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--- technik:zentralheizung_optimieren [2022/11/17 22:06] – wfeist
+++ technik:zentralheizung_optimieren [2022/11/17 22:08] (aktuell) – Diagramm Heizkurve ergänzt und beschrieben wfeist
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   - **Kategorie: "Die bequeme, komfortable und kostengünstige Zentralheizung"**\\ Zentralheizungen sind in Europa noch gar nicht so lange mehr oder weniger 'Standard' geworden für den thermischen Komfort in Gebäuden. Im Westen Deutschlands fand die große "Umrüstungswelle" zur Warmwasser-Zentralheizung überwiegend in den 60er bis 70er Jahren statt, in den Neuen Bundesländern oft sogar erst nach der Wiedervereinigung. Der Antrieb für diese Umstellung war vor allem der Wunsch nach erheblich verbessertem Komfort, sowohl bzgl. der thermischen Behaglichkeit als auch bzgl. des täglichen Aufwandes, den die Nutzer mit den zuvor benutzten Systemen hatten: Ganz überwiegend waren das noch Einzelöfen, einige Räume hatten sogar gar keinen Ofen und der Brennstoff für die Öfen (meist Kohle) musste zunächst z.B. aus dem Keller in die Wohnung getragen werden ("Kohlen schleppen"). Eine gewisse Zeit gab es als konkurrierende Systeme den [[https://de.wikipedia.org/wiki/Kachelofen#Warmluft-Zentralheizung|Ganzhaus-Warmluft-Kachelofen]], die mit Ölpumpen betriebenen zentral versorgten Öl-Einzelöfen sowie in Außenwanddurchbrüchen installierte einzelne Gas-Wärmeerzeuger. Keines der alternativen Systeme kommt an den Komfort und die Bequemlichkeit der Zentralheizung heran. Auf längere Sicht ist auch der Wartungs- und Erneuerungsaufwand dieser anderen Systeme meist höher. Die Betriebskosten in Form von jährlich einzukaufendem Heizöl oder über die Leitung geliefertem Erdgas waren auch anfangs nicht sonderlich hoch, weil diese fossilen Energieträger zunächst extrem billig waren((Bei Heizölpreisen unter 10 Cent je Liter ist das nicht verwunderlich)). Aus genau diesem Grund spielte auch zunächst die Effizienz sowohl bei den Wärmeerzeugern, als auch bei Verteilung und Regelung der Heizung keine bedeutende Rolle: Anfangs gab es oft noch nicht einmal Thermostatventile - die Heizung 'lief' einfach durch und die Temperaturen wurden durch das Öffnen von Fenstern geregelt, wenn es zu warm wurde. Eine Folge war, dass die zentralen (meist Öl-)Brenner recht hohe Leistungen hatten und auch der Heizölvorrat z.B. 5000 Liter (auch 7000 oder sogar 10000 kamen vor) für ein Einfamilienhaus hoch war((Im nachhinein gesehen war das keinesfalls wirklich 'kostengünstig', auch der Platz für so einen Tank musste ja finanziert werden. Im Wirtschaftswunder-Geschehen dieses Zeitraums war das aber kein Thema.)). Schon frühe Analysen in Deutschland haben erkannt, dass ein ganz bedeutender Teil des Wachstums des Energieverbrauchs in den 60er Jahren vor allem mit der großzügigen Beheizung zusammenhing, welche die Zentralheizung  erst ermöglichte((Mit einem Mal konnten ALLE Räume und diese sogar automatisch über die gesamte Zeit auf Komforttemperaturen gehalten werden, während mit den händisch zu beschickenden Einzelöfen nur nach Bedarf in den benötigten Räumen geheizt worden war. Dazu kamen auch noch die bereits diskutierten weiteren Verluste durch schlechte Kesselwirkungsgrade und Regelung der Temperaturen durch "Fensteröffnen".)). Die Sicht darauf änderte sich radikal mit den Ölpreiskrisen 1973 und 1979. Weil die Energiepreise nach den Krisen durchaus immer wieder zurückgingen((freilich nie auf das Niveau vor 1973)) waren viele der Reaktionen aber nur 'kurzfristiger' Natur und wurden dann auch wieder 'vergessen'. Daher sind die in diesem Bereich möglichen substantiellen Verbesserungen keinesfalls überall bereits 'selbstverständlich' installiert und sachgerecht genutzt; auch wenn dies in vielen Bereichen der Gesetzeslage oder der einschlägigen Normung entspricht.