15. Dezember 2020

Tipps für die Modernisierung von bestehenden Anlagen im Gebäudebestand – Teil 1: Hydraulischer Abgleich

Die aktuelle Fördersituation ermöglicht es, bei der Kesselsanierung mit Erneuerbaren Energien über den reinen Austausch des Wärmeerzeugers hinaus auch die notwendigen Erneuerungen bzw. eine Optimierung der Flächenheizung bis hin zum Bodenbelag anteilig fördern zu lassen. Dieser Artikel basiert auf den BVF-Ratgeber „Tipps zur Modernisierung von bestehenden Flächenheizungen in bestehenden Gebäuden“, geht jedoch in den Bereichen Hydraulik und Regelung ins Detail, um sinnvolle Entscheidungshilfen für die Handwerksbetriebe aufzuzeigen.

Unsichtbar ist er und auch sonst unmerklich, der hydraulische Abgleich. Dabei ist er für die Fußbodenheizung von besonderer Wichtigkeit, stellt er doch einen einwandfreien und effizienten Betrieb der Heizungsanlage sicher. Bei der Sanierung bzw. Erneuerung des vorhandenen Flächenheizungssystems sind seitens der Hydraulik einige Dinge zu beachten. Die erfolgreiche Modernisierung setzt zunächst eine Begutachtung des vorhandenen Heizungssystems und des Gebäudes voraus. Dabei sollten die nachfolgend aufgeführten Fragen geklärt werden:

Sind Bestandsunterlagen, z. B. Berechnungs- oder Revisionsunterlagen, Dokumentationen, Fotos, Rechnungen, über das verbaute System vorhanden? Sind die vorhandenen Informationen noch aktuell?

Bei der Bewertung des vorhandenen Systems sollte geprüft werden, ob und in welcher Form Änderungen am Gebäude vorgenommen wurden (Austausch der Fenster, Dämmung der Fassade, Dämmung oberste Geschossdecke, Dachdämmung, An und Ausbauten; … etc.). Denn vorhandene Berechnungen sind nur dann brauchbar, wenn der aktuelle Bauzustand noch weitgehend dem Ursprungszustand entspricht.

Wie erfolgt der hydraulische Abgleich bei einem Flächenheizungsverteiler?

Für die Berechnung müssen die raumweise Heizlast und Heizleistung bekannt sein. Fehlen derartige Unterlagen, kann die Heizlast entweder rechnerisch exakt nach DIN EN 12831 oder mittels eines vereinfachten Verfahrens ermittelt werden. Dies kann zum Beispiel auf der Grundlage des Baualters des Hauses erfolgen. Zur Berechnung der Heizleistung müssen Systemaufbau und Verlegeabstand bekannt sein. Die Ermittlung des Verlegeabstandes kann innerhalb der Heizperiode mit thermooptischen Methoden ermittelt werden, z. B. mittels thermochromer Folien oder ThermographieKameras. Ist eine solche Ermittlung nicht möglich, können plausible Annahmen zum Verlegeabstand anhand der damals üblichen Bauweise getroffen werden.

Mit dem so ermittelten Verlegeabstand und der Heizlast können die erforderliche Vorlauftemperatur und der jeweilige Durchfluss berechnet werden, die für den hydraulischen Abgleich der Heizkreise untereinander heranzuziehen sind. Die Summe aller Heizkreisdurchflüsse wird für die Auslegung der Pumpe herangezogen. Der Berechnung der Förderhöhe liegt der Druckverlust des ungünstigsten Fußbodenheizkreises zugrunde. Zu addieren ist dann noch der Druckverlust des Heizkreisverteilers, des Rohrnetzes (Verteilung) mit den zugehörigen Armaturen und der Druckverlust des Wärmeerzeugers.

Je nach Ausstattung des Heizkreisverteilers im Hinblick auf die Ausführung seiner Abgleicharmaturen sind neben dem ungünstigsten Heizkreis auch alle weiteren Heizkreise hinsichtlich ihrer Druck verluste zu berechnen. Die jeweiligen Rohrlängen lassen sich aus dem Verlegeabstand ableiten.

Hierzu legt man die Fußbodenfläche des betrachteten Heizkreises zugrunde und multipliziert diese mit den ermittelten „Rohrmeter“ aus der Tabelle in Bild 3. Damit erhält man die ungefähre Länge des Heizkreises. Addiert man die Anbindeleitung hinzu, erhält man die gesamte Heizkreislänge. Im Regelfall wird diese, je nach Rohrdimension und Herstellervorgaben, maximal zwischen 100 m und 120 m liegen. Die Rohrdimensionen lagen in der Vergangenheit zwischen 14 mm und 17 mm. Kleinere Rohrnennweiten sind erst in der jüngeren Vergangenheit dazu gekommen.

