Wärmeverteilung und -übergabe auf Energie­effizienz trimmen

Graphisoft

Heizungsrohrsysteme in Wohngebäuden sind oft nicht korrekt einreguliert. Ein softwaregestützter Hydraulischer Abgleich sorgt für mehr Behaglichkeit in den Räumen und senkt die Energiekosten.

Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Hydraulisch nicht abgeglichene Heizungsanlagen können eine bestimmungsgemäße Beheizung nicht gewährleisten – Sollwertabweichungen und Gegenreaktionen der Nutzer erhöhen an vielen Stellen den Energieverbrauch des Gesamtsystems.
■ Mit Software für den Hydraulischen Abgleich können notwendige Maßnahmen für eine bedarfsgerechte Volumenstromverteilung sowie für optimierte Systemtemperaturen in neuen und bestehenden Heizungsanlagen berechnet werden.
■ Allerdings unterscheiden sich die verfügbaren Programme in vielen Punkten – etwa im Einsatzbereich, in den Berechnungsverfahren, in der Berücksichtigung von Regelwerken sowie in der Vor-Ort-Erfassung von Raum-, Heizkörper- und Rohrnetzdaten im Bestand. Ein Produktvergleich stellt 15 Lösungen vor und zeigt Unterschiede auf.
 

Wie effizient und energiesparend hydraulische Heizungs- und Kühlanlagen in Gebäuden betrieben werden, hängt nicht nur vom Wärmeerzeuger und den Anlagenkomponenten ab. Entscheidend ist auch, wie das Heiz- oder Kühlwasser verteilt wird. Eine wichtige Maßnahme ist ein Hydraulischer Abgleich, der dafür sorgt, dass jedem Verbraucher zu jedem Zeitpunkt (nur) den tatsächlich notwendige Volumenstrom zur Verfügung steht. Würde man diese nicht ganz einfache, aber sehr effiziente Maßnahme konsequent umsetzen, könnten hierzulande jährlich Millionen Tonnen an CO₂-Emissionen vermieden und beachtliche Energiemengen eingespart werden.

Solar Computer

Obwohl die physikalischen und technischen Zusammenhänge gut bekannt und die Vorteile des Hydraulischen Abgleichs durch Studien belegt sind (siehe Info-Kasten), verfügt weit über die Hälfte (einige Schätzungen geben bis zu 80 % an) der Heizungsanlagen in deutschen Wohngebäude über keine optimale hydraulische Einregulierung – weil sie noch nie existiert hat, oder sich inzwischen durch energetische Maßnahmen die Randbedingungen erheblich geändert haben.

Ein fehlender Hydraulischer Abgleich ist somit häufig auch der Grund für Beschwerden von Nutzern oder Betreibern über die Diskrepanz zwischen erwartetem und tatsächlichem Energieverbrauch, wenn sich beispielsweise nach einem Austausch des Wärmeerzeugers oder auch dämmtechnischer Maßnahmen die erhoffte Einsparung nicht oder nicht wie erwartet einstellt.

Solar Computer

Keine Bundesförderung ohne Abgleich

Da das Betriebsverhalten einer hydraulisch nicht einregulierten Anlage einen Mehrverbrauch an Brennstoff oder Antriebsenergie und an Hilfsenergie verursacht, wird der Hydraulische Abgleich vom Gesetzgeber teilweise vorgeschrieben. Inzwischen wird er auch über einen Großteil der Förderprogramme gefordert und teilweise direkt oder indirekt als Umfeldmaßnahme gefördert. Seit dem Inkrafttreten der Reform der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) am 01. Januar 2023 ist der Hydraulische Abgleich für wassergeführte Anlagen in Bestandsgebäuden verpflichtend.

Aktuell kann der Einbau neuer Heizungen im Bestand nur gefördert werden, wenn ein Hydraulischer Abgleich gemäß dem VdZ-Verfahren B erfolgt. Das früher noch zulässige einfachere Verfahren A kann für neue Förderanträge nicht mehr genutzt werden. Schon beim BEG-Vorläufer „Marktanreizprogramm zur Förderung von Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt“ (MAP) war der Hydraulische Abgleich bei vielen Förderoptionen eine Voraussetzung.

liNear

Eigentümer von Mehrfamilienhäusern mit mehr als zehn Wohnungen mussten zudem bis zum 30. September 2023 Gas-Heizungen prüfen lassen. Für Häuser mit sechs bis neun Wohneinheiten gilt der 15. September 2024 als Stichtag. Wurde zuvor noch kein hydraulischer Abgleich durchgeführt, ist dieser jetzt eine Pflicht. Eine Anschlussregelung findet sich im Gebäudeenergiegesetz in den §§ 60b und 60c (treten am 1. Oktober 2024 in Kraft). § 60c GEG regelt dann in Absatz 1: „Ein Heizungssystem mit Wasser als Wärmeträger ist nach dem Einbau oder der Aufstellung einer Heizungsanlage zum Zweck der Inbetriebnahme in Gebäuden mit mindestens sechs Wohnungen oder sonstigen selbständigen Nutzungseinheiten hydraulisch abzugleichen.“ Für neue Heizungsanlagen oder Heizungsmodernisierungen ist ein Hydraulischer Abgleich gemäß VOB, Teil C – DIN 18380 [1] ohnehin vorgeschrieben.

