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Kaskadenregelung bei der Heizung: Was ist das und für wen lohnt es sich?
Immer öfter ist im Zusammenhang mit der persönlichen Energiewende von einer Kaskadenregelung für die Heizung die Rede. Für eine Kaskadenregelung sind mehrere Heizkessel oder Thermen erforderlich, die parallel geschaltet sind und je nach Bedarf einzeln hinzu- oder abgeschaltet werden können. Die Spareffekte hinsichtlich der Lebensdauer von Einzelkomponenten sowie des Brennstoffverbrauchs sind erheblich – doch die Anfangsinvestitionen sind es auch. Lohnt sich das für Privathaushalte?
Worum geht es bei der Kaskadenregelung?
Die Kaskade ist als Begriff den meisten Menschen nur vage vertraut. Der Kaskadeneffekt bezeichnet die Abhängigkeit von nacheinander (oder auch parallel) geschalteten Vorgängen. Stufen-Wasserfälle sind ein einfaches Beispiel für eine Kaskade.
In der Elektrotechnik wird die Kaskadenregelung in Form mehrerer Schaltkreise in vielen Prozessen eingesetzt, wobei eine vorherliegende Schaltung die jeweils nächste auslöst. Der Sinn und Zweck einer Kaskadenregelung liegt dabei in der Erhaltung gewünschter Mengen- oder Temperaturwerte innerhalb dynamischer Prozesse. Dieses Prinzip ist mittlerweile auch bei der Regeltechnik von Heizungen angekommen.
Wie funktioniert die Kaskadenregelung bei Heizungen?
Bei einer Heizung gibt es immer wieder unerwünschte Wärmeverluste, weil punktuell zu viel Wärme (oder auch Druck im System) im Regelungskreis entsteht. Diese Überschüsse müssen abgeführt werden. Wenn allerdings mehrere Heizkessel oder Thermen in Abhängigkeit zueinander über Folgeregler verschachtelt werden, können Temperaturspitzen über die gesamte Regelstrecke vermieden und die Effizienz beim Brennstoffverbrauch erhöht werden. Außerdem werden die einzelnen Heizkessel durch die bessere Lageregelung insgesamt weniger belastet, was die Lebensdauer der gesamten Heizungsanlage erhöht.
Das kannst du dir ein bisschen so vorstellen wie bei einem Auto, das über mehrere Motoren verfügt, die nur bei Bedarf ihre Leistung abgeben. Somit wird jeder einzelne Motor bei gleicher Gesamtleistung weniger stark belastet. Eine Kaskadenregelung der Heizung ist damit gut vergleichbar. Über die gesamte Regelstrecke hinweg schaltet der Kaskadenregler einzelne Geräte hinzu oder ab.
Typische Entscheidungsparameter für Kaskadenregler:
- Unterschied zwischen eingestelltem Sollwert und tatsächlicher Vorlauftemperatur
- Temperatur des Heizungswassers
- Geschwindigkeit des Heizungswassers
Merke: In einer Kaskadenregelung haben mehrere Heizkessel im Idealfall gemeinsam eine höhere Leistung als die Summe der einzelnen Geräte, wenn die Regelkreise optimal aufeinander abgestimmt sind.
Warum ist die Kaskadenregelung von Vorteil?
Die Leistung eines herkömmlichen Heizsystems richtet sich nach den Belastungen durch Temperaturunterschiede und dem Druck im Regelkreis. Läuft ein System heiß, muss es über die Regelungstechnik mittels Begrenzungsregelung abgekühlt werden. Das ist allerdings meist am Ausgang mit einem sinnlosen Abführen der überschüssigen Wärme in die Umwelt verbunden.
