18. Januar 2021

Tipps für die Modernisierung von bestehenden Anlagen im Gebäudebestand − Teil 2: Raumtemperaturregelung optimieren

Nachdem im ersten Teil des Beitrags (Heft 17/2020) der hydraulische Abgleich beleuchtet wurde, betrachtet der BVF in diesem Teil die Raumtemperaturregelung. Bei älteren Anlagen ist diese meist nicht vorhanden. Eine Nachrüstung lohnt sich, denn sie spart Energie und erhöht den Komfort. Um die hohen Anforderungen an Funktion, Wohnkomfort und Behaglichkeit zu erfüllen, ist die Planung und Ausführung der Regelung ein wichtiger Punkt für den Fachbetrieb.

Dieser Artikel beschreibt zunächst regeltechnische Einrichtungen und deren Ausführung für die Regelung der Wassertemperatur und des Wasservolumenstroms einer Flächenheizung. Anschließend werden Hinweise zur Regelung für ein behagliches und komfortables Raumklima gegeben sowie weitere Tipps für die Modernisierung einer bestehenden Flächenheizung auf Basis des Infoblatts des BVF gegeben.

Allgemeine Anforderungen an die Regelung eines Heiz-/Kühlsystems:

• Optimale Energienutzung,
• einfache, verständliche Bedienung,
• präzise Einhaltung der vorgegebenen Solltemperatur,
• zeitgenaues Erreichen der gewünschten Solltemperatur,
• schnelle Reaktion auf wechselnde Einflüsse.

Bei der Fußbodenheizung ist der Fußboden die Heizfläche. Die Wärme wird von der Fußbodenoberfläche in den Raum abgegeben.

An die Witterung angepasst
Da bei unterschiedlichen Außentemperaturen mehr oder weniger Wärme in den Raum abgegeben wird, um ein behagliches Raumklima zu schaffen, kontrolliert die Regelung der Fußbodenheizung ständig die Vorlauftemperatur und passt sie der Außentemperatur an. Die Vorlauftemperaturen sind wegen der großen Fußbodenheizflächen sehr niedrig. Je nach Gebäude, Dämmung und Bodenbelag reicht in Neubauten in der Regel eine Vorlauftemperatur von maximal 32 °C aus. Im Durchschnitt der Heizperiode genügen weniger als 30 °C. Bereitstellungs- und Verteilungsverluste werden somit minimiert. In älteren Gebäuden liegen diese Werte etwas höher.

An den Raum angepasst
Auch im Innenraum ist ein Regelsystem permanent aktiv. Die Einzelraumregelung sorgt dafür, dass der Fußboden seine Wärme nicht unkontrolliert abgibt, sondern die Wünsche der Nutzer in jedem Raum berücksichtigt. Raumthermostat und Vorlauftemperaturregelung realisieren im Zusammenwirken die gewünschte Temperatur.

Selbstregeleffekt
Darüber hinaus spielt bei der Regelung der Fußbodenheizung der Selbstregeleffekt eine relevante Rolle. Er beeinflusst unmittelbar die Leistungsabgabe. Der Grund: Die Leistungsabgabe einer Heizfläche in den Raum erfolgt nahezu proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Oberflächen der Heizflächen und der Raumtemperatur. Da die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche z. B. des Fußbodens und des Raumes sehr gering ist, reduziert sich die Leistungsabgabe der Fußbodenheizung bei einem Anstieg der Raumlufttemperatur.

Der Selbstregeleffekt der Flächenheizung arbeitet mit der regeltechnischen Einrichtung Hand in Hand, denn der Selbstregeleffekt alleine kann keine konstanten Raumtemperaturen und keinen effizienten Betrieb sicherstellen.

Zentrale Regelung und Einzelraumregelung
Die zentrale Regelung erfasst die Außentemperatur oder eine andere geeignete Führungsgröße und beeinflusst danach die Vorlauftemperatur des Systems. Flächenheizsysteme benötigen für eine effiziente Betriebsweise vergleichsweise geringe, wenig schwankende Vorlauftemperaturen. Kann dies durch die Bauart des Wärme- oder Kälteerzeugers nicht gewährleistet werden, ist eine selbsttätige, unabhängig arbeitende Vorlauftemperaturregelung erforderlich. Bei Wärmeerzeugern mit Zwangs- bzw. Mindestumlauf und geringem Wasserinhalt kann zur Entkopplung die Zwischenschaltung einer hydraulischen Weiche sinnvoll sein.

Bereits seit 2002 ist auch bei Fußbodenheizungen die Temperaturregelung der einzelnen Räume gemäß EnEV §12 vorgeschrieben. Bei Auftreten von Fremdwärme, z. B. durch Sonneneinstrahlung oder durch interne Wärmequellen verursacht, verringert die Einzelraumregelung die Differenz zwischen der Oberflächentemperatur der Heizfläche und der Temperatur des Raumes. Je geringer diese Temperaturdifferenz ist, desto besser kommt der Selbstregeleffekt zur Geltung. D. h. der Selbstregeleffekt erzielt seine größte Wirkung in Kombination mit einer Einzelraumregelung. Dies wurde durch die TU Dresden im Rahmen einer größeren Studie zum Thema Energieeinsparung von Einzelraumregelungssystemen nachgewiesen. Von dieser Pflicht zum Einbau einer Raumtemperaturregelung ausgenommen sind Fußbodenheizungen in Räumen mit weniger als sechs Quadratmetern Nutzfläche. Die richtige Positionierung des Raumtemperaturfühlers ist Grundvoraussetzung für die einwandfreie Funktion. Die Raumtemperaturregler sollten auf einer separaten Unterputzdose und einer Montagehöhe von ca. 1,4 m (Oberkante Fußboden) montiert werden.