Eine Frage des richtigen Widerstands

Da ein flüssiger Wärmeträger nach dem hydraulischen Prinzip des geringsten Widerstands (des gleichen Druckverlusts) durch das Heizsystem strömt, werden bei nicht einregulierten Heizungsanlagen zunächst Heizflächen mit dem geringsten Widerstand im Fließweg überversorgt. Weiter entfernte Heizflächen werden dagegen verzögert und nicht ausreichend versorgt, was zur Folge hat, dass in den entsprechenden Räumen die Solltemperatur nicht erreicht wird.

Hottgenroth Software

Typische, aber nicht fachgerechte Gegenmaßnahmen sind eine Erhöhung der Förderleistung der Umwälzpumpe und / oder der Vorlauftemperatur. Beide erhöhen unnötig den Energieverbrauch, können störenden Strömungsgeräusche verursachen und führen zu teilweise überhitzten Räumen. Die eigentliche Ursache – Verteilprobleme innerhalb des hydraulischen Systems – werden damit aber nicht behoben. Nur eine hydraulische Einregulierung (Begrenzung des Volumenstroms in Netzbereichen oder an jedem Verbraucher) schafft Abhilfe.

Dafür müssen für jeden Heizkörper, respektive jede Flächenheizung, und gegebenenfalls vorgelagerte Bereichsarmaturen der notwendige Widerstand beim Auslegungsvolumenstrom berechnet und dann an voreinstellbaren Thermostatventilen, Differenzdruckreglern oder Strangregulierventilen eingestellt werden. Bei dynamischen regelnden Armaturen wird der Auslegungsvolumenstrom eingestellt und dann der Widerstand auf Basis der tatsächlichen Betriebsbedingungen reguliert. Zweirohr-Systeme lassen sich so sehr genau einregulieren, bei Einrohr-Systemen ist ein Abgleich nur beschränkt möglich, respektive es sind spezielle Konzepte mit zusätzlichen Armaturen erforderlich.

Hottgenroth Software

Erst berechnen, dann einstellen

Voraussetzung für einen exakten Hydraulischen Abgleich ist eine softwaregestützte Heizlastberechnung, die je nach Gebäudetyp durch eine Rohrnetzberechnung ergänzt werden sollte: Während bei Ein- und kleinen Mehrfamilienhäusern eine überschlägige Rohrnetzerfassung in der Regel ausreicht, ist bei größeren Gebäuden eine genaue Berücksichtigung des tatsächlichen Rohrleitungsnetzes unerlässlich. Je mehr Gebäude- und Heizsystemdaten berücksichtig werden, desto exakter sind die Ergebnisse.

Da im Altbaubestand aufgrund nicht vorhandener Anlagendaten eine präzise Berechnung oft nicht praktikabel ist, muss man hier auf Näherungsverfahren zurückgreifen. Dafür werden neben Rechenschiebern auch Apps angeboten. Daneben gibt es auch Armaturen und Konzepte, die einen automatisierten Abgleich versprechen. All diese Lösungen unterscheiden sich nicht nur in ihrer Funktionsweise und Effizienz, sondern auch im Aufwand, den Kosten und der Genauigkeit. Außerdem wird jede Maßnahme unterschiedlich gefördert.

Relativ schnell, aber ungenau sind Daten- oder Rechenschieber – digitalisiert in Form einer App können sie auch nur die Bedienung vereinfachen. Dabei werden auf Grundlage des Gebäudealters, respektive des energetischen Zustands und der Raumgröße und weiterer Angaben die Einstellwerte für die Thermostatventile näherungsweise ermittelt.

Zu den hardwarebasierenden Abgleichverfahren gehören selbstregulierende Thermostatventile oder rechnergesteuerte Lösungen, zum Beispiel „MyWarm“. Dabei ermittelt ein Softwareprogramm mithilfe von an den Heizkörpern angeschlossenen Messgeräten die Heizlast, die optimale Wassermenge und den passenden Volumenstrom. Auch einige Umwälzpumpen bieten Unterstützung bei der Einstellung der Widerstände für den Hydraulischen Abgleich.

Diese und weitere Lösungen sind so unterschiedlich, dass sich deren Effizienz kaum miteinander vergleichen lässt (siehe Übersicht von co2online). Außerdem sollte man beachten, dass ein korrekter Hydraulischer Abgleich stets eine exakte Berechnung der Volumenströme in Abhängigkeit der Heizlast und den installierten Heizflächen voraussetzt, also im Bestand eine für jede Heizfläche individuelle Temperaturspreizung zu berücksichtigen ist.

