedeckt werden kann. Diese Überversorgung ist zum einen mit einem hohen Energiebedarf und die dadurch unnötigerweise entstehenden Kosten verbunden sowie zum anderen mit Behaglichkeitseinbußen, da ein angenehmes Raumklima auf Dauer kaum zu erreichen ist.
Eine andere, oft umgesetzte Maßnahme ist die Erhöhung der Pumpenleistung durch eine höhere Drehzahl oder eine größere Pumpe. Dieser Schritt hat als Ergebnis ebenfalls einen erheblich erhöhten Energiebedarf, zudem wirkt er sich negativ auf die Hydraulik aus und kann Strömungsgeräusche verursachen.
Hydraulischer Abgleich hilft
Eine sichere, aber zugleich auch mit hohem Aufwand verbundene Methode, einen möglichst effizienten Betrieb einer Einrohrheizung zu gewährleisten und einen zumindest ausreichenden Komfort für die Bewohner des Gebäudes zu sichern, ist die Durchführung eines hydraulischen Abgleichs. Allerdings wird er nur selten in Betracht gezogen, da für einen nachträglichen Abgleich eine neue Rohrnetzberechnung der einzelnen Kreise vorgenommen werden müsste, um die Ringvolumenströme einigermaßen genau zu ermitteln. Das ist mit hohem Aufwand verbunden bzw. teilweise kaum realisierbar, da in Bestandsgebäuden vielfach die nötigen Daten fehlen.
Eine leicht umsetzbare Lösung für diese Situation bieten druckunabhängige Regel- und Regulierventile, da sie nur geringe Betriebskosten mit sich bringen und sich schnell und einfach installieren lassen. Durch den Einsatz moderner, druckunabhängiger Ventile lässt sich ein hydraulischer Abgleich sogar ohne komplexe Berechnungen oder detaillierte Kenntnisse des Rohrleitungsnetzes automatisch ausführen. Das Ventil TA-Compact-P von IMI Hydronic Engineering ermöglicht beispielsweise individuelle Durchflussmengen, verhindert zu hohe Durchflüsse und erreicht so eine exakte hydronische Regelung. Es eignet sich besonders für die Einregulierung und Regelung kleiner und mittlerer Verbraucher.
Einregulierventile für automatische Regelung
Die Regel- und Regulierventile ermöglichen dank des integrierten Differenzdruckreglers, der über das Regelteil den Differenzdruck konstant hält, unter sämtlichen Arbeitsbedingungen eine stabile und präzise Temperaturregelung. Vollständig geöffnete Ventile begrenzen den maximalen Durchfluss und gewährleisten so, dass sämtliche Einrohr-Ringe exakt die für die Versorgung der angeschlossenen Heizkörper benötigte Wassermenge erhalten.
Für die Ermittlung der erforderlichen Durchflussmenge sind lediglich die Heizleistung des Einrohrrings und die Temperaturspreizung des Systems erforderlich. Der entsprechende Einstellwert am Ventil kann anschließend einer Tabelle in den Produktunterlagen entnommen werden.
Die Ventile werden im Vor- oder Rücklauf des jeweiligen Einrohrrings installiert und die erforderliche Ringwassermenge direkt eingestellt. Auf diese Weise findet automatisch ein hydraulischer Abgleich im Gesamtsystem statt und die Über- bzw. Unterversorgung ganzer Ringe – zum Beispiel durch schließende Nachbarventile – wird zuverlässig vermieden. Komplexe Berechnungen oder detaillierte Kenntnisse des Rohrleitungssystems sind hierzu nicht erforderlich.
Praktisch bei Sanierungen ist ferner die Absperrfunktion des kompakten Ventils. Damit können einzelne Bereiche – in Kombination mit einem Kugelhahn Globo H mit Füll- und Entleerungsfunktion auch einzelne Ringe – schnell und einfach separat abgesperrt und entleert werden.
Mehr Komfort mit Zusatzfunktionen
Das Ventil verfügt zudem über integrierte Messnippel, die bei Bedarf eine exakte Durchfluss- und Differenzdruckmessung für eine zielgerichtete Fehlersuche und Systemanalyse ermöglichen. In Kombination mit einem Einregulierungscomputer lassen sich darüber hinaus vielfältige Messungen und Diagnosen durchführen.
Anhand der Messung des Mindestdifferenzdrucks an dem hydraulisch ungünstigsten Ventil kann zudem der optimale Betriebspunkt der Pumpe bestimmt und dadurch der Energieverbrauch und die Betriebskosten reduziert werden. Der Messcomputer TA-Scope erlaubt hier etwa die effektive Messung und Dokumentation von Differenzdruckwerten, Volumenströmen, Temperaturen und Leistungen in Hydroniksystemen sowie eine schnelle Fehlerbehebung.
Weitere Möglichkeiten zur Systemoptimierung bietet das Regel- und Regulierventil im Zusammenspiel mit zusätzlichen Armaturen aus dem Produktsortiment des Herstellers. So lässt sich mit dem Ventil in Kombination mit einem thermischen Stellantrieb und einem Raumthermostat für die Heizkörper eines Einrohrrings eine präzise Zonenregelung realisieren. Über das Raumthermostat kann darüber hinaus eine energiesparende Nachtabsenkung programmiert werden.
Aus diesen Schritten ergibt sich nicht nur eine Reduktion der Kosten, sondern auch eine deutliche Komfortsteigerung für die Bewohner. Eine weitere Verbesserung der Funktion erlaubt ferner der zusätzliche Einsatz des Strangregulier- und Regelventils TA-Multi sowie eines RTL-Thermostatkopfes, der für den jeweiligen Einrohrring eine zuverlässige Begrenzung der Rücklauftemperatur ermöglicht. Auf diese Weise wird eine energieeffiziente Einbindung moderner Wärmeerzeuger, wie z. B. Brennwertkesseln, gewährleistet. Und bei Anlagen mit Fernwärmeversorgung stellen konstante Rücklauftemperaturen ebenfalls optimale Rahmenbedingungen sicher.
Dieser Beitrag von Autor Meinolf Rath ist zuerst erschienen in SBZ-07/2020. Meinolf Rath ist Leiter Anwendungstechnik bei der IMI Hydronic Engineering GmbH.