Diese Verschwendung kann durch eine Kaskadenregelung vermieden werden. Der Kaskadenregler erkennt, bezogen auf den jeweiligen Sollwert, einen Temperatur- und Drucküberschuss im Regelkreis. Dieser Hauptregler oder Führungsregler öffnet den Zugang zum benachbarten Kessel beziehungsweise zur Heiztherme über ein Stellventil, sobald ein vorher definierter Grenzwert erreicht ist. Die Überschüsse werden dann über Folgeregler auf andere Kapazitäten verwendet. Entstehen auch im nächsten Kessel Überschüsse zum Sollwert, wird wiederum ein weiterer Folgekessel hinzugeschaltet. Bis zu 4 Heizkessel sind in den meisten Kaskadenregelungen üblich.
Je intelligenter die Heizungssteuerung ist, desto effektiver kann die Kaskadenregelung zu Einsparungen führen. So ist beispielsweise im Sommer nur 1 Kessel aktiv, um das erforderliche Warmwasser zu bereiten, während in der Übergangszeit 2 oder 3 Kessel arbeiten, um im Winter bei Bedarf alle Kessel im Regelkreis auf volle Leistung zu bringen. Die Kaskadenregelung passt sich immer den jeweiligen Gegebenheiten mit einer individuellen Lageregelung an. Besonders bei großen Häusern (zum Beispiel Mehrfamilienhäusern) und gewerblich genutzten Objekten ist die Kaskadenregelung eine Möglichkeit, um Energiekosten zu sparen. Eigenheimbesitzer müssen hingegen genau nachrechnen, ob die Investitionen sich langfristig rechnen können. Geht es vor allem um die Warmwasserbereitung im Sommer, fährst du im Einfamilienhaus mit einer effizienten Wärmepumpe meist besser.
Tipp: Wusstest du, dass Kaskadenregelungen mit allen gängigen Brennstoffen möglich sind? Du kannst sogar unterschiedliche Brennstoffarten kombinieren (zum Beispiel Gas und Pellets). Wenn die Einzelschaltungen im Regelkreis modular angelegt sind, lassen sich einzelne Geräte auch während des Betriebs warten und reparieren, ohne dass die gesamte Heizung abgeschaltet werden muss.
Wie läuft der Einbau der Kaskadenregelung ab?
Die Kaskadenregelung lässt sich grundsätzlich auch bei vorhandenen Heizungsanlagen nachrüsten, sofern diese die erforderlichen Voraussetzungen für eine entsprechende Heizungssteuerung aufweisen. Da die einzelnen Kessel als Bestandteil der Kaskade bei den meisten Herstellern sehr kompakt gehalten sind, lassen sie sich sogar unter schwierigen Platzverhältnissen in Altbauten aufstellen. Letztlich wird der alte Kessel durch die Kaskadenreglung ersetzt.
Wann sich eine Kaskadenregelung lohnt, hängt von den Bedürfnissen ab
Die Kaskadenregelung einer Heizung lohnt sich vor allem für Haushalte, in denen die bisherige Anlage große Wärmeüberschüsse und Wärmeverluste produziert. Dies ist oft in Mehrfamilienhäusern der Fall, wo die Planung für die Aufbereitung von Warmwasser oder die Heizungssteuerung in der Übergangszeit nur schwer vorherzusehen ist. Für kleinere Privathaushalte oder Einfamilienhäuser lohnt sich die Anschaffung nur dann, wenn die längere Lebensdauer und die potenziellen Einsparungen beim Brennstoffverbrauch der Kaskade gegenüber der normalen Heizungsanlage die relativ hohen Anfangsinvestitionen wettmachen.
Eine exakte Aussage zu den Kosten zu treffen, ist aufgrund der teilweise sehr großen Preisunterschiede zwischen den Herstellern sowie der unterschiedlichen Systemanforderungen und Stellgrößen der Kaskadenregelung nicht möglich.
Wenn du glaubst, dass eine Kaskadenregelung für deine Heizung von Vorteil ist, dann solltest du alles gemeinsam mit dem Heizungsbauer deines Vertrauens durchrechnen. Letztlich gilt die Faustregel: Je größer ein Gebäude und je größer die Schwankungen beim Heizbedarf, desto eher profitierst du von einer Kaskadenregelung.
