Auslegung einer Zweirohr-Heizungsanlage mit begrenzter Restförderhöhe
Ein saniertes Mehrfamilienhaus mit 12 Wohnungen (Baujahr 1968, Fenster 2015 erneuert) erhält eine neue Gas-Brennwerttherme mit 48 kW. Die bestehende Zweirohr-Anlage mit Stahlradiatoren bleibt erhalten. Die berechnete Norm-Heizlast beträgt 42 kW bei -12 °C Auslegungstemperatur, Vorlauf/Rücklauf 75/55 °C. Der alte Kessel arbeitete mit 90/70 °C. Die Pumpenförderhöhe ist auf 6 m begrenzt, weil die Rohrnetz-Hauptleitung DN 32 nicht vergrößert werden kann. Der Bauherr klagt über kalte Räume im Obergeschoss, obwohl der Kessel auf 80 °C Vorlauf läuft. Zwei Wohnungen im DG erreichen bei -5 °C nur 19 °C Raumtemperatur.
1. Berechnen Sie überschlägig, wie sich die Absenkung der Systemtemperaturen von 90/70 °C auf 75/55 °C auf die Heizflächenleistung der bestehenden Radiatoren auswirkt, und begründen Sie, warum die DG-Wohnungen trotz ausreichender Kesselleistung unterversorgt sind.
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Die mittlere Heizmitteltemperatur sinkt von (90+70)/2 = 80 °C auf (75+55)/2 = 65 °C, also um 15 K. Die logarithmische Übertemperatur zur Raumtemperatur fällt entsprechend: bei 20 °C Raum von rund 60 K auf rund 45 K. Da die Radiatoren ursprünglich für 90/70 °C dimensioniert wurden, sinkt ihre Leistung näherungsweise mit dem Verhältnis der Übertemperaturen hoch n (n ≈ 1,3): (45/60)^1,3 ≈ 0,68. Die vorhandenen Heizflächen liefern also nur noch etwa 68 % der Nennleistung. Die Kesselleistung von 48 kW ist ausreichend, aber die Heizflächen sind bei 75/55 °C zu klein. Die Unterversorgung im DG verstärkt sich durch den hydraulischen Abgleich: die weite Hauptleitung DN 32 und die begrenzte Förderhöhe von 6 m führen dazu, dass der Volumenstrom bevorzugt über die tiefer gelegenen, kürzeren Stränge fließt (Kurzschluss), während die langen DG-Stränge zu wenig Durchfluss erhalten. Abhilfe: Heizkörper im DG vergrößern oder durch Typ mit größerer Baulänge ersetzen, hydraulischen Abgleich mit voreinstellbaren Ventilen durchführen, ggf. Strangregulierventile setzen und die Vorlauftemperatur auf 80 °C anheben, was die Übertemperatur und damit die Leistung erhöht.
2. Prüfen Sie, ob mit der vorhandenen Pumpe (6 m Förderhöhe) bei 75/55 °C und 42 kW Heizlast der erforderliche Volumenstrom überhaupt gefördert werden kann, und nennen Sie eine technische Maßnahme zur Verbesserung.
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Volumenstrom: V̇ = Q / (c · Δt) = 42.000 W / (1,163 Wh/(kg·K) · 20 K) ≈ 1806 kg/h ≈ 1,8 m³/h. Bei Δt = 20 K ist der Volumenstrom also moderat. Problematisch ist nicht die Menge, sondern die Druckverteilung: 6 m Förderhöhe entsprechen rund 60 kPa. Eine Zweirohr-Anlage dieser Größe mit langen Strängen benötigt oft 80–120 kPa, wenn keine Differenzdruckregelung und kein Abgleich erfolgt sind. Die Pumpe läuft dann am rechten Ende ihrer Kennlinie mit geringem Druckaufbau, der Volumenstrom bricht in den langen Strängen ein. Maßnahme: hydraulischer Abgleich mit Berechnung der Rohrnetz-Widerstände, Einbau einer drehzahlgeregelten Hocheffizienzpumpe mit konstantem Differenzdruck und ausreichender Förderhöhe (z. B. 8 m), ggf. Vergrößerung einzelner Strangleitungen. Alternativ kann eine Absenkung des Volumenstroms durch größere Spreizung (z. B. 75/50 °C) die Rohrreibung senken, erfordert aber größere Heizflächen.
3. Welche normativen und wirtschaftlichen Randbedingungen müssen bei der Entscheidung 'Heizflächen vergrößern oder Vorlauftemperatur anheben' berücksichtigt werden?
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Normativ ist die EnEV/GEG-Vorgabe zu beachten: Bei Austausch des Wärmeerzeugers in einer bestehenden Anlage sind bestimmte Anforderungen an die Vorlauftemperatur bzw. den hydraulischen Abgleich einzuhalten; ein Betrieb mit 80 °C Vorlauf verschlechtert den Brennwertnutzen, da der Taupunkt des Erdgases bei rund 57 °C liegt und bei 80/55 °C nur im Rücklauf kondensiert wird. Wirtschaftlich ist zu vergleichen: Vergrößerung der DG-Heizkörper (Material, Montage, ggf. Leitungsanpassung) gegen den Mehrverbrauch durch höhere Vorlauftemperatur. Faustregel: 1 K höhere mittlere Heizmitteltemperatur kostet rund 1–2 % mehr Gas. Eine Anhebung von 65 auf 70 °C mittlere Temperatur bedeutet etwa 5–10 % Mehrverbrauch, was über 15 Jahre die Heizkörperkosten übersteigen kann. Zudem ist die Förderfähigkeit von Effizienzmaßnahmen (hydraulischer Abgleich) zu prüfen. Empfehlung: Heizkörper im DG vergrößern, Anlage auf 70/55 °C auslegen, hydraulischen Abgleich durchführen und die Brennwerttherme im modulierenden Betrieb mit niedriger Rücklauftemperatur fahren.