Hydraulischer Abgleich - Grundlagen

  Hydraulischer
 Abgleich - Praxis

Änderung WP-Parameter

Einleitung

Bei uns wurde die Erdwärmepumpe Fighter 1220-8 der Firma Nibe eingebaut. Zudem wurde das Lüftungsmodul der FLM 40 der gleichen Firma installiert.

Wie man aus zahlreichen Veröffentlichungen, z.B. vom Fraunhofer Institut - Feldtestergebnisse für Sole- und Luft-Wärmepumpen -  entnehmen kann, gehen die Jahresarbeitszahlen, sprich der Energieverbrauch und somit die Effizienz einer Wärmepumpenanlage weit auseinander. Dies liegt daran, dass der Stromverbrauch sowie die Effizienz einer Wärmepumpenanlage von zahlreichen Faktoren abhängen kann:

Einflussfaktoren sind unter anderem:

Diese Faktoren beeinflussen die Energieeffizienz einer WP-Anlage. Daneben gibt es zusätzliche Faktoren, die zusätzlich die Lebensdauer des WP-Kompressors negativ beeinflussen können. Einer dieser Faktoren ist die sog. "Kuhschwanzheizung". Dieser Begriff beschreibt ein häufiges aber kurzes Takten der Wärmepumpe. Eine effizient arbeitende Wärmepumpe ist dagegen so eingestellt, dass ihr Kompressor möglichst wenig häufig bei möglichst langen Kompressionsdauern startet.

Die meisten Wärmepumpenbesitzer beschäftigen sich leider erst zu einem Zeitpunkt mit dem Thema "Optimierung" wenn sie auf (fast) alle diese oben genannten Faktoren keinen Einfluss mehr nehmen können.

Selbst für einen Experten ist es nicht leicht alle Schwachstellen zu erkennen und abzustellen. Viele denken, dass ihre Wärmepumpenanlage optimal arbeitet, wobei durchaus Verbesserungspotential vorhanden sein kann. Einige Fehler zeigen sich zudem erst nach einigen Jahren.

Unsere Wärmepumpe wurden von einem Elektrofachbetrieb aus dem Sauerland eingestellt. Der ausführende Mitarbeiter hielt sich dabei strikt an die schriftlich von Viebrockhaus vorgegebenen Einstellungen. Wie ich erst später erkannte betrieben wir auch eine sog. "Kuhschwanzheizung". Nach noch nicht einmal zweijährigem Betrieb wies die WP ca. 24.000 Kompressorstarts bei nur ca. 2.700 Stunden Verdichterbetrieb auf. Es ergab sich also eine durchschnittliche Kompressordauer von nur sechs Minuten je Start. Ob das  energieeffizient ist oder gar der Lebensdauer des Kompressors förderlich erscheint, mag jeder für sich selbst beantworten. Im Handbuch der Firma Nibe wird darauf hingewiesen Kompressorlaufzeiten von unter 20 Minuten unbedingt zu vermeiden sind.

Wer seine Heizungsanlage im Bestand also optimieren möchte, muss sich mit den Einstellparametern befassen, denn nur der Nutzer kann die Reaktion der Einstellungen über einen längeren Zeitraum beobachten. Man kann nicht wegen jeder Kleinigkeit einen Kundendienstler antanzen lassen, der dann stundenlang vor der WP sitzen soll um zu sehen wie sich seine Änderungen auswirken.

Wenn ich mein Auto verbrauchsarm fahren möchte, dann muss ich auch erst einmal lernen wie ich die Möglichkeiten des Fahrzeugs effizient nutze. Das kann mir der nette Verkäufer im Autohaus zwar erzählen, aber letztendlich bin ich als Fahrer gefragt.

Bei einer WP ist es ähnlich. Es gibt im günstigsten Fall eine kurze Einweisung in die Bedienung und die wichtigsten Parameter. Aber möchte ich die Anlage optimiert fahren, dann muss ich mich hinsetzen und mal die Anleitung lesen (und verstehen). Danach kann ich dann die einzelnen Parameter optimieren und deren Auswirkung beobachten.

Wer das nicht möchte, bekommt halt die Standard 08/15-Einstellung "Hauptsache warm", oder um beim Auto zu bleiben: Reinsetzen und Gas geben.

Funktionsprotokoll

Bevor ich nun zum eigentlichen Doing komme, benenne ich hier erst einmal die avisierten Ziele: 

Reduzierung der Kompressorstarts

Verlängerung der Kompressionsdauer

Konstante, nach persönlichem Empfinden behagliche Raumtemperaturen

Um die Zielerreichung messbar zu machen ist es zunächst zwingend notwendig die Ist-Situation zu erfassen. Zu diesem Zweck ist die Heizungsanlage vorab einige Tage zu beobachten und die entsprechenden Daten sind täglich zu protokollieren. Für die Heizung macht das nur in der Heizperiode Sinn. Folgenden Erhebungsbogen habe ich zwischen November 2009 und Juni 2010 täglich fortgeschrieben.

