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Die Heizungsregelung im Überblick
Die heutigen Heizungsanlagen dienen nicht nur dazu, in den Räumen eine angenehme Temperatur zu gewährleisten. Ihre 2. Aufgabe besteht darin, das auch möglichst energieeffizient und damit kostensparend zu tun. Diese beiden Aufgaben lassen sich nicht ohne eine ausgefeilte Steuer- und Regelungstechnik realisieren.
Heizungssteuerung vs. Heizungsregelung
Im Alltag werden die Begriffe Steuerung und Regelung oft als Synonyme verwendet. Das trifft auch auf die Heizungstechnik zu. Dennoch gibt es einen Unterschied, den du kennen solltest. Im Bereich Heizung ist die einzustellende physikalische Größe die Temperatur.
Von einer Heizungssteuerung sprechen wir, wenn wir an einem Stellglied (zum Beispiel einem Ventil) eine Einstellung vornehmen und davon ausgehen, dass sich das gewünschte Ergebnis (die Erreichung eines bestimmten Temperaturwertes) realisiert. Ob der Temperaturwert tatsächlich erreicht wird, wird nicht geprüft. Ein Beispiel wäre ein früher üblicher Heizkörper, der nur über einen Drehgriff an seinem Ventil verfügte. War es dem Nutzer zu kalt, hat er mit dem Drehgriff das Ventil weiter geöffnet, durch den Heizkörper strömte mehr heißes Wasser und es wurde vermehr Wärme an den Raum abgegeben. Welcher konkrete Temperaturwert sich dabei eingestellt hat, wurde nicht kontrolliert.
Wirkungsweise der Heizungsregelung
Was macht nun eine Heizungsregelung anders als eine Heizungssteuerung? Zunächst sieht das Prinzip sehr ähnlich aus: Wir haben eine Stellgröße, also die Temperatur, die einen gewünschten Wert einnehmen soll. Das ist der Sollwert, der in einen Heizungsregler eingespeist wird. Der Regler generiert ein Signal, das dem Stellglied einen Befehl erteilt, der die Erreichung des Sollwertes bewirken soll.
Soweit funktioniert das System wie eine Heizungssteuerung. Der Unterschied liegt darin, dass ein Sensor die einzustellende Temperatur überwacht und dem Heizungsregler laufend den gemessenen Wert übermittelt. Diesen Teil des Schemas nennt man eine Rückkopplung und das komplette Schema ist ein Regelkreis. Durch die Rückkopplung erkennt der Regler, ob der Sollwert bereits erreicht wurde oder nicht. Dadurch kann er das Stellglied so ansteuern, dass der Sollwert erreicht und im Anschluss auch gehalten wird. Sollten im Lauf des Anlagenbetriebes Abweichungen vom Sollwert auftreten, regelt der Heizungsregler nach und stellt den Sollwert erneut ein.
Beispiel für einen Heizungsregler
Ein Beispiel für einen einfachen Regler ist ein Heizungsthermostat. Diese Thermostate sitzen heute anstelle von den alten Drehgriffen auf den Heizkörperventilen. Mithilfe der Skala auf dem Thermostatgriff kannst du grob einen Temperaturbereich einstellen. Der Thermostat hält die Raumtemperatur in diesem Bereich, indem er die Temperatur kontrolliert und bei Bedarf das Ventil weiter öffnet oder schließt. Damit wird die Menge des den Heizkörper durchströmenden Wassers und in der Folge die in den Raum abgegebene Wärme reguliert.
Dass dieses unscheinbare Heizkörperzubehör tatsächlich regelt, merkst du, wenn du bei laufender Heizung das Fenster öffnest, ohne den Heizkörperthermostat auf 0 zu drehen. Der Heizkörper wird heiß, weil der Thermostat die hereinströmende kalte Luft registriert und versucht, die plötzliche Temperaturdifferenz auszugleichen.
1. Regelungsebene: Der Raum
Die Heizungsregelung erfolgt in 2 Ebenen, die sich gegenseitig beeinflussen. Mithilfe der Heizkörperthermostate kann jeder Nutzer für jeden Raum die Temperatur einstellen, die er möchte. Die Thermostate können per Hand oder auch fernbedienbar sein und von einem elektronischen Raumregler angesteuert werden. Das geschieht heutzutage meist per Funk. Über die Bedienoberfläche des Raumreglers stellst du die gewünschte Temperatur ein. Der Regler misst den Temperaturwert und gibt entsprechende Stellbefehle an die Thermostate beziehungsweise Motorventile an den Heizkörpern.
Diese Regler gibt es auch in mehrkanaligen Ausführungen, mit denen du mehrere Räume unabhängig voneinander regeln kannst. Voraussetzung ist, dass sich in jedem Raum ein Temperatursensor befindet, von dem der Regler den aktuellen Wert der Raumtemperatur bekommt. Solche modernen Raumregler verfügen über weitere Funktionen, wie zum Beispiel die Nachtabsenkung. Du kannst einstellen, zu welchem Zeitpunkt in der Nacht die Heizkörper heruntergeregelt und wann am Morgen wieder die normale Raumtemperatur eingestellt werden soll. So spart die Anlage für die Nacht automatisch Heizenergie und damit Kosten.
