Der hydraulische und thermische Abgleich

Seitdem Wirtschaftsminister Habeck dazu aufgerufen hat, die Energie-Effizienz im eigenen Gebäude zu überprüfen, ist ein Begriff in aller Munde, von dem die meisten vorher noch nie etwas gehört hatten: Der hydraulische und thermische Abgleich der Heizungsanlage.

Was ist der hydraulische Abgleich?

Ein Heizungssystem besteht im Wesentlichen aus zwei Komponenten: Dem Wärmeerzeuger und den Heizflächen. Der Wärmeerzeuger ist die eigentliche „Heizung“, die meist im Heizungskeller vor sich hin werkelt, wogegen die Heizflächen in den einzelnen Räumen die Wärme abgeben: Meist Heizkörper oder Fußbodenheizungen. Dafür muss das erwärmte Heizwasser von der Heizung zu allen Heizflächen gepumpt werden.

Durchfluss und Temperatur

Drei Dinge nun beeinflussen die Wärmeabgabe an einen Raum: Die Menge und die Temperatur des Heizwassers sowie die Größe der Heizfläche.

Wenn die Heizfläche groß ist, ist viel Luft in Kontakt mit ihr, es wird viel Luft gleichzeitig aufgeheizt, der Raum wird schneller warm. Als Heizfläche gilt dabei jede warme Fläche, die mit Luft in Kontakt ist. Das heißt, je feiner und zerfaserter die Oberfläche ist, desto besser. Ein feines Gitter hat eine sehr viel größere Oberfläche als eine Platte. Dies bedeutet aber, dass sich das Heizwasser schneller abkühlt, daher muss viel Heizwasser durch die Heizfläche geführt werden, man braucht einen hohen Durchfluss.

 Ist die Temperatur der Heizfläche hoch, wird die Luft bei Kontakt stärker aufgeheizt. Dadurch, dass warme Luft aufsteigt, wird ständig kältere Luft an die Heizfläche herangezogen, die sich ihrerseits erwärmt, aufsteigt und Platz macht für kältere Luft. Diesen Mechanismus nennt man natürliche Konvektion.

In der Praxis muss man beide Mechanismen in ein Gleichgewicht bringen. Je größer die Heizfläche ist, desto kleiner kann ihre Temperatur sein, um dieselbe Wärmeleistung zu erbringen. Hohe Durchflüsse in Verbindung mit niedrigen Temperaturen sind für Wärmepumpen ideal, und das ist die Ursache für die weit verbreitete (aber falsche) Meinung, Wärmepumpen ließen sich nur mit Fußbodenheizung betreiben. In der Tat ist die Heizfläche des Fußbodens groß, aber durch einen grazilen inneren Aufbau, wie ihn moderne Plattenheizkörper haben oder gerade in Altbauten ihre schiere Größe ist die Heizfläche meist auch ohne Fußbodenheizung groß genug.

 Notfalls kann auch durch Gebläse die Konvektion erzwungen werden.

Der hydraulische Abgleich nun beschäftigt sich mit dem Durchfluss durch die einzelnen Heizflächen. Da alle Heizflächen durch ein Rohrsystem verbunden sind, werden Heizflächen, die näher am Wärmeerzeuger sind, wärmer als solche, die weiter entfernt sind. Um dies auszugleichen, muss die Durchflussmenge für die näheren Heizflächen reduziert und die für die weiter entfernten vergrößert werden. Wenn dies gemacht wurde, kann die sogenannte Vorlauftemperatur an der Heizung reduziert werden.

Fachbegriff: Vorlauftemperatur

Für die Regelung einer Heizungsanlage sind zwei Temperaturen entscheidend: Die Vorlauftemperatur und die Rücklauftemperatur.

