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Einzelraumregelung ist die Grundlage für Energieeffizienz und thermischen Wohnkomfort. Vollständig erschließen lassen sich die Potenziale erst, wenn die Regelung das gesamte Gebäude ganzheitlich betrachtet.
Bei der ganzheitlichen Regelung im Mehrfamilienhaus sind Besonderheiten zu beachten, beispielsweise beim Datenschutz, bei der Ermittlung
der minimalen Vorlauftemperatur und bei der Umschaltung zwischen Heizung und Kühlen in 2-Leiter-Systemen.
Ein Regelsystem benötigt Flexibilität für wechselnde Anforderungen, Schnittstellen für die Gebäudeleittechnik, die Möglichkeit zur Internet-
anbindung und sollte offen für die herstellerübergreifende Vernetzung sein.
Bild: Sorel
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Eine wichtige Grundlage jeder Heizung ist die EnEV-konforme Realisierung einer Einzelraumregelung, welche die nutzungsbasierte Temperierung eines Raumes ermöglicht. Oft werden Räume im Alltagsrhythmus nur zu bestimmten Zeiten genutzt. Hier kann der Einsatz zonenspezifischer Zeitprogramme zu Energieeinsparungen führen, wobei einem klaren und schnell benutzbaren Interface (3) eine Schlüsselrolle zukommt.
Zusätzlich unterscheidet sich die als behaglich empfundene Temperatur meist von Raum zu Raum, speziell in Abhängigkeit von der Nutzungsart eines Raumes oder den sich dort aufhaltenden Personen. Hierfür ist auch die Einrichtung bestimmter Temperaturprofile sinnvoll, etwa eines Eco-Modus zur Nachtabsenkung, bei längeren Abwesenheiten und sporadisch genutzten Räumen wie einem Gästezimmer, oder die Einstellung einer zeitlich begrenzten Komforttemperatur, z. B. morgens im Badezimmer (2). Die Faustformel, dass eine verringerte Raumtemperatur pro 1 K zu einer durchschnittlichen Energieersparnis von 6 % führt, verdeutlicht, dass über Temperaturprofile die Energieeffizienz – und auch der Komfort – deutlich verbessert werden können.
Heizsysteme ganzheitlich optimieren
Über die Einzelraumregelung hinaus gibt es weiteres Einsparpotenzial, das durch eine intelligente Regelung realisiert werden kann. Speziell im Mehrfamilienhaus können Flächenheizungen davon profitieren, wenn ein aufeinander abgestimmtes Regelsystem eingesetzt wird, welches das gesamte Gebäude ganzheitlich betrachten kann.
Neben der Zonenregelung zählt hierzu auch die Koordination der Wärmeverteilung innerhalb der Wohnungen mit der meist zentralen Vorlaufseite und Energiequelle. Beispielsweise lässt sich so der Gesamtwärmebedarf des Gebäudes ermitteln, um die Vorlauftemperatur auf den aktuellen Bedarf anzupassen und den Betrieb des Wärmeerzeugers moduliert zu steuern.
Die Vorzüge eines vernetzten Systems müssen allerdings besonders in Mehrfamilienhäusern mit den Anforderungen des Datenschutzes in Einklang gebracht werden. Unpersönliche, aber systemrelevante Informationen, wie die Außen- und Vorlauftemperatur, können und sollten im gesamten Gebäude geteilt werden. Private Daten, wie Raumtemperaturen oder Abwesenheitszeiten der Bewohner, dürfen hingegen nicht beim Nachbarn landen. Deshalb empfiehlt sich die Auftrennung in ein wohnungsinternes Privatnetzwerk und ein übergreifendes Gebäudenetzwerk, sofern das Regelsystem diese Möglichkeit vorsieht (4).
Dezentrale Frischwasserstationen
Kommen im Mehrfamilienhaus dezentrale Frischwasserstationen zum Einsatz, bieten intelligente Regelsysteme eine weitere Chance, um für Wohnungsstationen interessante Zusatznutzen zu stiften.
Dezentrale Frischwasserstationen erwärmen das Trinkwasser lokal im Durchflussprinzip und benötigen nur drei Leitungen: Kaltwasser, Heizungsvor- und -rücklauf. Oft noch rein thermomechanisch geregelte Frischwassersysteme erfordern jedoch einen hohen Planungsaufwand und eine hohe Präzision beim Hydraulischen Abgleich, was in der Praxis selbst von guten Fachleuten selten erreicht wird. Schon kleinste Abweichungen bei Installation oder Komponentenauswahl können schnell die Wärmeversorgung in einzelnen Wohnungen, bestimmten Zapfsituationen oder ganzen Gebäuden beeinträchtigen. Die Folgen solcher Abweichungen reichen von der Unterversorgung bis zur Energieverschwendung.