\\ Nach wie vor wird das komfortable Beheizen aller Räume (z.B. eines Büros oder einer Wohnung) als der 'normale Zustand' angesehen und zeitweise oder eingeschränkte Heizung als der durch Krisen erzwungene Ausnahmezustand. Ein Teil des "Nichtvorhanden-Seins" von heute gut verfügbarer Regeltechnik ist damit darauf zurückzuführen, dass dieses gar nicht als notwendig wahrgenommen wird((Eine gewisse "Kompensation" für diese energieverbrauchsteigernden Umstände können technische Verbesserungen an den Heizsystemen und an den Gebäuden erbringen. Hier gab es gerade in den vergangenen Jahrzehnten beträchtliche Fortschritte, Thermostatventile, Brennwerttechnik, bessere Leitungsdämmung sind hier ebenso zu nennen wie der verbesserte Wärmeschutz der Gebäude z.B. durch die inzwischen ganz erheblich besseren Fenster. Trotz bedeutender Steigerung der Wohnfläche und gehobener Komfortansprüche lag der Heizenergieverbrauch im Jahr 2020 daher sogar unterhalb des Wertes von 1990. Zwischen 2000 und 2010 reduzierte er sich sogar bedeutend um dann bis 2020 sogar wieder leicht zuzunehmen - wir analysieren diese Zusammenhänge hier: [[:energieeffizienz_jetzt:brach_liegende_potentiale|Erfolge der Effizienzentwicklung und weitere Entwicklung]].)).\\ \\ {{ :technik:heizgerade_bestand.png?400|}}
-  - **Kategorie: "Die Außentemperatur-geführte //Regelung// der Heizung"**\\ Dies war und ist die überwiegend eingeführte Technik selbst bei den meisten modernen Zentralheizungen. Das ist streng genommen gar keine Regelung((Bei einer Regelung wird Größe (hier Raumtemperatur) durch eine Rückkopplung des tatsachliche gemessenen Wertes un den Vergleich zu einem gewünschten Sollwert gehalten)), sondern eine Steuerung((die betreffende Größe wird nur über andere Parameter ohne Regelschleife bestimmt)): Es wird die Vorlauftemperatur des Wärmeverteilsystems nach der gemessenen Außen(luft)-Temperatur eingestellt. Dieser Ansatz entspringt der naheliegenden Vorstellung, dass eine Heizung vor allem bei kälteren Außentemperaturen höhere Heizleistungen bringen muss. Messungen des tatsächlichen Wärmeverbrauchs in Zeitreihen zeigen aber ganz offensichtlich, dass diese Vorstellung((viel zu)) stark vereinfacht ist. Leicht verständlich ist, dass die Heizleistung z.B. an einem sonnenreichen Wintertag erheblich unter der eines trüben Tages bei gleichen Außentemperaturen liegt; andere innere Wärmequellen als die Heizung spielen eine Rolle und nicht zuletzt auch die Frage, wie das Wetter am Vortag (und selbst noch ein Tag davor) war. Die genannten Effekte sind viel einflussreicher, als das i.a. erkannt wird - und, sie nehmen mit besser werdenden Gebäuden sogar zu: Bei der Nutzung der 'passiv solaren Wärme' ist das wieder offensichtlich: In besser wärmegedämmten Neubauten mit zudem größeren Fenstern kann ein strahlungsreicher((auch sehr kalter)) Wintertag durchaus auch einmal ohne jede zusätzliche Heizwärme auskommen; arbeitet die zentrale Anlage "nur" mit einer solchen Vorlauftemperatursteuerung, so wird die dann vorhandene Temperatur des Heizwassers zu hoch sein.\\ Die rechts stehende Grafik zeigt die in einem typischen Bestands-Gebäude auftretenden tagesmittleren Heizleistung aufgetragen über den tagesmittleren Außentemperaturen. Mit dargestellt ist die vermutetet Abhängigkeit allein von der Außentemperatur((einmal 'vereinfacht' als Gerade, dann auch noch als sog. 