Heizung modernisieren statt austauschen – Leseprobe
Erst verstehen. Dann investieren.
Muss eine funktionierende Heizung wirklich komplett ausgetauscht werden, um Energie und Heizkosten zu sparen?
Dieses Buch zeigt einen anderen Weg: Bestehende Heizungsanlagen lassen sich häufig schrittweise modernisieren und mit neuen Wärmeerzeugern kombinieren.
Im Mittelpunkt stehen eine intelligente Pufferspeicherhydraulik, einfache Regelungskonzepte und die wirtschaftliche Nutzung vorhandener Technik.
In dieser Leseprobe erfahren Sie, wie sich eine Heizungsmodernisierung ohne vorschnellen Komplettaustausch planen lässt.
Entdecken Sie die technischen Hintergründe und praxisnahen Lösungsansätze.
Inhaltsverzeichnis
Einleitung 15
Ihre Heizung funktioniert noch. Was nun? 15
Eine funktionierende Heizung nicht vorschnell ersetzen 15
Modernisieren statt komplett austauschen 16
Bestehende Investitionen weiter nutzen 17
Die Heizung ist ein Gesamtsystem 17
Warum Einzelmaßnahmen häufig nicht ausreichen 18
Der Pufferspeicher wird zur Systemzentrale 19
Von einzelnen Bausteinen zur kompletten Anlage 20
Von der Hydraulik zur Regelung 20
Vom vorhandenen Heizsystem zum persönlichen Modernisierungsfahrplan 21
Wie Sie dieses Buch nutzen können 22
Teil I – Die vorhandene Heizung verstehen 23
1. Das Haus und sein Wärmebedarf 23
1. Das Haus und sein Wärmebedarf 23
Wärmebedarf des Gebäudes 24
Heizlast und tatsächlicher Leistungsbedarf 24
Welchen Einfluss hat das Gebäude? 26
Der vorhandene Heizkessel ist kein Maßstab für die Heizlast 27
Der tatsächliche Betrieb liefert wertvolle Informationen 28
2. Erst den Bedarf verstehen, dann die Technik auswählen 29
3. Wärme erzeugen, verteilen und übertragen 30
Wärmeerzeugung 30
Wärmeverteilung 31
Wärmeübergabe 32
Heizkörper 33
Fußbodenheizung 33
Gemischte Heizsysteme 34
Vorlauf- und Rücklauftemperatur 35
Volumenstrom und Spreizung 36
4. Erzeuger und Verbraucher haben nicht immer denselben Volumenstrom 37
Das Zusammenspiel entscheidet 38
Die bestehende Anlage aufnehmen 38
Teil II – Der Pufferspeicher als Zentrale des zukünftigen Heizsystems 40
5. Warum Heizungsanlagen immer komplizierter werden 40
6. Wasser als Wärmespeicher 42
Temperatur 42
Speicherkapazität 42
Temperaturdifferenz 43
Berechnung der gespeicherten Energie 43
Temperaturschichtung 45
Schichtung erhalten statt zerstören 45
Volumenstrom und Strömungsgeschwindigkeit 46
Einfluss der Anschlüsse 46
7. Das eigentliche Problem liegt häufig nicht im Pufferspeicher 48
Die Heizungsanlage als Gesamtsystem 48
Was ein Pufferspeicher eigentlich leisten soll 49
Wärme speichern 49
Wärme bereitstellen 50
Entkopplung von Wärmeerzeugung und Wärmeverbrauch 50
Pufferspeicher nicht automatisch sinnvoll. 51
8. Grenzen der klassischen Pufferspeicherhydraulik 52
Übliche Anschlusskonzepte 52
Beladung und Entladung 53
Vermischung 53
Takten 54
Warum Anlagen unnötig kompliziert werden 54
Einfacher Speicher statt komplexer Speicherhydraulik 56
Preisschätzung gängiger Pufferspeicher 57
9. Das 2-Zonen-Konzept 58
Ursprung des 2-Zonen-Prinzips 59
Das gemeinsame Funktionsprinzip von Laden und Entladen 60
Auf der Verbraucherseite 60
Auf der Erzeugerseite 60
Die Drei-Schienen-Hydraulik 61
10. Warum zwei nutzbare Temperaturzonen genügen 62
Obere heiße Zone 63
Untere kalte Zone 63
Die dynamische Mittelzone 64
Die einfache hydraulische Architektur 67
Das Saldoprinzip 69
Wissenschaftlich untersuchte Verbesserung der Speichernutzung 70
Ladesequenz 74
Entladesequenz 77
11. Mehrere Pufferspeicher – serielle Erweiterung des Speichervolumens 80
Mehrere Pufferspeicher – serielle Erweiterung des Speichervolumens 84