Dimension und Material der verbauten Rohre können mit Blick auf den Heizkreisverteiler festgestellt werden. Auch Anzahl sowie Zuordnung der Heizkreise zu den Räumen sind hier erkennbar.

Welche Durchflüsse sind einzustellen, besonders bei Bestandsanlagen mit unklaren Daten?

Ist das Rohr bekannt, folgt die Druckverlustberechnung des ganzen Systems. Aus ihr geht hervor, welche Drücke an den ein zelnen Heizkreisen anliegen und gegebenenfalls mit Armaturen an den vorhandenen Heizkreisverteilern abzudrosseln sind. Dieses Vorgehen ist aufwendig und besonders dann problematisch, wenn Unterlagen zu den installierten Drosselarmaturen fehlen, aus denen die richtigen Einstellpositionen hervorgehen. Möglicherweise funktionieren ältere Armaturen auch nicht mehr.

Weniger aufwendig ist die Einstellung der einzelnen Heizkreisdurchflüsse bei Heizkreisverteilern mit einstellbaren Durchflussmengenmessern (statische Heizkreisverteiler). Allerdings zeigt sich in Bestandsanlagen häufig, dass die Durchflussanzeiger verschmutzungsbedingt nicht mehr ablesbar sind. Die Einregulierung der Heizkreise kann nur erfolgen, wenn die Heizungsanlage in Betrieb ist. Aufgrund der gegenseitigen Beeinflussung muss die Einstellung mehrmals erfolgen, bis die Einstellung mit den gewünschten Werten übereinstimmt.

In den beiden beschriebenen Fällen, oder wenn vorhandene Heizkreisverteiler grundsätzlich keine Möglichkeit des hydraulischen Abgleichs bieten, sind diese gegen moderne Heizkreisverteiler mit den nötigen Voreinstellungsarmaturen auszutauschen. In diesen Fällen bieten sich auch Heizkreisverteiler für den automatischen hydraulischen Abgleich durch direktes Einstellen des benötigten Durchflusses für jeden Heizkreis an (dynamische Heizkreisverteiler). Bei diesen Heizkreisverteilern erfolgt die Einstellung an den Ventileinsätzen der Heizkreise. Diese sind zwischen 30 l/h und 300 l/h bzw. 0,5 l/min bis 5 l/min einstellbar (Herstellerunabhängig). Es genügt eine einmalige Einstellung. Zusätzlich kann auf eine umfängliche Druckverlustberechnung verzichtet werden. Das vereinfacht die Vorgehensweise deutlich und reduziert die Kosten.

Der eingestellte Durchfluss wird beim automatischen hydraulischen Abgleich im Betrieb kontinuierlich angepasst. Bei einem Überangebot, z. B. bei Teillast durch schließende benachbarte Heizkreise, wird der Durchfluss automatisch auf den eingestellten Wert geregelt. Korrekturen sind nicht erforderlich. Derartige Heizkreisverteiler bringen zusätzliche Energieeinsparung, denn der automatische hydraulische Abgleich wirkt ordnend auf das Gesamtsystem und reduziert den Energieverbrauch im Bereich der Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeübergabe.

Ist die vorbeschriebene Vorgehensweise hinsichtlich Heizlast, Verlegeabstand, Druckverlustberechnung etc. nicht ohne Weiteres möglich, z. B. aufgrund teilweise nicht einsehbarer Rohrführung in der Verteilung, oder unklarer Aufb auten der wärmeübertragenden Außenbauteile des Gebäudes, dann haben auch die üblichen Soft wareprogramme ihre Grenzen in der Anwendung aufgrund nicht vorhandener Eingabedaten. In diesen Fällen muss auf vereinfachte Verfahren zurückgegriff en werden.

Der BVF hat hierfür ein überschlägiges Berechnungsverfahren entwickelt, womit sich ein hydraulischer Abgleich über die Kalkulation der einzelnen Heizkreisdurchflüsse mit ausreichender Genauigkeit für eine Vielzahl typischer Systeme durchführen lässt. Basis ist die spezifische Heizlast nach Baujahren, eine vorgegebene Spreizung und Pauschalwerte für den Druckverlust von unterschiedlichen Komponenten. Aufgrund der Nutzung von Baualtersklassen sollte das Gebäude keine umfänglichen nachträglichen Dämmmaßnamen erfahren haben. Bild 2 zeigt die Vorgehensweise auf, um eine Berechnung/ Auflistung der benötigten Durchflüsse pro Heizkreis zu bekommen. Die Ergebnisse sind raumweise zu dokumentieren.