• Als Vorlauf (abgekürzt: VL) bezeichnet man den Wärmeträger bzw. die Leitung, die aus dem Wärmeerzeuger (= Heizung, d.h. Brenner, Wärmepumpe, Pufferspeicher, Ofen) hinausführt, bevor sie in den Heizkreis (das ist die Gesamtheit aus Rohrsystem und Heizflächen) läuft.
• Als Rücklauf (abgekürzt: RL) bezeichnet man die Leitung, die vom Heizkreis zurück in den Wärmeerzeuger läuft.
• Die Differenz zwischen den beiden Temperaturen (also Vorlauftemperatur minus Rücklauftemperatur) bezeichnet man als Spreizung. Der Wärmeerzeuger muss im Stande sein, den Temperaturverlust durch den Heizkreis auszugleichen, d.h. er muss die Rücklauftemperatur um genau die Spreizung anheben, nicht zu viel und nicht zu wenig. Sämtliche Verbrenner-Heizungen (Öl, Gas, Holz) haben allerdings eine sehr viel höhere Spreizung als benötigt wird, daher baut man Pufferspeicher und Mischer ein, welche die zusätzliche Wärme eine Zeitlang zwischenspeichern und die zu hohe Vorlauftemperatur durch Hinzumischen von Rücklaufwasser absenken.

Hintergrundwissen: Thermostatventil

Das, was Sie am Heizkörper verstellen können, ist ein sogenannter Heizkörperthermostat. Sie stellen durch Drehen des Ventilkopfes die gewünschte Raumtemperatur ein, und zwar entspricht eine Veränderung um einen Zahlenwert (z.B. von 3 auf 4) eine Temperaturänderung um 4°C. Im Inneren des Thermostatkopfs befindet sich ein mit Flüssigkeit oder Gas gefüllter Balg, welcher sich je nach Raumtemperatur zusammenzieht oder ausdehnt und dabei auf den Ventilstift des eigentlichen Heizkörperventils (sogenanntes Ventilunterteil) drückt, welches dann den Durchfluss des Heizwassers durch den Heizkörper reduziert.

Durch diesen Mechanismus wird die Heizleistung des Heizkörpers immer dann reduziert, wenn z.B. durch Sonneneinstrahlung, viele Personen im Raum oder zusätzliche Wärmequellen (z.B. Herd) die Raumtemperatur ansteigt.

Siehe z.B. dieses Video

Weitere Informationen

Wenn wir die Vorlauftemperatur so weit abgesenkt haben, dass der Raum mit der kleinsten Heizfläche bei demontierten Thermostatköpfen und voll geöffneten Ventilunterteilen gerade noch warm wird, dann ist klar, dass die anderen Räume mit größeren Heizflächen zu warm werden. Beim hydraulischen Abgleich werden daher nun die Ventilunterteile der Heizflächen der anderen Räume so weit eingedreht, dass auch diese Räume die Wunschtemperatur halten und nicht überhitzen. Wie das funktioniert, dazu siehe z.B. dieses Video.

Tatsächlich wird beim hydraulischen Abgleich aber nicht die Temperatur gemessen, sondern es wird im Vorfeld anhand der der Raumheizlast und Leistung der Heizflächen berechnet, welchen Durchfluss die einzelnen Heizflächen bei der gegebenen Vorlauftemperatur benötigen, um dieses Ziel zu erreichen (Details zum Verfahren). Nach der Änderung der Ventilunterteile werden die Thermostatköpfe wieder montiert. Wie ein Heizungsinstallateur dabei konkret vorgeht, können Sie hier sehen.

Seit einiger Zeit werden sogenannte intelligente Thermostatköpfe angeboten, die angeblich selbstätig den hydraulischen Abgleich durchführen. Dies ist aber etwas irreführend, denn die Berechnung der notwendigen Durchflussmengen ist weiterhin erforderlich und muss in die Geräte eingegeben werden. Trotzdem sind derartige Geräte sinnvoll, da sie die Volumenströme selbsttätig anpassen, wenn wenig Heizbedarf besteht. (Weitere Informationen)

Durch den hydraulischen Abgleich wird also dafür gesorgt, dass alle Heizkörper bei der kleinstmöglichen Vorlauftemperatur so viel Wasser erhalten, dass der Raum warm wird und nicht überhitzt. Dass eine möglichst niedrige Vorlauftemperatur bei Wärmepumpen der entscheidende Faktor ist, um Energiekosten zu sparen, haben wir bereits erwähnt; Warum aber wird er aktuell vom Bundeswirtschaftsministerium auch für Gebäude mit Gas- und Ölheizung empfohlen? Die Verbrennungstemperatur kann man dadurch nicht absenken – warum sollte man dadurch Energie sparen? Es gibt dafür zwei Gründe:

