Heizungsregler
Ein Heizungsregler ist ein Gerät zur Regelung von Heizungsanlagen mit dem Ziel, eine vorgewählte Raumtemperatur in allen versorgten Räumen konstant zu halten.
Richtig eingesetzte und eingestellte Heizungsregler sorgen für einen energiesparenden Heizbetrieb.
Moderne Regler sind in der Lage, die Systemtemperaturen bei Warmwasserheizungen (Vorlauftemperatur, Rücklauftemperatur) abhängig vom Bedarf zu verändern. Damit wird eine Überversorgung vermieden, die Verteilungsverluste werden minimiert und die Energieeffizienz moderner Wärmeerzeuger gesteigert (Brennwertgeräte, Wärmepumpenheizungen, Solaranlagen).
Darüber hinaus bieten sie zeitabhängige Eingriffsmöglichkeiten, wie Abwesenheitsbetrieb, Nachtabschaltung oder Nachtabsenkung, sie sorgen beim Erreichen der Heizgrenze für das Abschalten der Heizungsanlage.
Die Energieeinsparverordnung (§ 14) verlangt in Deutschland für zentrale Heizungsanlagen (also solche Heizungsanlagen, welche die Wärmeerzeugung und Wärmeabgabe auf verschiedene Geräte aufteilen und mindestens zwei Räume mit Wärme versorgen) entweder eine raumtemperaturgeführte oder aussentemperaturgeführte Regelung, sowie eine Schaltuhr.
Regelungsarten
Raumtemperaturgeführte Regelung
Technisch stellt ein mit einem Heizgerät verbundener Heizungsregler eine Regelkreisstruktur dar. Die aktuelle Raumtemperatur entspricht der Regelgröße, die beeinflusst werden soll. Die Differenz zwischen dem Wert der Regelgröße und ihrem Sollwert, also der gewünschten Raumtemperatur, ergibt die Regeldifferenz. Aus der Regeldifferenz ermittelt der Heizungsregler die Stellgröße, mit welcher die Raumtemperatur beeinflusst wird.
Reglertypen unterscheiden sich anhand der Stellgröße bzw. wie diese gefahren wird.
Reglertypen:
- manuelle Regelung: wird auf einen externen Regler verzichtet, kann die Vorlauftemperatur durch einen Drehregler am Gerät selbst eingestellt werden. In diesem Fall muss die Reglerstellung dem aktuellen Wärmebedarf und persönlichen Empfinden manuell angepasst werden.
- 2-Punkt-Regler: Die Vorlauftemperatur kann nur zwei Werte annehmen: entweder den am Geräte-Drehregler eingestellten Maximalwert (Heizgerät ein) oder den Minimalwert (Heizgerät aus).
Die Stellgröße wird durch einen Temperaturfühler ermittelt. Solche einfachen Bimetallregler finden heute meist nur noch Anwendung, wenn ein häufiges Ein- und Ausschalten (Takten) keinen übermäßigen Verschleiß der Heizgeräte verursacht, z. B. bei Elektroheizungen.
Eine präzisere Regelung der Raumtemperatur erreicht man durch eine Kaskadenregelung. Anstatt die Heizleistung vom Heizungsregler direkt zu regeln, wird die Regelstrecke in einfacher zu regelnde Teilstrecken unterteilt:
- Thermostat: Aus der Differenz zwischen gewünschter Raumtemperatur und Istwert (Regeldifferenz) ermittelt der Heizungsregler die Stellgröße Vorlauftemperatur (Führungsregelung). Diese dient als Sollwert des nachgeschalteten Folgereglers im Heizgerät, dieser wiederum regelt die Vorlauftemperatur des Heizungswassers.
