Regelung von Multivalenz-Anlagen

Der Ausbau von erneuerbaren Energien ist ein erklärtes europäisches Klimaziel – und die Einbindung solcher regenerativer Energiequellen bei der Gebäudeplanung deshalb vorgeschrieben. Das gilt auch bei vielen bestehenden Gebäuden. Aber gerade wenn vorhandene Heizkessel oder auch Fernwärme nachträglich etwa mit einer Solaranlage oder einer Wärmepumpe ergänzt werden sollen, muss das Zusammenspiel stimmen. Was ist beim Anlagenkonzept und beim Wärmequellenmanagement zu beachten, wie lässt sich eine gemeinsame, komfortable Regelung in der Nachrüstung realisieren und welche Maßnahmen erhöhen die Effizienz zusätzlich?

„Eigentümer von Gebäuden, für die ab dem 01.01.2009 der Bauantrag, die Bauanzeige oder Kenntnisgabe bzw. bei verfahrensfreien Vorhaben der Baubeginn erfolgt, sind verpflichtet, den Wärme- und Kälteenergiebedarf ihres Gebäudes durch eine anteilige Nutzung von erneuerbaren Energien zu decken. (…)“ So formuliert es das EEWärmeG (Erneuerbare Energien-Wärmegesetz). Wer ein Gebäude neu plant, muss also erneuerbare Energien einbinden. Aber auch für den Bestand gibt es Vorschriften, die das verlangen. Verbraucher und Gebäudeeigentümer haben daher gezwungenermaßen ein großes Interesse an einer fundierten Beratung, einer sinnvollen Einbindung regenerativer Energien und schließlich einer effizienten Funktion der multivalenten Anlage.

Grundsatz für das Wärmequellenmanagement

Den kompletten Wärmebedarf kann eine erneuerbare Energie gerade in bestehenden Gebäuden schwer alleine abdecken. Deshalb gilt es, regenerative Energien im Gebäudekonzept miteinander zu kombinieren bzw. sie unterstützend zu bestehenden Heizkesseln einzusetzen, um die Nutzung von fossilen Brennstoffen zu reduzieren. Die Faustregel für das Zusammenspiel dieser unterschiedlichen Wärmequellen: Regenerative Energien immer zuerst. Das bedeutet, das Wärmequellenmanagement muss so ausgelegt sein, dass fossile Wärmeerzeuger erst als letztes Mittel zugeschaltet werden. Nur auf diese Weise kann man das volle Potenzial der erneuerbaren Energien ausschöpfen, Energieeinsparungen maximieren und den CO2-Ausstoß minimieren. Um alle Wärmeerzeuger und Verbraucher entsprechend zu koordinieren, sollte die Gesamtanlage sinnvoll hydraulisch aufgebaut sein und effizient geregelt werden. Eine gemeinsame, für alle Anlagenbereiche zuständige zentrale Regelung ist hier entscheidend. Mehrere einzelne Regelgeräte für jede Wärmequelle und jeden Abnehmerkreis, die unabhängig voneinander – mitunter auch gegeneinander – arbeiten, bringen niemals die gewünschte Effizienz!

Zentrale Regelung für mehr Effizienz – auch bei der Nachrüstung erneuerbarer Energien

Bei der Neuplanung lässt sich die gemeinsame Regelung aller eingebundenen Wärmeerzeuger meist problemlos umsetzen. Denn ein entsprechendes Regelsystem ist im Normalfall die Grundlage für das gesamte Anlagenkonzept. Schwieriger wird es, wenn regenerative Energien in ein bestehendes Heizsystem integriert werden sollen. Gerade bei älteren Anlagen sind die Möglichkeiten für eine regelungstechnische Einbindung zusätzlicher Energiequellen häufig nicht gegeben oder mit einem hohen Planungsaufwand verbunden. Doch das ist kein unüberwindbares Problem: Speziell für diese Zwecke eignen sich externe Regler, die alle Arten von Wärmelieferanten herstellerunabhängig gemeinsam regeln und auf die Steuerung von Multivalenz-Anlagen ausgerichtet sind. Sie koordinieren den Betrieb aller angeschlossenen Systeme und sorgen auf diese Weise für eine energieeffiziente Einbindung von Alternativenergien wie Holz, Solar oder einer Wärmepumpe – mit Hilfe von spezialisierten Regelalgorithmen. So sind keine Programmierkenntnisse oder aufwendige Planungen notwendig, um das effiziente Zusammenspiel einzurichten.