Eine vernetzte Elektronik kann auch hier den Vorteil der Ganzheitlichkeit ausspielen, wenn das System über eine umfassende, aussagekräftigere Sensorik und Stellmöglichkeiten verfügt, um schnell und präzise zu agieren. Mit reaktionsschnellen Stepper-Ventilen kann eine solche Regelung die Aktoren in Sekundenschnelle an die jeweiligen Gegebenheiten anpassen und dadurch etwa kleine Fehler im Hydraulischen Abgleich oder unrealistische Gleichzeitigkeitsfaktoren kompensieren (5).
So können die Versorgungssicherheit des Systems an jeder Zapfstelle erhöht, der Komfort gesteigert und zugleich die Energieeffizienz optimiert werden. Um Platz, Kosten und Installationsaufwand zu sparen, bietet es sich an, die dezentrale Frischwasserregelung zusammen mit der Zonenregelung für die Flächenheizung in einem vollumfänglichen Regler für Wohnungsstationen zu integrieren.
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(CAN 1) verbleiben.
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Schimmelprävention beim Kühlen
Bestärkt durch die Extremtemperaturen der Sommer 2018 und 2019 wird die Flächenheizung immer öfter mit der Flächenkühlung kombiniert. Besonders geeignet für den Kühlbetrieb sind Wand- oder Deckenflächen, die bei der Wärmeübertragung einen höheren Strahlungsanteil bieten. An die Regelung stellt sich durch diese Doppelfunktion zunächst die Anforderung einer intelligenten Umschaltungslogik zwischen Heiz- und Kühlbetrieb. Der Teufel steckt hier oft im Detail; die Installation erfordert viel Erfahrung.
Zusätzlich muss die Energiequelle umgestellt werden. Bei kombinierten Heiz- und Kühlsystemen werden oft invertierbare Wärmepumpen verwendet, da sie Wärme und Kälte liefern können. In diesen Fällen wird häufig für beide Betriebsarten dasselbe Leitungsnetz verwendet, was zwar Installationskosten spart, aber auch bedeutet, dass ein Gebäude stets ganzheitlich in den Kühlmodus wechseln muss. Speziell bei Mehrfamilienhäusern sind hierdurch eine Vernetzung der wohnungsweisen Einzelraumregelungen untereinander sowie die Kommunikation mit der Energiequelle unumgänglich.
Ein weiteres Kernthema des Kühlbetriebs ist die Feuchtigkeitsproblematik. Durch niedrige Oberflächentemperaturen bei der Flächenkühlung kann es zur Bildung von Tauwasser und letztlich Schimmelbildung kommen, gegen die für einen sicheren Betrieb vorgebaut werden muss. Zu den kritischen Stellen zählen vor allem die Zuleitungen, die Verteiler und die gekühlten Flächen. Konventionelle Systeme arbeiten oft nur mit einem Feuchtigkeitssensor am Vorlaufrohr, der lediglich einen reaktiven Ansatz bietet: Das System registriert die Kondensatbildung erst nachdem sie aufgetreten ist und schaltet daraufhin das Kühlsystem komplett ab.
Da Vorbeugen bekanntlich besser als Heilen ist, empfiehlt sich eine Taupunktberechnung anhand von Raumtemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit. Auf diese Weise kann die Soll-Vorlauftemperatur proaktiv angepasst werden. Die Kühlung muss dann bei drohender Kondensatbildung nicht gänzlich abgeschaltet, sondern lediglich um das tatsächlich benötigte Maß heruntergeregelt werden.
Wer die Betriebssicherheit noch weiter erhöhen möchte, kann die Taupunkte auf Raumbasis an mehreren Messstellen ermitteln (6). Somit kann die Regelung der Vorlauftemperatur nach dem ungünstigsten Taupunkt des Systems ausgerichtet werden.
Regler für wechselnde Anforderungen
Selten ist ein Mehrfamilienhaus wie das nächste. Die architektonischen Gegebenheiten, aber auch individuelle Vorlieben von Bauherren und Planern führen zu unterschiedlichen Anforderungen an jede Systemkonzeption. Mal sollen Stellantriebe mit 24 V angesteuert werden, mal 230-V-Modelle. Mal folgen die Stellantriebe einer „normally open“-Logik, andere wiederum sind „normally closed“.
In manchen Gebäuden gibt es eine zentrale Heizungspumpe, in anderen ist pro Wohneinheit eine dezentrale Pumpe vorgesehen, die von der Einzelraumregelung mitgesteuert werden soll. In wieder anderen Konzepten kann eine dezentrale Mischung des Vorlaufs pro Wohneinheit sinnvoll sein.