- Stetigregler: Als stetige Stellgröße kann die Vorlauftemperatur kontinuierliche Werte zwischen Minimal- und Maximalwert annehmen. Eine Stetigregelung ist in der Regel nur dann sinnvoll, wenn die Leistung des Heizgerätes annähernd auf den aktuellen Wärmebedarf des Gebäudes angepasst werden kann. Ansonsten kommt es zu starken Überschwingungen der Vorlauftemperatur, die allein durch Modulation der Heizleistung nicht mehr ausgeglichen werden können. In der Folge kommt es zu häufigen Brennerstarts („Takten“), wodurch kein optimal wirtschaftlicher Betrieb gewährleistet ist. In diesem Fall wird die Zweipunkt-Regelung empfohlen, um längere Brennerlaufzeiten zu erreichen. Viele Heizungsregler können zwischen Zweipunkt- und Stetigbetrieb umgeschaltet werden.
Bei Verwendung heutiger raumtemperaturgeführter Heizungsregler wird die Aktivität des Heizgerätes nur von den Temperatur-Verhältnissen eines Raumes – dem sog. Führungs- oder Leitraum – einer zentral versorgten Raumgruppe abhängig gemacht. Ist die Solltemperatur dieses Raumes erreicht, schaltet das zentrale Heizgerät ab und somit auch alle anderen Heizkörper. Damit dennoch alle Räume ausreichend mit Heizleistung versorgt sind, wird als Führungsraum ein Raum gewählt, der der größten Heizleistung bedarf – und zwar auch noch nach Berücksichtigung etwaiger Fremdwärmeeinflüsse wie z. B. TV, Computer, Menschen, Tiere, Sonneneinstrahlung etc. (D. h. die Heizung wird dort effektiv am längsten laufen müssen, bis der Raum seine gewünschte Temperatur hat.)
Die Platzierung des Temperaturfühlers ist ebenfalls zu berücksichtigen. Sensoren sollten nicht an kalten Außenwänden oder in unmittelbarer Nähe zu externen Wärmequellen sitzen.
Gewöhnlich werden Heizkörper-Dimensionen passend zum beheizten Raum gewählt, sodass sich alle Räume einer zentral beheizten Raumgruppe meist ähnlich schnell aufheizen (zumindest sofern keine erheblichen Fremdwärmeeinflüsse vorhanden sind). Daher existiert in einer zentral versorgten Raumgruppe auch selten ein Raum, der bei jedweder Leistungseinstellung an seinen Heizkörpern – also auch der höchsten – stets noch länger zum Aufheizen braucht, als alle anderen Räume auch bei deren höchsten Leistungseinstellungen an deren Heizkörpern. In diesem Fall kann das notwendige Leistungsgefälle künstlich hergestellt werden, indem die Leistung des Heizkörpers im Führungsraum „gebremst“ wird, so dass zur Aufheizung des Raums mehr Zeit benötigt wird.
Die Drosselung des Wasserdurchflusses der Heizkörper im Führungsraum kann über einstellbare Rücklaufverschraubungen vorgenommen werden. An Heizkörpern mit voreinstellbaren Handventilen kann der Durchfluss an diesen Ventilen gedrosselt werden.
In den anderen Räumen kann die gewünschte Temperatur dann mit üblichen Thermostatventilen eingestellt werden. Falls der Führungsraum zu lange brauchen sollte, um zufriedenstellend aufgeheizt zu werden, kann der Durchfluss an dessen Heizkörpern einfach wieder etwas aufgeregelt werden.
Ein Vorteil bei der künstlichen Herstellung des Führungsraumes ist, dass meist aus mehreren Räume eine Auswahl getroffen werden kann. So können auch Aspekte, wie ein besonders günstiger Montageort des Regelgerät, berücksichtigt werden.
Vorteile:
- bei konstanten Fremdwärmeeinflüssen auf den Führungsraum, schnelle Reaktion auf Fremdwärmeeinflüsse in den anderen Räumen
- Heizgerät und Heizungspumpe laufen idealerweise nur, wenn zumindest in einem Raum ein tatsächlicher Wärmebedarf besteht.