Ob Öl-/Gas-Heizkessel, Feststoffheizungen, Solarsysteme, Wärmepumpen, Fernheizungen, lastabhängige Mehrkesselanlagen oder komplexe Multivalenz-Anlagen, damit ein externer Regler zur Steuerung des Zusammenspiels eingebaut werden kann, muss

• der Wärmeerzeuger ein- oder zweistufig angesteuert werden können
• ein modulierender Brenner vorhanden sein oder
• der Wärmeerzeuger über einen Eingang für den OpenTherm-Bus verfügen.

Da es einen Unterschied macht, ob der Brenner modulierend, ein- oder zweistufig arbeitet, muss der Regler parametriert werden. Dafür stehen beim SDC-Regler aus dem Honeywell Home Portfolio von Resideo im Menü entsprechende Einstellungen zur Verfügung: AUS bedeutet ohne Wärmeerzeuger. Mit „1“ werden einstufige, mit „2“ zweistufige Wärmeerzeuger eingebunden. Für die Steuerung von Doppelkesselanlagen wird die Einstellung „3“ (2 x zweistufig) ausgewählt. Einen modulierenden Brenner bindet man über die Einstellung „4“, eine Open Therm-Bus Schnittstelle über „5“ ein. So berücksichtigt der Honeywell Home Regler von Resideo die unterschiedlichen Betriebsarten bei der Koordination des Zusammenspiels unterschiedlicher Wärmeerzeuger.

Je nach Anzahl der angeschlossenen Systeme stehen die Regler mit 3, 9 oder 12 Ausgangsrelais zur Verfügung, über die die Heizkreise, Wärmeerzeuger und Speicher eingebunden und angesteuert werden. Das erlaut auch die bivalente oder multivalente Nutzung von erneuerbaren Energien mit einem Anlagenkonzept, dessen zentrales Element ein Pufferspeicher ist. Um die Anforderungen unterschiedlicher Anlagengrößen abzudecken – von der kleinen Einzelanlage bis hin zur komplexen Anlagenregelung – können je nach Bedarf zudem über einen 2-Draht-Bus für den Datenaustausch bis zu fünf Regelgeräte miteinander verbunden werden.

Einfache Inbetriebnahme und zusätzliche Funktionen durch externe Regler bei älteren Anlagen

Alle Systemeinstellungen können bei nachrüstbaren Reglern oft bequem über eine App vorgenommen werden. Für die benötigte Internetverbindung sorgt ein entsprechendes Gateway. Ein Einrichtungsassistent führt durch die einzelnen Inbetriebnahmeschritte und unterstützt bei den Konfigurationen. So können auch bei älteren Anlagen Zeitprogramme und Heizkurven eingestellt werden. Systemprüfungen, Funktionsanalysen, Betriebsartänderungen und Parametereinstellungen lassen sich ebenfalls bequem über das Smartphone oder Tablet vornehmen. Gesichert auf einem USB-Stick, stehen die eingestellten Daten bei einer Wartung wieder zur Verfügung. Ein weiterer Vorteil, wenn externe Regler mit App-Zugriff nachgerüstet werden: Sie ermöglichen, die bestehende Anlage aus der Ferne zu überwachen, so dass bei Störungen schnell reagiert werden kann – im Idealfall sogar ohne Anfahrt.

