Höhere Energieeffizienz durch hydraulischen Abgleich
Eine ungleichmäßige Wärmeversorgung ist ein gravierendes Problem in Heizsystemen, da unnötig Energie verbraucht wird. In diesem Artikel werden Ursache und Wirkung erklärt sowie konventionelle als auch neue, smarte Lösungen vorgestellt.
Um zu verstehen, wie Heizsysteme in Wohngebäuden funktionieren, hilft ein Vergleich mit dem Leitungswassersystem. Denn was für den Wasserhahn gilt, trifft auch auf den Heizkörper zu: Wasser sucht sich immer den Weg des geringsten Widerstands. Ohne einen ausreichenden, technisch erzeugten Wasserdruck würden in der zehnten Etage eines Wohngebäudes statt eines Strahls nur ein paar Tropfen aus dem Wasserhahn kommen. Dasselbe gilt für warmes Wasser. Dies muss mit genügend Druck von der Heizungsanlage im Keller hin zu den Heizkörpern in die einzelnen Räume hinaufgepumpt werden. Nach der Wärmeabgabe fließt das kalte Wasser über die Rohre zurück zur Heizungsanlage, um dort wieder erwärmt und hochgepumpt zu werden.
Das Problem: Ungleichmäßige Wärmeverteilung
Ist der Versorgungsdruck zu gering, gelangt nicht genügend warmes Wasser in die höheren Stockwerke. Umgangssprachlich würden wir sagen, „jemand steht auf dem Schlauch“. Und die Bewohnenden der oberen Etagen wundern sich: „Wieso ist es bei uns kalt, obwohl wir die Heizung voll aufgedreht haben?“
Die Antwort: Es liegt eine ungleichmäßige Wärmeverteilung vor. Die Heizkörper, die weiter von der Wärmequelle, also der Heizanlage, entfernt liegen, werden nicht ausreichend warm. Möglich ist aber auch, dass sie zeitlich verzögert mit Wärme versorgt werden, z.B. erst dann, wenn die Räume nahe der Heizungsanlage bereits die am Thermostatventil eingestellte Temperatur erreicht haben. Grob vereinfacht: Erst wenn die unteren Stockwerke warm sind, fließt das Wasser auch in die weiter entfernt liegenden Räume der oberen Etagen.
Spontan könnte jetzt der Einwand erfolgen: „Dann erhöht doch einfach den Pumpendruck! Oder die Vorlauftemperatur!“ Die Vorlauftemperatur ist die Wassertemperatur beim Eintritt in den Heizkörper. Nach dem Motto: Viel hilft viel.
Doch das Gegenteil ist der Fall, wie Dr. Bardia Rostami, Physiker und Leiter Business Development bei der KALORIMETA GmbH (KALO), erklärt: „Je länger die Rohrleitung, desto größer wird der Strömungswiderstand. Nahe der Wärmequelle gelegene Heizkörper weisen einen geringeren Durchflusswiderstand auf. Bei zu hohem Druck würde daher viel mehr Wasser als benötigt durch diese Heizkörper fließen und mit vergleichsweise hoher Temperatur zum Wärmeerzeuger zurücklaufen. Die Folge: Der eine Heizkörper glüht, der andere bleibt kalt. Zu hohe Volumenströme und zu hohe Vorlauftemperaturen bedeuten also: Energieverschwendung.“
Das Problem einer nicht ausgeglichenen Heizwärmeverteilung betrifft ganz Deutschland und ist gewaltig. Abhilfe würde der hydraulische Abgleich schaffen.
Die Lösung: Der hydraulische Abgleich
Der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) geht davon aus, dass über 80 Prozent der Heizungsanlagen noch nicht hydraulisch abgeglichen wurden. Auf den Gebäudebestand hochgerechnet ließen sich aber durch den hydraulischen Abgleich bis zu 1,5 Milliarden Euro Energiekosten sparen und bis zu 5,3 Millionen Tonnen CO2 vermeiden. Der hydraulische Abgleich könne folglich zur Wärmewende beitragen, so der VDMA.