Nachteile:
- Temperaturregelung der Wohnräume erfolgt in Abhängigkeit vom Führungsraum
- bei schlechter Abstimmung des Führungsraumes oder schwankenden Fremdwärmeeinflüssen auf denselben, Unterversorgung in den anderen Räumen
- bei ungenügender Wärmedämmung (vor allem in den Nicht-Führungsräumen) oder bei unterschiedlicher Ausrichtung der Räume keine bedarfsgerechte Wärmeversorgung
- Führungsraum muss dauernd beheizt werden, sonst ist keine Stetigregelung möglich.
- ist der Führungsraum stark ausgekühlt (etwa nach Urlaub), braucht er sehr lange um sich aufzuheizen
- Nutzungs-/Lageabhängig sind eventuell häufigere Benutzereingriffe notwendig, wenn z. B. Sonnenschein den Führungsraum erwärmt und dadurch andere Räume unterversorgt werden
- ungeeignet für größere Objekte und Mehrfamilienhäuser
Außentemperaturgeführte Regelung
Die aktuell gemessene Außentemperatur eignet sich ebenfalls als Führungsgröße für die Heizungsregelung. Bei der witterungsgeführten Regelung wird aus dem Messwert für die Außentemperatur mit Hilfe einer so genannten Heizkurve die passende Vorlauftemperatur ermittelt. Diese wiederum dient als Sollwert für die Kesseltemperaturregelung im Heizgerät. Die Heizkurve wird definiert durch Steilheit und Parallelverschiebung und muss manuell an das jeweilige Gebäude angepasst werden. Bei der witterungsgeführten Steuerung ist zusätzlich die Verwendung von Thermostatventilen an den Heizkörpern sinnvoll, um eine konstante Raumtemperatur zu gewährleisten. Eine sorgfältige Einstellung der Heizkurve ist notwendig, um das Energieeinsparpotenzial zu nutzen.
Vorteile:
- Keine Abhängigkeit von Referenzräumen, deshalb Standard bei größeren Objekten
- benutzerfreundlich
Nachteile:
- ohne Außentemperaturkompensation zu schnelle Anpassung der Vorlauftemperatur bei Außentemperaturschwankungen.
- innere Fremdwärmeeinflüsse bleiben eventuell unberücksichtigt.
Außentemperaturkompensation
Mit dieser Maßnahme soll der Nachteil der zu schnellen Anpassung der Vorlauftemperatur verbessert werden. Besonders bei gut gedämmten Gebäuden oder bei hohen Gebäudemassen ist dies sinnvoll.
Raumtemperaturaufschaltung
Eventuell sinnvoll für Einzelobjekte. In diesem Fall errechnet der Heizungsregler aus den Messwerten für Außen- und Raumtemperatur den Sollwert für die Vorlauftemperatur, Fremdwärmeeinflüsse werden dabei erfasst. Bei Flächenheizungen ist dies unnötig, da diese einen sogenannten Selbstregelungseffekt besitzen.
Regelung über Differenz Vorlauf-/Rücklauftemperatur der Heizung
Diese Art der Regelung macht sich die Tatsache zunutze, dass bei einem erhöhten Wärmebedarf die Rücklauftemperatur bei gleichbleibender Vorlauftemperatur sinkt. Der Regler erhöht daraufhin die Vorlauftemperatur.
Vorteile:
- Keine Ermittlung der Heizkurve mehr notwendig, keine Benutzereingriffe notwendig. Raum- und Außentemperaturfühler entfallen. Fremdwärmeeinflüsse werden erfasst. Bei Heizkesseln mit gleitenden Temperaturen werden unnötige Brennerstarts vermieden.
Nachteile:
- Die Heizungsanlage benötigt einen sorgfältigen hydraulischen Abgleich, da sonst der Regler die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf nicht korrekt verarbeitet.
- Weisen einzelne Räume z. B. durch ständiges Lüften einen erhöhten Wärmeverbrauch auf, reagiert die Rücklaufregelung durch Erhöhung der Vorlauftemperatur. Hierbei werden alle Räume mit erhöhter Vorlauftemperatur beheizt. Dies kann zu einer Aufhebung der zentralen Nachtabsenkung und infolgedessen zu einem steigenden Energieverbrauch führen.