Das rote Dreieck soll deutlich machen, welche Einstellung gegenüber dem Vortag vorgenommen wurde. Die Brauchwasser-Kompressionszeit (1.10) ist in der Gesamt-Kompressionsdauer (5.6) enthalten. Ich werde detaillierter darauf eingehen wenn es um die Änderung der WP-Parameter geht.

Ich bin grundsätzlich ein Verfechter von Vorschriften und Richtlinien, die die anerkannten Regeln der Technik widerspiegeln. In Bezug auf die Einzelraumregelung gilt § 14 EnEV (Auszug):

Verteilungseinrichtungen und Warmwasseranlagen
(1) Zentralheizungen müssen beim Einbau in Gebäude mit zentralen selbsttätig wirkenden Einrichtungen zur Verringerung und Abschaltung der Wärmezufuhr sowie zur Ein- und Ausschaltung elektrischer Antriebe in Abhängigkeit von
1. der Außentemperatur oder einer anderen geeigneten Führungsgröße und
2. der Zeit ausgestattet werden.

Diese Vorschrift ist in Fachkreisen umstritten. Sie mag in Einzelfällen sinnvoll sein. In Bezug auf niedertemperierte Flächenheizungen, wo es auf konstante Raumtemperaturen ankommt, gibt es jedoch Heizungsbauer, die von dieser Vorschrift bewusst und in Absprache mit dem Bauherrn abweichen. Auch meines Erachtens ist diese Vorschrift in diesem Zusammenhang sinnwidrig. Im übrigen hat mich sogar ein NIBE-Servicetechniker von dieser Sinnfreiheit überzeugt. 

Im Internet findet man viele Aussagen zu diesem Thema mit den unterschiedlichsten Argumenten wieder. Ich finde die folgenden Aussagen von Jörg Prieser, Geschäftsführer der Fa. Protherm, einleuchtend und für Laien am verständlichsten:

 „Effizienz

Was kann ich tun um diese Temperaturdifferenz so niedrig wie möglich zu halten.

- keine Nachtabsenkung, die Anlage muss durchlaufen, auch wenn sie am Wochenende mal nicht da sind (Längere Zeiten sprechen für eine Absenkung.) und da bekomme ich von meinen Kollegen immer Stirnrunzeln, 

- weitestgehend keine Einzelraumreglung. Durch den physikalischen Selbstregeleffekt der Niedertemperatur Fußbodenheizung im Zusammenhang mit guter Wärmedämmung des Gebäudes brauchen sie diese nicht, da es keinen Sinn macht den Durchfluss des Heizmediums im Boden zu unterbrechen wenn ohnehin keine nennenswerte Temperaturdifferenz zum Raum besteht, also kein Energiefluss stattfindet.

Wenn die Anlage die Möglichkeit hat über 24 Stunden hinweg gleichmäßig Wärme zu liefern, wird zum einen auch die Wärmequelle gleichmäßig über den gesamten Tag belastet, sie kann sich immer wieder regenerieren und somit auch höhere Temperaturen liefern und zum anderen wird ihr Haus im Prinzip nicht mehr hoch geheizt, sondern lediglich die Temperatur gehalten. Die Wärmepumpe liefert ihnen jetzt gerade das was notwendig ist, um auszugleichen was gerade in diesem Augenblick durch Fenster, Wände, Türen, Dach verloren geht, Gleichmäßig, automatisch, nach Außentemperatur geregelt, von Herbst über den Winter bis ins Frühjahr. Es ergeben Sich durch die geringen Schwankungen hier wiederum die gewünschten möglichst niedrigen Vorlauftemperaturen bei höchstmöglichen Wärmequellentemperaturen. 

Warum aber keine Einzelraumreglung? Die Wärmepumpe muss die Möglichkeit haben, so viele wie möglich Heizkreise mit der niedrigsten Vorlauftemperatur zu bedienen. Nicht nur einige wenige, das würde bedeuten, dass sie jetzt höhere Vorlauftemperaturen benötigen da auch Wärme über die Innenwände an nicht beheizte Räume abgegeben wird. Also auch untergeordnete Räume  wenigstens zum Teil mitbeheizen. Was die Regelung der Temperatur der Räume betrifft, so können sie diese über den hydraulischen Abgleich am Heizkreisverteiler einmalig anpassen. Jeder Raum hat mindestens einen Kreis und verringerter Durchfluss, entspricht weniger Wärme. Auf diese Art bekommen sie ein ganz normales Temperaturniveau im Haus hin. Bad 23/24°C, Wohnzimmer, Kinderzimmer 22°C, Küche 20°C, Arbeitsraum 16/17°C.“

(Quelle: Vortrag v. Jörg Prieser, Symposium zu regenerative Energien, Handwerksmesse 2006). Den ganzen Vortrag kann man hier lesen. 