'Heizkurve')). Es ist klar zu sehen, dass sehr viele Leistungen deutlich unter den Werten dieser Kurve liegen: Das ist auf die schon beschriebenen Effekte((also z.B. eine hohe Solareinstrahlung, auch noch eine solche am Vortag)) zurückzuführen. Das Diagramm mach auuch vesrtändlich, warum die "Einregulierung" einer solchen Außentemperatur-geführten Steuerung so mühsam ist: Es braucht mehrere Tage um die richtig Kurve zu finden - nur werden aber viele der verwendeten Tage gar nicht auf der Kurve liegen, sondern u.U. weit von hier abfallen - das erklärt die beschriebenen Frustrationen.\\ Es gibt viele Ansätze technisch verbesserter Heizungsregelungen auf die wir nicht alle erschöpfend eingehen können: Ein Ansatz ist die zusätzliche Berücksichtigung eines "Solarabschlags", dies kommt der Realität viel näher, es leidet aber noch mehr unter dem Problem einer nicht ganz einfachen Einregulierung von nun noch mehr Parametern((Diese müssen spezifisch für das Gebäude erfolgen, eine "Werksvoreinstellung" hilft da nicht viel, weil sich ein vollständig südverglastes neues Einfamilienhaus eben extrem von einer Altbauwohnung mit kleinen Fenstern unterscheidet)). Wirklich gute Ansätze sind tatsächliche Regelkreise, die z.B. die Vorlauftemperaturen nach((evtl. einer Zahl von)) Gebäude-Kerntemperaturen((z.B. in den Geschossdecken gemessen)) regeln. Ein zweiter Ansatz mit einem ähnlichen Ergebnis ist die Messung der tatsächlichen Wärmenachfrage aus dem Gebäude((nach dem Messprinzip von Wärmezählern)) und das Nachfahren der Wärmeerzeugung gemäß der zeitlichen Entwicklung dieser Nachfrage((das ist sozusagen eine "Ganzgebäude-Thermostat")). Insbesondere selbst-lernende Systeme dieser Art haben sich gut bewährt - gerade für den Einsatz von Wärmepumpen halten wir solche Regelungen für künftig angemessen; im [[https://passiv.de/de/06_fortbildung/01_akkp/01_akkp.htm|Arbeitskreis 59 "kostengünstige Passivhäuser"]] gehen wir näher auf solche Lösungen ein.\\ \\
+  - **Kategorie: "Die Außentemperatur-geführte //Regelung// der Heizung"**\\ Dies war und ist die überwiegend eingeführte Technik selbst bei den meisten modernen Zentralheizungen. Das ist streng genommen gar keine Regelung((Bei einer Regelung wird Größe (hier Raumtemperatur) durch eine Rückkopplung des tatsachliche gemessenen Wertes un den Vergleich zu einem gewünschten Sollwert gehalten)), sondern eine Steuerung((die betreffende Größe wird nur über andere Parameter ohne Regelschleife bestimmt)): Es wird die Vorlauftemperatur des Wärmeverteilsystems nach der gemessenen Außen(luft)-Temperatur eingestellt. Dieser Ansatz entspringt der naheliegenden Vorstellung, dass eine Heizung vor allem bei kälteren Außentemperaturen höhere Heizleistungen bringen muss. Messungen des tatsächlichen Wärmeverbrauchs in Zeitreihen zeigen aber ganz offensichtlich, dass diese Vorstellung((viel zu)) stark vereinfacht ist. Leicht verständlich ist, dass die Heizleistung z.B. an einem sonnenreichen Wintertag erheblich unter der eines trüben Tages bei gleichen Außentemperaturen liegt; andere innere Wärmequellen als die Heizung spielen eine Rolle und nicht zuletzt auch die Frage, wie das Wetter am Vortag (und selbst noch ein Tag davor) war. Die genannten Effekte sind viel einflussreicher, als das i.a. erkannt wird - und, sie nehmen mit besser werdenden Gebäuden sogar zu: Bei der Nutzung der 'passiv solaren Wärme' ist das wieder offensichtlich: In besser wärmegedämmten Neubauten mit zudem größeren Fenstern kann ein strahlungsreicher((auch sehr kalter)) Wintertag durchaus auch einmal ohne jede zusätzliche Heizwärme auskommen; arbeitet die zentrale Anlage "nur" mit einer solchen Vorlauftemperatursteuerung, so wird die dann vorhandene Temperatur des Heizwassers zu hoch sein.