2. Regelungsebene: Der Kessel
Bei der Kesselregelung wird das Heizungswasser im Kessel auf eine Temperatur erwärmt, mit der es in den Heizkreislauf eintritt. Das ist die sogenannte Vorlauftemperatur. Bei modernen Heizungsanlagen liegt sie zwischen 40 und 60 Grad Celsius. Das erhitzte Wasser strömt vom Kessel über die Rohre nacheinander durch jeden Heizkörper und gibt dabei Wärme ab. Das heißt, je weiter das Wasser im Heizkreislauf vorwärtskommt, desto kühler wird es. Zum Schluss strömt es mit einer bestimmten Temperatur wieder zum Kessel, um erneut erwärmt zu werden. Hier spricht man von der Rücklauftemperatur. Die Vorlauftemperatur muss so hoch sein, dass auch beim letzten Heizkörper auf dem Weg genug Wärmeenergie im Wasser vorhanden ist, um den Raum auf den gewünschten Wert zu erwärmen.
An kalten Tagen muss die Vorlauftemperatur höher sein, um alle angeschlossenen Räume ausreichend zu erwärmen. Um auf die Umgebungstemperatur reagieren zu können, benötigt die Kesselregelung einen entsprechenden Temperaturwert. Das kann die Außentemperatur außerhalb des Hauses sein (außentemperaturgeführte Regelung). Es kann auch die Temperatur in einem Raum sein (innentemperaturgeführte Regelung) oder die Differenz aus Vor- und Rücklauftemperatur.
Die 3 Arten der Kesselregelung
Bei der außentemperaturgeführten Regelung ist im Regler eine sogenannte Heizkurve gespeichert. Damit ist festgelegt, bei welcher Außentemperatur der Kessel welche Vorlauftemperatur erzeugen muss. Das Problem bei dieser Art der Regelung ist, dass für einen optimalen und energiesparenden Betrieb die Heizkurve für jedes Gebäude individuell ermittelt werden muss. Ansonsten arbeitet die Anlage eben nicht optimal oder verbraucht mehr Energie als nötig.
Die innentemperaturgeführte Regelung nutzt den Temperaturwert von einem der Räume des Hauses. Üblicherweise ist das der größte Raum, der daher am längsten braucht, um die optimale Raumtemperatur zu erreichen. Damit soll gewährleistet werden, dass sich auch kleinere Räume mit kleinen Heizkörpern ausreichend erwärmen. Letztlich stellt das einen Kompromiss dar, der nicht immer zufriedenstellend funktioniert.
Bei der Nutzung des Differenzwertes aus Vor- und Rücklauf handelt es sich wie bei der außentemperaturgeführten Regelung ebenfalls wieder um ein indirektes Mess- und Regelprinzip. Man geht davon aus, dass eine zu niedrige Rücklauftemperatur ein Indiz dafür ist, dass die Vorlauftemperatur nicht ausreicht, um alle Heizkörper ausreichend zu erwärmen. Das ist ein neueres Regelprinzip, das Heizenergie einsparen kann. Damit es funktioniert, muss ein Fachmann allerdings einen akribischen hydraulischer Abgleich des Heizkreises vornehmen.
3 Funktionsweisen von Reglern
Der Zweipunktregler kennt nur die Zustände an und aus. Das heißt, die Heizung ist so lange an, bis der gewünschte Temperaturwert erreicht ist. Dann wird abgeschaltet. Sinkt die Temperatur, wird wieder zugeschaltet. Der Dreipunktregler hat bei unserem Beispiel zusätzlich die Möglichkeit, zu kühlen. Die Heizung ist angeschaltet, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist, dann wird sie abgeschaltet. Steigt die Temperatur dennoch weiter, wird eine Kühlung zugeschaltet, bis sich der gewünschte Temperaturwert einstellt.
Bei beiden Reglerarten wird der eigentliche Sollwert nie exakt erreicht. Der Istwert pendelt immer um den Sollwert herum. Das heißt auch, dass immer mehr Energie verbraucht wird, als bei genauerer Regelung zum Erreichen und Konstanthalten des Sollwertes nötig wäre. Das schaffen erst stetige Regler, die den Istwert in einer Kurve dem Sollwert immer mehr annähern. Zum Beispiel kontrollieren sie beim Hochheizen ständig den erreichten Istwert. Je näher dieser dem Sollwert kommt, desto mehr drosseln die Regler den Wärmezufluss kontinuierlich, bis dieser gerade so ausreicht, um den Istwert konstant auf dem Sollwert zu halten. Somit wird gerade nur so viel Energie verbraucht, wie für den Regelvorgang nötig ist.
Heizungsregler einstellen
Als Nutzer solltest du in die Einstellungen von Heizungsreglern nur so weit eingreifen, wie es um die Temperatur in den einzelnen Räumen geht. Es ist sicher kein Problem, auf dem Display eines Raumreglers die Raumtemperatur nach Bedarf zu erhöhen oder zu senken. Bei Smart-Home-Heizkörperthermostaten ist das sogar aus der Ferne mit dem Handy möglich. Die Kesselregelung solltest du aber einem Heizungsprofi überlassen. Sie haben jene Einstellungen auf deine eigene Anlage abgestimmt. Jeglicher Eingriff deinerseits birgt die Gefahr, dass deine Heizung dann nicht mehr das macht, was sie soll.