Aus den genannten Gründen hatte ich zum Zeitpunkt der Protokollierung alle Einzelraumregelungen auf 30 Grad eingestellt. So war sichergestellt, dass der Durchfluss in der FBH an keiner Stelle unterbrochen oder gebremst wurde, die Ventile immer auf waren. Inzwischen habe ich die Stellmotoren im Heizkreisverteiler von den Rücklaufventilen ganz entfernt und die Einzelraumregelungen vom Stromnetz getrennt. Die Entfernung der Stellmotoren war notwendig, da sie die Ventile schließen sobald die Motoren stromlos sind. Nebeneffekt: Stellmotoren und ERR verbrauchen jeweils 2,5 Watt Strom. Bei acht ERR und zwölf Stellmotoren spart man also im Verlauf einer Heizperiode ziemlich genau 216 kWh per anno.

Die Raumtemperaturen werden nun nicht mehr dezentral über die ERR gesteuert sondern ausschließlich zentral über die von der WP vorgegebenen Vorlauftemperatur in Abhängigkeit vom Aussentemperaturfühler und der eingestellten Heizkurve.  Die Heizkurve kann ich so bei Bedarf temporär auch mal manuell anheben oder senken. Mit der Veränderung der Heizkurve steuere ich somit nicht mehr unterschiedliche Temperaturen in einzelnen Räumen sondern ein Temperaturniveau als Ganzes.

Üblicherweise werden aber von den Nutzern in den unterschiedlichen Wohnräumen individuelle Raumtemperaturen gewünscht. Bei uns stellt sich dieses Temperaturniveau wie folgt dar:

24 °C = Bad, Gäste-Duschbad
21 °C = Wohnen, Essen, Küche, Kinderzimmer
19 °C = Schlafen, Arbeiten, Diele
HWR und Speisekammer werden nicht beheizt.

Jetzt war unsere Heizungsanlage aber so eingestellt, dass es in den Bädern nur 22 °C warm wurde während wir in Wohnen, Essen, Küche, Kinderzimmer die gewünschte Temperatur von 21 °C hatten. Auch die anderen Räume (Schlafen, Arbeiten, Diele) erreichten mit 18 °C nicht die gewünschte Temperatur. 

Wenn ich nun die Heizkurve anhob um im Bad die gewünschten 24 °C zu erreichen, war es in den übrigen Räumen wiederum zu warm. Und damit dieses Problem erst gar nicht entsteht gibt es den Hydraulischen Abgleich.

Hydraulischer Abgleich (Grundlagen)

Was ist der HA?
Für ein einwandfreies Funktionieren einer Wasserheizungsanlage müssen die Massenströme richtig eingestellt werden, d. h. jeder Heizkreis der Fußbodenheizung soll nur die Wassermenge bekommen, die der berechneten Heizlast entspricht. Eine wichtige Rolle spielen dabei die Thermostate/Einzelraumregelungen. Deren Aufgabe ist es, die Temperatur im Raum möglichst konstant zu halten. Dazu sind sie auf den richtigen Wasserdruck angewiesen. Ist der Druck zu hoch, wird die Raumtemperatur zu hoch, obwohl der Stellmotor im Heizkreisverteiler nur sehr wenig geöffnet ist. Ist der Druck zu niedrig wird die Raumtemperatur erst angehoben, wenn das Ventil im Heizkreisverteiler ganz geöffnet ist.  In beiden Fällen kann es seine Aufgabe nicht richtig erfüllen. Sinn des hydraulischen Abgleichs ist es an allen Heizkreisen für den richtigen Wasserdruck zu sorgen und so Geld zu sparen. Durch einen hydraulischen Abgleich ist eine Ersparnis von 15% der Heizenergiekosten möglich. (Quelle: Energiesparclub.de)

Warum ist der HA so wichtig?
Der hydraulische Abgleich ist nach der VOB (Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen) Teil C – ATV DIN 18380, der DIN EN 14336 (Heizungsanlagen in Gebäuden – Installation und Abnahme der Warmwasser-Heizungsanlagen - 01-2005) und der EnEV (EnergieEinsparVerordnung) vorgeschrieben.

Der richtige Wasserdruck an allen Heizkreisen spart Kosten. Durch einen hydraulischen Abgleich ist eine Ersparnis von 15% der Heizenergiekosten möglich (Quelle: Energiesparclub.de). Zum besseren Verständnis taugt ein Vergleich mit dem Autofahren. Wer wirtschaftlich Auto fährt gibt nicht mit dem einen Fuß Gas (hohe Heizkurve) und betätigt gleichzeitig mit dem anderen Fuß die Bremse (gedrosselte Raumthermostate).