Weitere Merkmale eines Heizungsreglers
Nachtabsenkung
Der Wärmeverlust eines beheizten Systems (Haus oder Raum) ist abhängig (siehe Grundlagen) von der Differenz aus Innen- und Außen-Temperatur und seiner Wärmedämmung.
Da in der Nacht die fehlende Sonnenstrahlung die Umgebung nicht erwärmt, sinkt die Außentemperatur, und der Wärmeverlust steigt. Durch die sogenannte Nachtabsenkung kann dem entgegengewirkt werden.
Unter der Voraussetzung, die Nutzungsgewohnheiten (Abwesenheit, lüften, schwitzen, sitzen …) der „Bewohner“ lassen es zu, kann es ökonomisch sein, den Sollwert für die Raumtemperatur tageszeitabhängig zu verändern.
Beispielsweise ist nachts zum Schlafen eine geringere Raumtemperatur (Absenktemperatur) als tagsüber ausreichend. Hingegen kann auch die werktägliche Abwesenheit der Bewohner einen sinnvollen Zeitrahmen anbieten.
Die Ersparnis kann nur geschätzt werden, da die Wärmedifferenz im Verlauf von 24 h täglich variiert.
Hinzu kommt, dass die sogenannte Nachtabsenkung herkömmlich nur einmal in 24 h eingesetzt werden kann.
Moderne Heizungsregler bieten daher ein Tages- bzw. Wochenprogramm, das selbstständig zu programmierbaren Uhrzeiten zwischen Tages- und Absenktemperatur umschaltet.
Hinweis:
Eine raumbezogene individuelle Thermostateinstellung, z. B. durch Heizkörper-Thermostate, ist eine sinnvolle Ergänzung, die bei der Planung nicht vergessen werden sollte. Unplanbares, wie Lüften oder Ausflüge, sollte nicht zum „Energiefresser“ werden.
Grundlagen:
Da der Wärmeverlust eines Gebäudes proportional zur Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenraum ist (→ Fouriersches Gesetz), kann durch eine solche Nachtabsenkung Energie eingespart werden. Allerdings ist der Effekt bei hochgedämmten Gebäuden oder bei Gebäuden mit sehr hoher Wärmekapazität (z. B. massive Wände) gering. Die weit verbreitete Ansicht, das Wiederaufheizen koste mehr Energie, als durch die Absenkung eingespart würde, lässt sich dagegen nicht physikalisch begründen.
Bautechnisch ist der bewohnte Raum ein ständig wechselnder Komplex, wobei Temperatur, Sauerstoffgehalt und Luftfeuchtigkeit häufig wechseln. Das Auftreten von Kondensation (niedrige Temperaturen zum Kondensieren von Wasser) in oder auf den Wänden trägt zur Wärmeleitung und Schimmelbildung bei. Die Minimierung der Kondensation ist sinnvoll, da Energie, Baumaterialien und die Gesundheit der Bewohner wertvoll sind.
Ausführung
Heizungsregler sind gewöhnlich mit einer 2-Draht- (beim Thermostat) oder einer 3-Draht-Leitung mit dem Heizgerät verbunden. Für den Fall, dass eine solche Leitung nicht vorhanden ist oder eine flexiblere Aufstellung des Reglers gewünscht wird, sind Regler mit Funkübertragung auf dem Markt.
Überprüfung des Heizungsreglers
Mit einem Temperatur-Feuchte-Datenlogger ist es sehr einfach, über längere Zeiträume das Regelverhalten von Heizungsanlagen zu überprüfen. Der Datenlogger zeichnet die Temperatur des Wohnraums auf. Wird der Datenlogger direkt auf dem Heizkörper platziert, zeichnet er den Verlauf der Vorlauftemperatur auf. Die Daten werden über USB-Schnittstelle auf den PC übertragen und von der beigefügten Software angezeigt.
Siehe auch
Einzelnachweise
- Patent DE19740418.
- Raumtemperaturgeführte Regelung. In: Heizung steuern. 1. Oktober 2019, abgerufen am 1. Oktober 2019 (deutsch).