Dendrit

Hydraulischer Abgleich per Software

Softwarebasierte Lösungen für den Hydraulischen Abgleich können eine Vielzahl von Parametern, wie Raum-, Gebäude-, Rohrnetz-, Heizkörper-, Ventil- und Pumpendaten, berücksichtigen. Die Berechnungsgenauigkeit lässt sich damit erheblich steigern und die Ergebnisse sind reproduzierbar. Integrierte Herstellerdatenbanken für Anlagenkomponenten vereinfachen die Eingabe und sorgen ebenfalls für präzisere Ergebnisse. Mit diesen Daten kann Software nach unterschiedlichen Methoden auch die niedrigste Vorlauftemperatur im Auslegungsfall sowie die Pumpen- und Thermostatventileinstellungen des Heizsystems berechnen.

Darüber hinaus werden Formulare für KfW- oder BAFA-Förderanträge oder Dokumentationen erstellt. Einige Programme (z. B. Heizungspaket von Solar-Computer, Optimus 3D Plus von Hottgenroth mit Zusatzmodul) ermöglichen auch Simulationsrechnungen für vorgegebene Zeitschritte.

Neben speziell für den Hydraulischen Abgleich entwickelten Lösungen (z. B. DanBasic, Optimus 3D Plus, EVEBI Hydraulischer Abgleich) gibt es auch an CAD-Planungsprogramme für die Haustechnik gekoppelte Berechnungsprogramme wie DDScad, liNear Analyse Heating, Raucad oder Rukon-HSR. Diese erfassen sowohl Räume als auch das Heizungsrohrnetz grafisch und ermitteln über integrierte oder aufgesetzte Berechnungsprogramme alle erforderlichen Raum- und Heizungsnetzdaten. Allerdings setzen diese Programme CAD-Kenntnisse voraus und eignen sich insbesondere für (neu geplante) große komplexe Anlagen. Werden diese damit geplant, sind ein Hydraulischer Abgleich und andere Berechnungen quasi inklusive. Berechnet werden neben Voreinstellwerten auch Pumpen-Volumenströme, Rohrdimensionen, Druckverluste, Strömungsgeschwindigkeiten und andere Daten.

Envisys

Auf welche Daten sollte man achten?

Die Programme unterscheiden sich in vielen Details, etwa bei den Einsatzbereichen: Unterstützt die Software den Abgleich von Heizkörpern, Flächenheizungen, Einrohr- und Zweirohr-Anlagen, 3-/4-Leiter-Anlagen, Bestands- oder Neuanlagen? Ist die Projektgröße begrenzt – und wenn ja, mit welcher Anzahl der Verbraucher, der Heizkreise, Räume, der Fläche oder der Gesamtleistung? Welche Berechnungsverfahren liegen dem Programm zugrunde – das VdZ-Verfahren A und / oder B, Optimus oder ein Simulationsverfahren?

Werden aktuelle Regelwerke wie DIN EN 12831-1, DIN/TS 12831-1 und DIN EN 12831-3 berücksichtigt? Wie werden Raumdaten erfasst – tabellarisch oder grafisch? Muss der U-Wert eingegeben oder kann er berechnet werden? Verfügt das Programm dazu über eine Materialdatenbank oder einen Bauteilrechner? Werden Wärmebrücken berücksichtigt? Können Daten aus der GEG-, Heiz- oder Kühllastberechnung übernommen werden? Lassen sich Raumdaten vor Ort mobil per Smartphone- oder Tablett-App erfassen? Verfügt das Programm über einen DXF-, IFC- oder gbxML-Import?

Wie wird das Rohrnetz erfasst – überschlägig gemäß Optimus, per tabellarischem oder grafischem Strangschema oder kann es per DXF- oder IFC-Schnittstelle importiert werden? Kann man dabei auf Herstellerkataloge für Ventile, Pumpen, Heizkörper etc. zurückgreifen? Wie werden Heizkörper oder Heizflächen erfasst – nach Bauart oder Typ, den Abmessungen, der Anzahl der Glieder und wird ein Heizkörperexponent berücksichtigt? Lassen sich auch mehrere Heizkörper oder Heizflächen pro Raum erfassen?

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Was wird berechnet – werden neben den Voreinstellwerten für Thermostatventile, Differenzdruckregler oder Strangregulierventile auch die Pumpeneinstellung, die Raum-Heizlast, die Vorlauf- und Rücklauftemperatur, Rohrdimensionen, Druckverluste, Strömungsgeschwindigkeiten und gegebenenfalls weitere Parameter ermittelt? Welche Dokumente werden in welchen Datenformaten ausgegeben – VdZ-Formulare, KfW- und BAFA-Fördergeldanträge, Dokumentationen, Strangschemen oder Materiallisten als TXT-, RTF-, DOC-, XLS- oder PDF-Datei?

Bei den Softwarepreisen, die – je nach Ausstattung und erforderlichen Basis- oder Zusatzprogrammen – zwischen 300 und 5500 Euro liegen, sollten auch jährliche Folgekosten für Updates und Upgrades berücksichtigt werden. Kostenfrei sind DanBasic von Danfoss sowie Excel-Tools von www.delta-q.de in der Rubrik „Projekte / DBU Optimus“. Marian Behaneck

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