Thermosiphons an den Pufferanschlüssen 86
12. Die Drei-Schienen-Hydraulik 87
Aufbau 87
Drei horizontale DN40-Rohre 88
Anschluss der Module 89
Spülen, Füllen und Entleeren 90
Vorfertigung in der Werkstatt 91
13. Pumpengruppen 93
Pumpengruppen als Übergang zu den Verbraucherkreisen 93
Pumpengruppe Typ I 95
Pumpengruppe Typ I 96
Pumpengruppe Typ II 97
Pumpengruppe Typ II 98
Pumpengruppe Typ III 99
Pumpengruppe Typ III 101
14. Der bivalente 4-Wege-Mischer – 102
Teil III – Wärmeerzeuger und Verbraucher als Anlagenbausteine 105
Hinweis: 106
15. Wärmepumpe 108
16. Festbrennstoffkessel 110
Festbrennstoffkessel 111
17. Pelletkessel 113
Pelletkessel 114
18. Gas-Brennwerttherme 116
Gas-Brennwert-Therme 117
19. Bestehende Öl-/Gaskessel 119
Beschreibung 121
20. Elektrotherme (eTherme) 123
21. Solarthermie 126
22. HT-Heizkreise 129
Heizkörper, Lüftungsanlage etc. 129
23. NT-Heizkreis 131
Fußboden-, Decken- oder Wandheizung 131
24. Warmwasserboiler 135
25. Frischwasserstation 137
Frischwasserstation (FriWa) 138
Teil IV – Anlagenbeispiele: Aus Bausteinen werden komplette Anlagen 139
26. So lesen Sie die Praxisbeispiele 139
27. Anlagenbeispiel I – Bestehender Gas-/Ölkessel + Wärmepumpe + eTherme 142
Ausgangssituation 142
Modernisierungsziel 143
Verwendete Anlagenbausteine 143
Hydraulische Funktion 144
Aufgabe der Wärmepumpe 144
Aufgabe des Bestandskessels 145
Warmwasserbereitung 145
Heizkreis 146
Betriebsstrategie 146
Mögliche spätere Ausbaustufen 147
Besonderheiten 148
Das zeigt dieses Praxisbeispiel: 149
28. Anlagenbeispiel 2 152
29. Anlagenbeispiel 3 154
30. Anlagenbeispiel 4 156
31. Anlagenbeispiel 5 158
32. Anlagenbeispiel 6 160
33. Anlagenbeispiel 7 162
34. Anlagenbeispiel 8 164
35. Anlagenbeispiel 9 166
36. Anlagenbeispiel 10, Neubau 168
37. Vielfalt bestehender Heizungsanlagen 169
Auswahltabelle 170
Anlagenbeispiel 10 – Neubau: 171
Teil V – Vom Hydraulikschema zur Regelung 171
38. Ladebereiche zuordnen 171
Ladebereiche des Pufferspeichers zuordnen 172
Nicht jeder Wärmeerzeuger muss den gesamten Speicher laden 172
Die Speicherfühler S1 bis S10 173
Der obere Ladebereich 174
Der mittlere Ladebereich 174
Der untere Bereich 175
S9 und S10 möglichst kalt halten 176
Unterschiedliche Wärmeerzeuger – unterschiedliche Ladegrenzen 176
Sonderbetrieb bei PV-Überschuss 177
Ladebereiche können dynamisch sein 178
39. Der Vorlauftemperaturregler (VTR) 180
Beschreibung 181
40. Lokale Regelungsfunktionen ohne zentrale Regelung 183
Stellglied mit 3-Punkt-Ansteuerung 183
Stellglied mit integrierter witterungsgeführter Regelung 184
Stellglied mit Konstant-Temperatur-Regelung 184
Gleiche Hydraulik – unterschiedliche Regelung 186
41. Aufgaben der Regelung 187
Vom Sensor zum Aktor 188
42. Regelstrategien 189
Nicht jede Anlage benötigt einen Zentralregler 189
Kesselanbindung ohne separaten elektronischen Regler 189
43. Von den Ladebereichen zur Regelstrategie 191
Teil VI – Der Regelungsverteiler 192
44. Aufbau des Regelungsverteilers 192
Reihe 1 – Sensorklemmen 192
Reihe 2 – Regler 192
Reihe 3 – Schutz-, Schalt- und Reserveebene 193
Reihe 4 – Aktorklemmen 193
26. Trennung von Sensor- und Leistungsleitungen 193
27. Ein- und Ausgänge dokumentieren 194
Teil VII – Schrittweise modernisieren 194
30. Den eigenen Modernisierungsfahrplan erstellen 195
Teil VIII – Planungshilfen und Checklisten 196
Anhang 206
Verweise 208
Weitere Bücher 211
Band 1 – Heizung modernisieren statt austauschen 211
Band 2 – Preiswert zum eigenen Selbstbauhaus 211
Band 3 – PV, Speicher und Ersatzstrom fürs Einfamilienhaus 212
Leseprobe
(c) Volker Burghardt, urheberrechlich geschützt!