Bei Einzelraumregelungen dienen die elektrischen Regelverteiler (auch Klemm-, Anschlussleiste oder Steuermodule genannt) als Verdrahtungshilfe sowie für die Aufnahme weiterer regelungstechnischer Komponenten wie Pumpenlogik, Programm- oder Zeitschaltungen und ergänzenden Sicherheitseinrichtungen.

Bei drahtlosen Regelsystemen wird das Regelsignal mittels Funktechnik übertragen. Die Funkregelsysteme sind ideal für die Nachrüstung von bestehenden Anlagen. Vermehrt werden die Funksysteme erkennbar im Neubausektor eingesetzt. Der Verdrahtungsaufwand zwischen Raumtemperaturregler und Regelverteiler entfällt. Auch Smart-Home-Regelsys teme sind für Fußbodenheizungen verfügbar. Über eine App lassen sich für die einzelnen Räume individuelle Heizprofile erstellen und verwalten, um so den Wohnkomfort noch mehr zu erhöhen und energieeffizient zu heizen. Über eine „Heat Report“-App ist per Smartphone sogar das Anzeigen und Vergleichen von Temperaturen in einem oder mehreren Räumen möglich. Die Räume lassen sich nach Tag, Woche oder Monat anzeigen. Werden Anpassungen an dem System vorgenommen, ist leicht erkennbar, wie sich dies im Laufe der Zeit auswirkt.

Vernetzung der TGA sinnvoll
Vernetzte Regelsysteme ermöglichen die Koordination der Anlagenteile z. B. Kesseltemperatur, Solaranlagen, Wärmepumpen sowie kontrollierte Wohnungslüftungssysteme, um somit die Raumtemperatur wirtschaftlich zu regeln. Alle Betriebszustände werden zentral erfasst und fließen über ein Datennetz. Diese Anlagen ermöglichen bei entsprechender Ausstattung eine Beeinflussung des Betriebes über Smartphones oder Datenfernleitungen. Die Funktionsprüfung der Regelung ist unabdingbar und kann z. B. über Thermografieaufnahmen oder alternativ durch einfache, optische Hilfseinrichtungen durchgeführt werden. Die lückenlose Funktionsprüfung erfolgt dabei über eine Betriebs-, Funktionsanzeige an Thermostat, Regelverteiler (Klemmleiste) und thermischen Stellantrieben.

Sollte bei bestehenden Heizkreisverteilern noch keine Raumtemperaturregelung vorhanden sein, empfiehlt sich die Nachrüstung z. B. einer funkbasierten Raumtemperaturregelung mit batteriebetriebenen Raumtemperaturreglern. Auf die aufwendige Verkabelung kann dann verzichtet werden. Je nach Ausstattung des vorhandenen Heizkreisverteilers kann auch der Austausch gegen einen modernen Verteiler erforderlich sein.

Weitere Tipps zur Modernisierung
An erster Stelle sei gesagt, dass die zumeist verbauten Kunststoffrohre nach DIN 4726 eine enorme Lebensdauer haben. Nach Norm sind die Kunststoffrohre auf eine Lebensdauer von mindestens 50 Jahren plus Sicherheitsreserve ausgelegt. Fachgerecht eingebaute Kunststoffrohre von namhaften Anbietern sind seit über 50 Jahren in Deutschland im Einsatz und es gibt keine Hinweise auf „Alterungsschäden“. Man kann sagen, dass die Qualität der Rohre für den Einsatz in einer Fußbodenheizung „overengineered“ ist, da die niedrigen Systemtemperaturen der Fußbodenheizung das Rohr kaum beanspruchen.

Vor 1988 gab es am Markt noch keine sauerstoffdiffusionsdichten Kunststoff- rohre für Fußbodenheizungen. Daher ist zumindest in diesen Fällen die Sanierung und Nachbehandlung bestehender Fußbodenheizungen zum Beispiel durch eine Konditionierung des Heizungswassers oder eine Systemtrennung mittels Wärmeübertrager durchzuführen.

Perspektivisch, und je nach Dämmstatus des Gebäudes, ist es aus Komfortgründen sinnvoll, mit der Fläche nicht nur zu heizen, sondern sie im Sommer auch zur Kühlung zu benutzen. Diese Fußbodenkühlung ist z. B. in Kombination mit einer reversiblen Wärmepumpe möglich.

Fazit
Hydraulik und Regelung spielen bei der thermischen Behaglichkeit und Wirtschaftlichkeit einer Flächenheizung eine große Rolle. Sollen alte Flächenheizungssysteme optimiert werden, dann empfiehlt der BVF die Nachrüstung eines neuen Heizkreisverteilers sowie eine Einzelraumtemperaturregelung. Dadurch wird eine langlebige und kostensparende Funktionsweise der Fußbodenheizung auch für die nächsten Jahrzehnte gewährleistet.

Autoren: Heinz-Eckard Beele, IMI Hydronic Engineering Deutschland GmbH, Vorstand des BVF und Mitglied im Arbeitskreis Technik Alexandra Borke, Referentin Technik beim Bundesverband Flächenheizungen und Flächenkühlungen

www.flaechenheizung.de