Die Heiztechnik ist generell sehr heterogen und divers. Und das gilt umso mehr für komplexe Anlagen im Mehrfamilienhaus. Starr festgelegte Regelungen setzen dem Machbaren hier oft unerwünschte Grenzen oder verursachen unnötigen Mehraufwand. Eine möglichst universell ausgelegte Regelung mit vielfältigen Konfigurationsmöglichkeiten und optionalen, frei belegbaren Zusatzausgängen bietet die notwendige Flexibilität und somit den Vorteil, dass nicht für jede Anwendung ein anderes Regelsystem benötigt wird (7).
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Fernwartung, GLT und Smart Home
Im Zeitalter der digitalen Vernetzung sollen moderne Regler immer mehr Anschlusspunkte an übergreifende Systeme bieten und zudem die Chancen nutzbar machen, die das Internet eröffnet – am besten stets als Option, nicht als Zwang. Die Heizung von unterwegs oder von der Couch per Smartphone-App steuern zu können, wird beispielsweise immer häufiger gewünscht.
Da moderne Regelsysteme neben der Zonenregelung im Heizkreisverteiler auch speziell darauf abgestimmte, smarte Raumthermostate beinhalten, könnten diese durch Bestückung mit einem WiFi-Chip als Brücke zwischen Heizsystem und dem World Wide Web fungieren. Auf diesem Wege ergibt sich zugleich die Möglichkeit, bei Bedarf die Firmware des gesamten Regelsystems drahtlos zu aktualisieren. Man kennt dies bereits von PC-Programmen und Unterhaltungselektronik, wie Smart-TVs, bei denen wesentliche Funktionsverbesserungen einfach nachgerüstet oder die bezüglich IT-Sicherheit stets auf den neuesten Stand gebracht werden.
Bei der Heizungsregelung ist besonders wichtig, dass solche Aktualisierungen ohne besondere IT-Kenntnisse einfach durchführbar sind und zugleich sichergestellt ist, dass hierbei keine Systemeinstellungen durcheinandergeraten können („Never change a running system“). Im Kontext der Gebäudetechnik sind Firmware-Updates also eher als nützliche Wartungsfunktion für den Fachmann zu konzipieren und nicht als Spielerei für den Endkunden.
Speziell in Mehrfamilienhäusern und Nichtwohngebäuden spielt die Gebäudeleittechnik eine immer größere Rolle. Als eine der essenziellen Gebäudetechnologien darf die Heizung hier natürlich nicht fehlen. In der Praxis ist die Vielfalt gängiger Kommunikationsprotokolle, wie CAN, Modbus oder BACnet, durchaus eine Hürde.
Heizungsregelungen können unmöglich alle Bussysteme zugleich integrieren, sollten aber in jedem Fall zumindest eine Schnittstelle „nach draußen“ anbieten. Wenn das eingesetzte GLT-Protokoll von dem des Reglers abweicht, lässt sich die gewünschte Kompatibilität dann meist über entsprechende Converter lösen, die am Markt frei verfügbar sind.
Über die Heizung hinaus finden zudem immer mehr weitere Automatisierungsfunktionen Einzug in deutsche Häuser. Diese werden häufig Schritt für Schritt nachgerüstet, und wer will dabei schon dauerhaft an einen einzelnen Hersteller für alle Bestandteile eines Smart Homes, wie Sicherheit, Heizung, Licht und Entertainment gebunden sein? Es ist deshalb vorteilhaft, auf offene Kommunikationsprotokolle wie Z-Wave oder Bluetooth LE zu setzen und somit auf einen Schlag herstellerübergreifend mit Tausenden Smart-Home-Produkten kompatibel und zukunftsoffen zu sein.
Den Handwerker nicht vergessen
Zu guter Letzt bringt die beste Technik nichts, wenn die Installateure sie nicht gerne verbauen. Der Engpass im SHK-Handwerk tut hier sein Übriges. Daher sollte man unbedingt auf eine zeitsparende und angenehme Installation Wert legen. Vor allem die oft in gekrümmter Zwangshaltung durchgeführte Verkabelung der Zonenregelung ist mühsam. Durch die Verwendung von Steck- statt Schraubklemmen kann diese jedoch deutlich vereinfacht werden (8).
Weitere Vereinfachungen sind etwa die Verwendung intuitiver Farbcodes zur korrekten Klemmenzuordnung, der Einsatz automatischer Press-on-Kabelzugentlastungen oder bewegliche Deckel und Trennwände für mehr Platz im meist engen Klemmraum.
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