\\ Die rechts stehende Grafik zeigt die in einem typischen Bestands-Gebäude auftretenden tagesmittleren Heizleistung aufgetragen über den tagesmittleren Außentemperaturen. Mit dargestellt ist die vermutetet Abhängigkeit allein von der Außentemperatur((einmal 'vereinfacht' als Gerade, dann auch noch als sog. 'Heizkurve')). Es ist klar zu sehen, dass sehr viele Leistungen deutlich unter den Werten dieser Kurve liegen: Das ist auf die schon beschriebenen Effekte((also z.B. eine hohe Solareinstrahlung, auch noch eine solche am Vortag)) zurückzuführen. Das Diagramm mach auch verständlich, warum die "Einregulierung" einer solchen Außentemperatur-geführten Steuerung so mühsam ist: Es braucht mehrere Tage um die richtig Kurve zu finden - nur werden aber viele der verwendeten Tage gar nicht auf der Kurve liegen, sondern u.U. weit von hier abfallen - das erklärt die beschriebenen Frustrationen.\\ Es gibt viele Ansätze technisch verbesserter Heizungsregelungen auf die wir nicht alle erschöpfend eingehen können: Ein Ansatz ist die zusätzliche Berücksichtigung eines "Solarabschlags", dies kommt der Realität viel näher, es leidet aber noch mehr unter dem Problem einer nicht ganz einfachen Einregulierung von nun noch mehr Parametern((Diese müssen spezifisch für das Gebäude erfolgen, eine "Werksvoreinstellung" hilft da nicht viel, weil sich ein vollständig südverglastes neues Einfamilienhaus eben extrem von einer Altbauwohnung mit kleinen Fenstern unterscheidet)). Wirklich gute Ansätze sind tatsächliche Regelkreise, die z.B. die Vorlauftemperaturen nach((evtl. einer Zahl von)) Gebäude-Kerntemperaturen((z.B. in den Geschossdecken gemessen)) regeln. Ein zweiter Ansatz mit einem ähnlichen Ergebnis ist die Messung der tatsächlichen Wärmenachfrage aus dem Gebäude((nach dem Messprinzip von Wärmezählern)) und das Nachfahren der Wärmeerzeugung gemäß der zeitlichen Entwicklung dieser Nachfrage((das ist sozusagen eine "Ganzgebäude-Thermostat")). Insbesondere selbst-lernende Systeme dieser Art haben sich gut bewährt - gerade für den Einsatz von Wärmepumpen halten wir solche Regelungen für künftig angemessen; im [[https://passiv.de/de/06_fortbildung/01_akkp/01_akkp.htm|Arbeitskreis 59 "kostengünstige Passivhäuser"]] gehen wir näher auf solche Lösungen ein.\\ \\
   - **Kategorie: "Einzelraum-Thermostate"**\\ Auch wenn immer wieder Spekulationen darüber auftauchen: Die Einführung der Thermostatventile((schon nach der ersten Ölpreiskrise forciert und schließlich in den Heizungsanlagenverordnungen verbindlich gemacht)) hat ganz beträchtlich zur Reduktion der Wärmeverluste in Büros und Wohnungen beigetragen, weil es sich hier um eine tatsächliche Regelung((nach dem Sollwert der Raumtemperatur)) handelt, weil die Ventile individuell an u.U. unterschiedliche Bedürfnisse der Nutzer anpassbar sind und natürlich vor allem, weil so bei einigermaßen vernünftiger Bedienung eine Überheizung des Raumes vermieden und dadurch der Wärmeverlust((z.B. auch durch erforderliches Öffnen von Fenstern)) reduziert werden kann. Durch das Vorhandensein solcher Thermostate an Heizkörpern in jedem Raum werden auch einige der Effekte aus den beiden zuvor genannten Abschnitten bedeutend abgemildert: Die Vorlauftemperatur mag zwar an einem strahlungsreichen Wintertag viel zu hoch eingestellt sein, der Heizkörper im Raum mit den Solargewinnen macht aber dann auf Grund des Thermostatventils 'zu' und auch die entsprechenden Einzelleitungen führen dann kein Heißwasser: Der Wärmeerzeuger läuft dadurch dann auch weniger, jedoch immer noch mit einer möglicherweise unnötig hohen Vorlauftemperatur, was z.B. für die künftig überwiegend verwendeten Wärmepumpen ungünstig ist. Es bleibt somit, auch trotz Thermostatventilen((die nach wie vor der wichtigste und unverzichtbarste Einzelschritt zur besseren Regelung der Heizung sind)) ein Verbesserungspotential.