Wie Sie dieses Buch nutzen können
Dieses Buch kann von Anfang bis Ende gelesen werden. Das ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Wer zunächst seine bestehende Anlage beurteilen möchte, beginnt mit den Grundlagen und der Bestandsaufnahme.
Wer bereits konkrete Modernisierungspläne verfolgt, kann direkt die entsprechenden Anlagenbausteine aufschlagen. Die einheitlich aufgebauten Hydraulikschemen und Checklisten erleichtern den Vergleich.
Die vollständigen Praxisbeispiele zeigen anschließend, wie diese Bausteine miteinander kombiniert werden können.
Wer sich mit der technischen Umsetzung beschäftigen möchte, findet danach die Zuordnung der Ladebereiche, die Regelstrategien und den Aufbau des Regelungsverteilers.
Das Buch soll dabei keine individuelle Fachplanung ersetzen. Es soll dem Hauseigentümer vielmehr ermöglichen, seine eigene Anlage besser zu verstehen, sinnvolle Entwicklungsschritte zu erkennen und mit Fachbetrieben auf einer wesentlich besseren Informationsgrundlage zu sprechen.
Denn die entscheidende Frage lautet nicht unbedingt:
Welche neue Heizung soll ich kaufen?
Sondern:
Wie mache ich aus der Heizung, die ich bereits habe, Schritt für Schritt das Heizsystem, das ich in Zukunft brauche?
1. Der bivalente 4-Wege-Mischer –
das Herzstück der Pumpengruppe
Das zentrale Bauteil der Pumpengruppe ist der bivalente 4-Wege-Mischer. [9] Im Gegensatz zu einem üblichen 3-Wege-Mischer kann er den Heizkreis aus zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus versorgen. Damit eignet er sich besonders für das in diesem Buch vorgestellte Mehrtemperatursystem.
Im normalen Betrieb bezieht der Heizkreis seine Wärme vorrangig aus der mittleren Verteilerschiene. Reicht deren Temperatur für die benötigte Vorlauftemperatur aus, wird keine Wärme aus der oberen Hochtemperaturschiene benötigt.
Erst wenn die Temperatur der mittleren Schiene nicht mehr ausreicht, öffnet der Mischer zunehmend den Anschluss zur oberen Verteilerschiene. Heißeres Wasser wird nur in der Menge zugemischt, die erforderlich ist, um die vom Heizkreis benötigte Vorlauftemperatur zu erreichen.
Der Mischer arbeitet damit nach einem einfachen Grundsatz:
So viel Wärme wie möglich aus dem niedrigeren Temperaturniveau – so wenig Hochtemperaturwärme wie nötig.
Dies ist insbesondere bei der späteren Einbindung einer Wärmepumpe von Bedeutung. Deren Wärme steht bevorzugt auf der mittleren Schiene zur Verfügung und kann von den Heizkreisen unmittelbar genutzt werden. Nur der darüberhinausgehende Temperaturbedarf wird beispielsweise durch einen vorhandenen Gas-, Öl-, Holz- oder Pelletkessel aus der oberen Schiene ergänzt.
Der bivalente 4-Wege-Mischer ermöglicht damit einen gleitenden Übergang zwischen beiden Temperaturniveaus. Für den Heizkreis ändert sich dabei nichts: Er erhält unabhängig davon, welcher Wärmeerzeuger gerade arbeitet, die von seiner Regelung angeforderte Vorlauftemperatur.
Dadurch wird der bivalente 4-Wege-Mischer zum hydraulischen Bindeglied zwischen bestehender Hochtemperaturheizung und neuer Niedertemperatur-Wärmeerzeugung – und damit zu einem zentralen Baustein der schrittweisen Modernisierung.
Zitiert aus Quelle: https://esbe.eu/de/produkte/mischer/vrb140;
Download am 12.11.2016
Teil III – Wärmeerzeuger und Verbraucher als Anlagenbausteine
Nachdem die grundlegende Funktion des Pufferspeichers, die Temperaturschichtung und das eigendynamische Zusammenspiel der hydraulischen Schienen erläutert wurden, richtet sich der Blick nun auf die einzelnen Komponenten der Heizungsanlage.