• Die Wärmeverluste im Rohrsystem sind um so höher, je höher die Vorlauftemperatur ist
• Durch die Absenkung der Vorlauftemperatur sinkt auch die Rücklauftemperatur, und dies wiederum ist entscheidend für die Effizienz einer ganz bestimmten Art von Verbrennungsheizungen, nämlich den konventionellen Brennwertheizungen, die einen Großteil der in den letzten 20 Jahren installierten Heizungen ausmachen. Diese nutzen das Rücklaufwasser, um die Verbrennungs-Abgase so weit herunterzukühlen, dass sie kondensieren, wodurch Wärme frei wird, die von der Heizung genutzt wird, anstatt ungenutzt durch den Schornstein zu entschwinden. Ist aber das Rücklaufwasser zu warm, funktioniert dieser Mechanismus nicht. Weitere Informationen

Weitere Informationen finden Sie hier.

Feintuning: Der Thermische Abgleich

Da der hydraulische Abgleich auf Berechnungen (und oft auch nur auf Beobachtungen und Schätzungen durch den hoffentlich erfahrenen Installateur) beruht, kann es durchaus sein, dass er (nicht ganz) korrekt ist. Anstatt aber nun (bei zu warmen Räumen) die Thermostatventile zuzudrehen oder umgekehrt (bei zu kalten Räumen) die Vorlauftemperatur oder den Pumpendruck zu erhöhen, sollten Sie über einen längeren Zeitraum hinweg einen thermischen Abgleich vornehmen. Dies ist im Wesentlichen dasselbe wie der hydraulische Abgleich, nur beobachten Sie hierbei die tatsächliche Raumtemperatur über einen längeren Zeitraum, demontieren den Thermostatkopf und ändern die Stellung des Ventilunterteils. Wie das konkret funktioniert, siehe z.B. dieses Video. Bei manchen alten Heizkörperthermostaten lässt sich das Ventilunterteil nicht verstellen, in diesem Fall muss es durch einen Heizungsmonteur ausgetauscht werden.

1. Beginnen Sie mit dem am schlechtesten beheizten Raum des Gebäudes. Dies ist Ihr „Leitraum“. Öffnen Sie das Ventilunterteil maximal und ändern Sie dann die Heizkurve, bis dieser Raum perfekt temperiert ist.
2. Typischerweise werden die anderen Räume dann zu warm sein. Gehen Sie in jenen Raum, der am stärksten überhitzt ist und drehen das Ventilunterteil der Heizkörper dort etwas ein. Beobachten sie die Temperatur dieses Raumes mindestens einen Tag lang und justieren ggf. nach. Je nach Qualität Ihrer Gebäudehülle kann es bis zu 3 Tage dauern, dass sich die Temperatur eingeschwungen hat.
3. Wenn dieser Raum perfekt geheizt wird, gehen Sie zurück in den Leitraum. Da Sie die Gesamtmenge reduziert haben, wird der Leitraum wahrscheinlich zu warm geworden sein. Passen Sie die Heizkurve an, bis dieser Raum wieder korrekt temperiert ist.
4. Ermitteln Sie, welcher Raum nun am stärksten überhitzt ist (dies ist u.U. derselbe wie zuvor oder ein anderer). Drehen Sie dort das Ventilunterteil etwas ein und justieren dessen Temperatur über einige Tage nach. Wiederholen Sie die Schritte 3 und 4 so lange, bis alle Räume die perfekte Temperatur haben.

Es kann gut sein, dass dies eine ganze Heizperiode lang dauert. Im Ergebnis haben Sie aber ein perfekt beheiztes Gebäude mit minimal möglicher Vorlauftemperatur und brauchen nie wieder die Stellung der Heizkörperthermostate ändern. Die Einzelraumregelung (ERR) wird durch den thermischen Abgleich überflüssig. Sie sollten die Thermostatköpfe aber nach Abschluss des Abgleichs trotzdem wieder montieren, da sie dann immer noch den Zweck erfüllen, Fremdwärmeeintrag in einzelnen Räumen (viele Personen, Sonnenschein, andere Heizquellen) wegzuregeln.

Beachten Sie, dass Sie beim Tausch eines Heizkörpers die Prozedur wiederholen müssen – jede Änderung am Durchfluss eines Raumes ändert die Wärmemenge in allen anderen Räumen