Ein hydraulischer Abgleich sorgt dafür, dass die richtige Wassermenge zur richtigen Zeit am richtigen Ort fließen kann, sodass sich die Wärme gleichmäßig auf die Heizkörper verteilt. Dazu muss als erstes der Heizbedarf der Räume ermittelt werden, die sogenannte Heizlast. Diese hängt u.a. von den Eigenschaften der Wohnung ab, z.B. der Dämmung der Außenwände sowie Größe und Qualität der Fenster. Auch das Rohrnetz und dessen Strömungswiderstände spielen eine Rolle. Im nächsten Schritt werden die notwendige Heizwassermenge und die korrekte Pumpenleistung berechnet und anschließend die Thermostatventile an jedem einzelnen Heizkörper richtig eingestellt und wenn nötig ausgetauscht. Die Heizungspumpe muss auf den angemessenen Druck justiert und die Heizkurve optimiert werden. Diese regelt, welche spezielle Vorlauftemperatur zu leisten ist, wenn es draußen kälter oder wärmer ist.
Die Effizienz
Ein hydraulischer Abgleich gilt bei allen Gebäuden als sinnvoll. Die Vorteile: Alle Räume werden optimal warm; der Energieverbrauch, die Kosten und der CO2-Ausstoß verringern sich. Ein hydraulischer Abgleich ist zudem ratsam, wenn Komponenten der Heizanlage ausgetauscht wurden. Auch Fußbodenheizungen und andere Flächenheizungen können und sollten hydraulisch abgeglichen werden.
Die Verfahren und Methoden
Bisher wurden zwei Verfahren des hydraulischen Abgleichs akzeptiert: das Verfahren A und das Verfahren B. Das Verfahren A stellt ein simples Schätzverfahren dar. Es ist günstig, aber auch ungenau. Bei dem genaueren Verfahren B wird der Wärmebedarf raumweise berechnet. Neu hinzugekommen ist die in der DIN 94679-4 beschriebene Alternative zum Verfahren B, das Verfahren T (thermische Verfahren) z.B. durch Einsatz smarter Thermostate.
Es werden drei grundsätzliche Methoden des Abgleichs unterschieden: die statische, die dynamische und die adaptive Methode.
Bei einem statischen Abgleich wird die Heizungsanlage ausschließlich mit druckabhängigen Komponenten optimiert. Das können voreinstellbare Thermostatventile und Strangregulierventile sein. Bei einem bestimmten, angenommenen Druck sorgen sie für den geplanten Heizwasserdurchfluss, in der Regel bei Volllast des Systems, sprich bei maximaler Leistung. Der statische Abgleich findet z.B. häufig Anwendung in Ein- und Zweifamilienhäusern. Der Nachteil beim statischen Abgleich: Effizienzpotenziale für den Fall der Teillast – also mit nur einem Teil der möglichen Leistung – bleiben unberücksichtigt. Das kann dagegen der dynamische hydraulische Abgleich. Strangdifferenzdruckregler und druckunabhängige Thermostatventile halten den Druck der Heizwasserströme konstant. Diese Methode ist effizienter als die des statischen Abgleichs. Allerdings ist der Aufwand auch höher, weil druckunabhängige Armaturen benötigt werden. Der dynamische Abgleich empfiehlt sich für größere Gebäude. Bei einem adaptiven hydraulischen Abgleich berechnet eine digitale Steuerung permanent die optimalen Heizwasserströme und stellt sie selbstständig ein. Diese Methode ist kombinierbar mit dem statischen und dynamischen hydraulischen Abgleich.
Die Vorschriften
Angesichts der angespannten Lage auf den Energiemärkten hat die Bundesregierung am 1. Oktober 2022 den hydraulischen Abgleich für Gebäude verordnet. Paragraph 3 der Verordnung zur Sicherung der Energieversorgung über mittelfristig wirksame Maßnahmen – abgekürzt EnSimiMaV – legt fest, in welchen Wohn- und Nichtwohngebäuden ein hydraulischer Abgleich des Gaszentralheizungssystems erfolgen muss:
bis zum 30. September 2023 in Wohngebäuden mit mindestens zehn Wohneinheiten
bis zum 15. September 2024 in Wohngebäuden mit mindestens sechs Wohneinheiten
Auch die Novelle des Gebäudeenergiegesetzes (GEG), vom Bundestag beschlossen am 8. September 2023, schreibt ab 2024 einen hydraulischen Abgleich bei laufenden Heizungsanlagen vor (Paragraph 60c). Im GEG wird der hydraulische Abgleich als „wesentliche Optimierungsmaßnahme“ bezeichnet, die zudem nicht- bzw. geringinvestiv ist. Beim Neubau ist ein hydraulischer Abgleich ohnehin Pflicht.