Eine zukunftsfähige Heizungsanlage muss nicht als starres Gesamtsystem betrachtet werden. Wärmeerzeuger und Verbraucher können vielmehr als eigenständige Anlagenbausteine verstanden werden, die über klar definierte hydraulische Schnittstellen mit dem Drei-Schienen-Hydraulikverteiler verbunden werden.
Zu den Wärmeerzeugern können beispielsweise ein vorhandener Gas- oder Ölkessel, ein Pellet- oder Festbrennstoffkessel, eine Wärmepumpe, eine Solarthermieanlage oder eine elektrische Wärmeerzeugung gehören. Auf der Verbraucherseite finden sich Heizkörper- und Fußbodenheizkreise, die Warmwasserbereitung oder weitere Wärmeabnehmer.
Jeder dieser Anlagenbausteine stellt unterschiedliche Anforderungen an Temperatur, Volumenstrom und Regelung. Ein Festbrennstoffkessel benötigt beispielsweise andere Betriebsbedingungen als eine Wärmepumpe. Ebenso unterscheiden sich ein Hochtemperatur-Heizkörperkreis und eine Niedertemperatur-Fußbodenheizung erheblich hinsichtlich ihrer erforderlichen Vorlauftemperaturen.
Die Aufgabe besteht deshalb nicht darin, alle Komponenten auf ein gemeinsames Temperaturniveau zu zwingen. Vielmehr soll jeder Anlagenbaustein möglichst in dem für ihn günstigen Temperaturbereich arbeiten können. Die obere, mittlere und untere Schiene stellen hierfür unterschiedliche Temperaturniveaus zur Verfügung.
Ein besonderer Vorteil dieses Bausteinprinzips liegt in der späteren Erweiterbarkeit. Ein noch funktionsfähiger Wärmeerzeuger kann zunächst weiter genutzt werden. Soll später beispielsweise eine Wärmepumpe ergänzt werden, muss die bestehende Anlage nicht vollständig neu aufgebaut werden. Ein weiterer Anlagenbaustein wird mit seiner Pumpengruppe an die dafür vorgesehenen hydraulischen Schienen angeschlossen.
Auch zwischen den Verbrauchern können sich sinnvolle Temperaturkaskaden ergeben. Was für einen Hochtemperatur-Heizkreis bereits Rücklauf ist, kann für einen Niedertemperatur-Heizkreis noch als nutzbares Temperaturniveau zur Verfügung stehen. Wärme wird damit nicht nur nach Erzeugern und Verbrauchern betrachtet, sondern auch danach, auf welchem Temperaturniveau sie noch sinnvoll genutzt werden kann.
Die folgenden Kapitel beschreiben deshalb die wichtigsten Wärmeerzeuger und Verbraucher zunächst einzeln als Anlagenbausteine. Gezeigt werden ihre jeweilige Aufgabe, die erforderlichen Temperaturniveaus, die hydraulische Einbindung sowie die benötigten Pumpen-, Mischer- und Regelungsfunktionen.
Erst anschließend werden diese Bausteine in den Anlagenbeispielen zu vollständigen Heizungsanlagen zusammengesetzt.
Das Grundprinzip lautet: Nicht für jede Anlagenkombination eine neue Hydraulik entwickeln – sondern standardisierte Anlagenbausteine über gemeinsame hydraulische Schnittstellen miteinander verbinden.
Ladebereiche zuordnen
Ladebereiche des Pufferspeichers zuordnen
In den vorhergehenden Kapiteln wurde gezeigt, wie unterschiedliche Wärmeerzeuger und Verbraucher hydraulisch an den Pufferspeicher angebunden werden können. Die Praxisbeispiele zeigen daraus aufgebaute vollständige Anlagen.
Damit ist jedoch zunächst nur festgelegt, wo das Heizungswasser in den Pufferspeicher eintritt und wo es wieder entnommen wird.
Für den tatsächlichen Betrieb der Anlage ist eine weitere Frage mindestens ebenso wichtig:
Wann soll ein Wärmeerzeuger eingeschaltet werden – und bis wohin soll er den Pufferspeicher laden?
Genau an dieser Stelle erfolgt der Übergang von der Hydraulik zur Regelung.
Die Hydraulik schafft die Voraussetzungen dafür, dass unterschiedliche Temperaturbereiche des Speichers genutzt werden können. Die Regelung entscheidet anschließend, welche dieser Bereiche von welchem Wärmeerzeuger geladen werden sollen.