Der BVF Rechner setzt das Verfahren leicht und verständlich in einer MS-Excel Tabelle um, steht kostenfrei auf www.flaechenheizung.de zur Nutzung bereit und ermöglicht die Eingabe der gebäudespezifischen Werte sowie im Endergebnis die Berechnung der Wassermengen je Heizkreis sowie die Gesamtwassermenge und die Förderhöhe.

Welche Erstmaßnahmen sollten vor dem hydraulischen Abgleich durchgeführt werden?

Bei einem anstehenden Kesseltausch bzw. einer Sanierung der Heizungsanlage sollten die vorhandenen Heizkreise einzeln gespült werden. In jedem Fall ist bei Austausch des Verteilersystems vorab eine Spülung durchzuführen. Hierbei sind die Herstellervorgaben zu beachten.

Was ist bei der Spülung zu beachten?

Alle Heizkreise absperren, eine bauseitige oder herstellerseitige Möglichkeit schaffen, eine Schlauchverbindung an den zu spülenden Heizkreis herzustellen, dann mittels Wasserdrucks oder Spülgerät den Heizkreis spülen. Ein zweiter Schlauchanschluss wird an dem zweiten Anschluss des zu spülenden Heizkreises angeschlossen. Dieser mündet im freien Auslauf an einer übersichtlichen Stelle in die Kanalisation.

Wichtig: Der Auslauf sollte beobachtbar sein, um beurteilen zu können, ob der Heizkreis „freigespült“ wurde – also klares Wasser abfließt. Dieser Vorgang nimmt pro Heizkreis und Verschmutzung einige Zeit in Anspruch. Eine Aussage über die zeitliche Dauer ist nicht möglich, da dieses abhängig von der Länge und Verschmutzung des Heizkreises ist.

Der gespülte Heizkreis ist abzusperren. Der Vorgang wird für jeden Heizkreis wiederholt. Nachdem der Spülvorgang abgeschlossen ist, sollten die Heizkreise befüllt werden. Hierbei ist die VDI 2035 “ Vermeidung von Schäden in Warmwasserheizungsanlagen“ zu beachten. Nach dem Spülvorgang stellt ein Funktionstest sicher, dass die Anlage einwandfrei arbeitet.

Kommt der hydraulische Abgleich im Rahmen einer Förderung (KfW / BAFA) infrage, dann ist der hydraulische Abgleich nachzuweisen. Die VdZ stellt dazu entsprechende Formulare zur Verfügung, die als Nachweis dienen. Verfügbar ist das Formular Einzelmaßnahme, KfW-Effizienzhaus und das Formular Nichtwohngebäude. Bei den Einzelmaßnahmen wird in Verfahren A und B unterschieden. Verfahren A ist anwendbar bei Austausch des Wärmeerzeugers, Heizungsoptimierung, nachträgliche Maßnahmen zur Wärmedämmung. Die Ermittlung der Heizkreisdurchflüsse im Verfahren A erfolgt z. B. anhand von Baualtersklassen (W/m²) und entspricht somit der Vorgehensweise im BVF-Verfahren (BVF-Rechner).

In den anderen Fällen erfolgt die Berechnung der Heizlast entsprechend DIN EN 12831 inkl. relevanter Beiblätter.

Bezüglich der hydraulischen Betrachtung sind in allen Fällen Vereinfachungen bei Verwendung von Heizkreisverteilern mit integrierten Durchflussreglern/begrenzern für den automatischen hydraulischen Abgleich möglich. Nach dem die Flächenheizung berechnet wurde, der Heizkreisverteiler mit den ermittelten Werten eingestellt („hydraulisch abgeglichen“) wurde, werden die Angaben von dem Fachhandwerker in das jeweilige Formular übernommen und bestätigt.

Fazit

Der hydraulische Abgleich ist elementar für einen effizienten Betrieb des Wärmeerzeugers. Er umfasst die notwendige Abstimmung zwischen den Druckverhältnissen im Rohrsystem, dem Pumpendruck, der Heizwassermenge und der hydraulischen Einstellung von Armaturen an den Heizkreisverteilern, um die gewünschte Raumtemperatur in den Räumen zu erreichen und das verfügbare energetische Potenzial der gesamten Heizungsanlage optimal zu nutzen. Im zweiten Teil des Artikels beleuchtet der BVF die Feinheiten in der Regelung – und was sonst noch bei der Modernisierung bestehender Anlagen zu beachten ist.

www.flaechenheizung.de

Autoren: Heinz-Eckard Beele, IMI Hydronic Engineering Deutschland GmbH, Vorstand des BVF und Mitglied im Arbeitskreis Technik Thomas Grenda, Oventrop GmbH & Co. KG, Mitglied im Arbeitskreis Technik