Zudem ist der hydraulische Abgleich bei einigen Fördermaßnahmen zwingend vorzunehmen und muss entsprechend von einem Fachbetrieb bescheinigt werden.

Rechtliches zum HA
Die VOB/C ist, wie auch die anderen Teile der VOB, kein Gesetz. Der Auftraggeber und der Auftragnehmer können die VOB/C nur in Anspruch nehmen, wenn sie vertraglich schriftlich festgelegt wurden.  

In diesem Zusammenhang kommt es immer wieder zu Streitigkeiten, was eine unentgeltlich zu erbringende Nebenleistung ist, die vom Auftragnehmer im Rahmen seiner Leistungen zu erbringen ist und was eine zu bezahlende besondere Leistung ist, die vom Auftraggeber extra beauftragt und bezahlt werden muss. 

Diese Nebenleistungen sind in der VOB Teil C ziemlich genau beschrieben. Der Privatkunde muss auf diese Dinge besonders hingewiesen werden.

§ 2 Nr. 1 VOB/B:
Nebenleistungen sind Leistungen, die auch ohne Erwähnung im Vertrag zur vertraglichen Leistung gehören. Nebenleistungen sind grundsätzlich nicht extra vergütungspflichtig. Es kommt dabei nicht darauf an, ob sie im Vertrag extra aufgeführt sind oder nicht. Wenn die Leistungen nach der VOB/C als Nebenleistung beschrieben sind, empfiehlt es sich nur ausnahmsweise, die Vergütungspflicht im Vertrag noch einmal zu regeln.

Der hydraulische Abgleich ist also eine Nebenleistung im Sinne dieser Vorschrift und nicht extra vergütungspflichtig, wenn die VOB im Werkvertrag vereinbart wurden. (Quelle: bosy-online.de).

Trotzdem oder gerade deshalb scheint ein HA von den wenigsten Heizungsbauern tatsächlich durchgeführt zu werden. In NRW sind lediglich 13,6 % aller Heizungsanlagen durch einen hydraulischen Abgleich optimal eingestellt. Das geht aus einer Erhebung von co2online hervor, die auf 23.000 bundesweiten Gebäudedaten basiert. Einzelheiten zu dieser Studie findet man hier.

Durchführung eines hydraulischen Abgleichs
In der Theorie wird zunächst die Heizlast für jeden einzelnen Raum berechnet. Die errechnete Heizlast wird dann mit der Heizleistung der einzelnen Heizkreise verglichen. Zusätzlich wird die Entfernung zur Heizungspumpe berücksichtigt. Aus all diesen Größen ergeben sich die Einstellwerte für die einzelnen Heizkreise. So die Theorie.

Für unser Haus wurde auf der ausgehändigten Heizlastberechnung von Raumtemperaturen ausgegangen, die wahrscheinlich nur bei den Inuit, einer Völkergruppe, die im arktischen Zentral- und Nordostkanada sowie auf Grönland lebt, auf Akzeptanz gestoßen wäre. Aber das ist ein anderes Thema, welches im Kapitel Mängel, Bedenken, etc. wieder aufgegriffen wird.

Ohne vernünftige Heizlastberechnung und ohne Durchflussanzeiger (Topmeter), die mein GU eigentlich im Heizkreisverteiler hätte montieren müssen, wenn ein HA gemacht worden wäre, ist ein HA nach der Theorie nicht möglich. 

In der Praxis bin ich deshalb wie im folgenden Kapitel erläutert vorgegangen. Ich nenne dieses Vorgehen auch nicht HA, sondern Feintuning.

Zuerst sollte man sich das notwendige Equipment besorgen. Hilfreich wären vier oder fünf Raumthermometer. Ich habe habe mir so digitale Dinger aus dem Geiz-ist-Geil-Laden gekauft, das Stück kostete so um die fünf Euro. Günstige und gute Digitalthermometer findet man auch bei Reichelt. Man sollte darauf achten, dass das Thermometer Temperaturen mit einer Genauigkeit von +/- 0,1°C misst und auch anzeigt.

Zusätzlich habe ich mir bei Reichelt noch dieses Infrarot-Thermometer 'Scan Temp 380' von TFA Dostmann mit Ziellaser gekauft. Es ist sehr hilfreich wenn man die Vor- und Rücklauftemperaturen der einzelnen Heizkreise im Heizkreisverteiler messen will.

Diese Ausführung würde ich mir jedoch nicht noch einmal kaufen. Die Mess-Genauigkeit liegt nur bei +/- 2,0°C. Das ist bei dem geringen Temperaturniveau einer Flächenheizung schon eine ziemlich starke Abweichung.

Hydraulischer Abgleich (Praxis)

- Kapitel ist in Arbeit, einfach ab und zu mal reinschauen, vG; 27.07.11 -