Die Durchführung und Kosten
Die Verbraucherzentrale Bundesverband rät dazu, den hydraulischen Abgleich nur durch Fachkräfte aus dem Heizungsbaugewerbe vornehmen zu lassen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) schätzt, dass ein Fachbetrieb in einem Einfamilienhaus mit zehn Heizkörpern etwa anderthalb Stunden benötigt, um zunächst alle Daten zur Heizung aufzunehmen. Die anschließende Berechnung könnte vier Stunden dauern. Für die optimale Einstellung solle man je Heizkörper noch einmal etwa fünf Minuten einplanen, rät das BMWK. Somit sind um die sechs bis sieben Stunden für den hydraulischen Abgleich anzusetzen. Die Dauer hänge zudem davon ab, ob Bauteile erneuert oder hinzugefügt würden. Die entstehenden Kosten werden von der Verbraucherzentrale auf rund 1.000 Euro für ein Einfamilienhaus geschätzt. Übertragen auf ein Mehrparteienhaus mit fünf Wohneinheiten würde die Durchführung des hydraulischen Abgleichs um die 5.000 Euro kosten.
Der hydraulische Abgleich durch smarte Thermostate
KALO bietet speziell für die Zielgruppe der professionellen Wohnungswirtschaft und die Vollausstattung von Mehrparteienhäusern smarte Thermostate an. Diese wurden innerhalb der noventic group entwickelt, zu der auch KALO gehört. Die smarten Thermostate führen den hydraulischen Abgleich wirksam durch. Das hat der TÜV Rheinland nach der neuen DIN-Norm 94679-4 bestätigt und zertifiziert. Das gesetzeskonforme Alternativverfahren mit smarten Thermostaten fällt dabei deutlich kostengünstiger aus und ist unabhängig von der Verfügbarkeit von Fachhandwerkern. Darüber hinaus ist es deutlich weniger aufwändig.
„Im Gegensatz zum herkömmlichen Vorgehen ist eine Ausschaltung der Heizanlage bei unserer noventic-Lösung nicht erforderlich – ebenso wenig wie die Entwässerung und der Ventilaustausch“, erläutert der Experte für die smarten Thermostate Dr. Bardia Rostami und ergänzt: „Das Verfahren ist adaptiv, das heißt, der hydraulische Abgleich wird nicht nur einmalig vorgenommen, sondern findet kontinuierlich statt. Außerdem ist die Sicherstellung des hydraulischen Abgleichs nur ein kleiner Teil des energieeffizienten Funktionsumfangs der smarten Geräte.“
Die Förderung der Heizungsoptimierung
Der Einsatz smarter Thermostate gilt als Modernisierungsmaßnahme und lässt sich daher bilanziell aktivieren und über die Laufzeit von sechs Jahren abschreiben. Für den hydraulischen Abgleich kann ebenfalls eine Förderung beantragt werden. Der Grundfördersatz beträgt 15 Prozent der Ausgaben. Ansprechpartner ist das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Das betreffende Programm lautet „Bundesförderung für energieeffiziente Gebäude – Einzelmaßnahmen (BEG EM)“. Dort heißt es in Richtlinie 5.2, dass der „Einbau von Anlagentechnik in Bestandsgebäuden zur Erhöhung der Energieeffizienz des Gebäudes“ bei Wohngebäuden gefördert wird. Dies bezieht sich auch auf den „Einbau digitaler Systeme zur energetischen Betriebs- und Verbrauchsoptimierung beziehungsweise zur Verbesserung der Netzdienlichkeit der technischen Anlagen des Gebäudes („Efficiency Smart Home“).“ Die smarten Thermostate von KALO erfüllen diese Voraussetzung.
Dieser Artikel ist in der Ausgabe 5/2024 des BundesBauBlattes erschienen.