\\ Auch bei den Thermostatventilen sind durchaus weitere Verbesserungen möglich: Das Regelverhalten kann durch richtige Einstellung der Hydraulik verbessert werden((sog. thermostatische Feinregulierventile, wie sie vor allem bei mit Fernwärme versorgten Gebäuden gern eingesetzt werden)). Der Messfühler für den Istwert kann besser an die Bedürfnisse (z.B. den Aufenthaltsort und eine Messung der operativen Temperatur) der Nutzer abgepasst werden. Vorprogrammierbare Zeitprogramme sind bei guten Thermostatköpfen schon lange möglich. Nun ist es durch kostengünstige drahtlose Übertragungstechnik auch mögliche, solche Regelungen und Einstellungen dazu bequem über ein Nutzernahes Programm vorzunehmen - das kann dann z.B. sogar auf den persönlichen Smartphones der Nutzer installiert sein. Zu bemerken bleibt dabei vor allem, dass z.B. die Zeitprogramme keine Einsparung bringen, wenn sie gar nicht zur zeitweisen Absenken eingesetzt werden. Wenn das hingegen 'intelligent' gemacht wird, z.B. idem der betreffende Raum beim Verlassen 'abgeschaltet' wird und rechtzeitig vor Ankunft (ca. 1 h) vorgeheizt wird, kann das durchaus ein paar Prozent Kosten einsparen. Die "Intelligenz" liegt dabei, wie so oft, letztlich beim sachgerechten Einsatz durch den Nutzer - die Technik ist dabei wie oft nur ein mehr oder weniger praktisches Werkzeug((denn, auch die schlaueste Technik kann nicht 'ahnen', dass ich heute wegen eines ausgefallenen Termins 3 h früher zu Hause bin.)).       \\ \\
   - **Kategorie: "Gebäude mit niedrigeren Wärmeverlusten"**\\ Je besser die Außenhüllen unserer Gebäude vom Wärmeschutz her ausgelegt sind, umso gutmütiger reagieren sie auf Änderungen im Wettergeschehen. Die 'thermische Trägheit' ist direkt proportional zum Produkt aus Dämmwirkung und Gebäudewärmekapazität. Die so resultierende Zeitkonstante, ein Maß für die zeitverzögerten Auswirkungen, kann bei richtig guten Gebäuden viel Tage betragen. Trotz möglicherweise Wetterbedingter Temperaturstürze ändert sich dann der Heizleistungsbedarf nur langsam - und die Regelung auf der Seite des Wärmeerzeugers wird **einfacher**((Es ist eine lustige Episode der Geschichte der Technik, dass dies zunächst ganz anders 'eingeschätzt' wurde, auch von dem einen oder anderen Fachmann. Die Irrtümer, die dabei eine Rolle spielten, waren Annahmen zu völlig unangemessenen Betriebsweisen veralteter Steuerungsstrategien - und eine Fehlinterpretation des Einflusses der Nutzer.)). Selbstverständlich ist eine reine Außentemperatur-Steuerung bei Gebäuden mit hohen Zeitkonstanten noch weniger sinnvoll (vgl. oben Punkt 2), hier empfehlen wir die Leistungsnachfrage-geführte Regelung oder die Regelung nach Kerntemperatur(en), selbstverständlich unter Beibehaltung der Raumthermostate((Das sind letztlich die gleichen Empfehlungen wie auch in immer noch vorhandenen Gebäuden mit schlechterem Wärmeschutz)). Ganz besonders wichtig wird hier, dass die Systeme im Sommer auch wirklich abschalten((da gibt es in effizienten Gebäuden definitiv keinen Heizwärmebedarf)). Viel Zeit dafür aufzuwenden, in einem Gebäude mit sehr gutem Wärmschutz eine außentemperaturgeführte Vorlauftemperatur-Steuerung 'präzise' einzustellen lohnt sich schon deshalb weniger, weil es wegen der unter Punkt 2 genannten Effekte gar keine allgemeingültige solche Einstellung gibt.\\ \\