Energieeffizienz optimieren: Kessel- und Einzelraumregelung kombinieren

Durch solche externe Regler arbeiten die neue und alte Wärmequellen einer bestehenden Anlage genau aufeinander abgestimmt, so dass das Maximum aus den eingebundenen regenerativen Energien herausgeholt werden kann. Als Führungsgröße für die Wärmeerzeugung wird dabei meist die Außentemperatur genutzt. Für den tatsächlichen Wärmebedarf in den Räumen spielen aber weitere Aspekte eine Rolle:

• Wärmeeintrag durch andere Quellen wie etwa Sonneneinstrahlung, Personen oder Elektrogeräte
• Individuelle Raumtemperaturen zu unterschiedlichen Tageszeiten

Diese Dynamik in den Räumen zu berücksichtigen, ermöglicht weitere Effizienzsteigerungen und Energieeinsparungen. Eine Einzelraumregelung steuert die Heizkörper im Raum dank Zeit- und Temperaturprogrammierung genau nach Bedarf. Das ist bekannt und schon für sich genommen energiesparend. Noch effizienter wird das System aber, wenn Wärmeerzeuger- und Einzelraumregelung gekoppelt werden.

Start-Stopp-Automatik für die Heizung

Die Automobilindustrie macht es vor: Mit der bekannten Start-Stopp-Automatik wird der Motor im Stehen, etwa an der roten Ampel, abgeschaltet. Das hilft, Treibstoff zu sparen und den CO2-Ausstoß zu verringern. Dieses Prinzip lässt sich auf die Heizung übertragen, auch im Bestand. Bei Resideo ergänzt zum Beispiel die Smile-Room Connect Einzelraumregelung den SDC-Regler und stimmt Wärmeerzeuger und -verbraucher aufeinander ab – inklusive komfortabler App-Bedienung. Insgesamt besteht das System aus folgenden, leicht nachrüstbaren regelungstechnischen Komponenten:

• dem SDC-Regler nebst den notwendigen Temperaturfühlern
• den Smile-WLAN Gateways (Smile connect SCN-10 und ergänzend Room connect SRC-10, sofern im Endausbau eine Verbindung zur Einzelraumregelung hergestellt werden soll)
• der kostenlosen Smile-App sowie
• Funkreglern für Heizkörper und/oder die Fußbodenheizung.

Über die App verbindet der Installateur die Bestandteile und speichert die Grundeinstellungen für die individuellen Heizzeiten ein. Dabei gilt es den jeweiligen Tagesablauf der Bewohner zu beachten: Wann muss die Wohnung warm sein? Wann ist keiner zu Hause, so dass eine niedrigere Temperatur ausreicht? Anpassungen im alltäglichen Betrieb, wenn z.B. jemand früher nach Hause kommt, stellen die Bewohner selbst ganz einfach per App ein.

Durch die regelungstechnische Verbindung von Wärmerzeuger(n) und Räumen bleibt der Wärmeerzeuger – wie der Motor beim Auto an der roten Ampel – aus, wenn aus den Räumen kein Heizbedarf signalisiert wird. Auf diese Weise wird keine Wärme auf Verdacht vorgehalten, sondern nur dann produziert und geliefert, wenn sie tatsächlich gebraucht wird. Das optimiert den Energieverbrauch des Nutzers.

Fazit

Vom Wärmequellenmanagement bis zur Kopplung von Wärmeerzeuger und Einzelraumregelung: Eine vernetzte, durchgängige Regelung des Heizsystems ist kein Spielzeug, sondern ein effizientes Werkzeug zur Energieeinsparung und für die sinnvolle, auch nachträgliche Einbindung von regenerativen Energien. Als funkbasierte Lösungen sind die Systeme schnell und einfach installiert. Gleichzeitig bieten sie häufig Fernzugriffsmöglichkeiten, die im Störfall eine schnelle Reaktion und Fehlerdiagnose ermöglichen.

Wichtig zu wissen: Auch der beste Regler ist nur so gut wie die Anlagenhydraulik. Eine durchdachte, richtig dimensionierte Anlagenhydraulik nebst hydraulischer Einregulierung der ermittelten Wassermengen für Stränge und Heizflächen ist unabdingbare Grundlage für eine effiziente Anlagenfunktion!

Autor:

Jürgen Lutz ist Leiter des Seminar- und Schulungswesens bei Resideo. Er arbeitet im Standort Schönaich.

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