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Planung und Konzeption

Facility Management: Heiztechnik » Wärmeerzeugung » Planung und Konzeption

Planung und Konzeption in der Heizungstechnik

Heizsysteme machen in nahezu allen Gebäudekategorien den größten Anteil des technischen Energiebedarfs und der Betriebskosten aus. Für das Facility Management (FM) sind sie daher ein zentraler Hebel, um Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit, Nachhaltigkeit und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften zu gewährleisten. Die aktuelle Situation mit ihren Dekarbonisierungszielen, zunehmender Preisvolatilität an den Energiemärkten, strengeren Effizienzanforderungen (einschließlich des deutschen Gebäudeenergiegesetzes – GEG) und hohen Erwartungen an Komfort, Hygiene und Verfügbarkeit erhöht den Druck, Heizsysteme ganzheitlich zu planen, gezielt zu modernisieren und über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg datengestützt zu betreiben.

Die Komplexität ergibt sich aus dem Zusammenspiel von Technologie (Hydraulik, Erzeugung, Steuerung), baulichen Gegebenheiten (Gebäudehülle, Nutzung), rechtlichen Vorgaben (u. a. Gebäudeenergiegesetz (GEG), Arbeitsschutzverordnung (BetrSichV), Erster Bundes-Immissionsschutzverordnung (1. BImSchV), Technischen Regeln für Gasanlagen (TRGI), Anlagenverordnung für den Umgang mit wassergefährdenden Stoffen (AwSV), Trinkwasserverordnung (TrinkwV), DIN/EN/VDI-Normen), Betreiberpflichten und Digitalisierung (Integration in die Gebäudeleittechnik (GLT), Überwachung, Durchflussmessdaten (FDD)). Gleichzeitig verändern die Elektrifizierung mit Wärmepumpen und der zunehmende Anschluss an Fernwärme die Anforderungen an Temperatur und Durchfluss; niedrige Rücklauftemperaturen und ein präziser hydraulischer Abgleich werden entscheidend. Erfolgreiche Facility-Management-Konzepte (FM) kombinieren daher eine solide Planung mit einer robusten Organisation, klar definierten Verantwortlichkeiten, standardisierter Dokumentation und einem kontinuierlichen Energiemanagement über den gesamten Anlagenlebenszyklus.

Strukturiertes Konzept für Heizungsanlagen

Ziele

  • Bereitstellung eines praxiserprobten, normkonformen Leitfadens für die Planung und Auslegung von Heizsystemen im Kontext des Gebäudemanagements.

  • Ableitung von Entscheidungsbäumen zur Auswahl von Energieerzeugern (z. B. Wärmepumpe, Fernwärme, Gasbrennwertkessel, Hybrid) unter FM-relevanten Kriterien wie Temperatur- und Lastprofil, Redundanz, Verfügbarkeit, Wartungsfreundlichkeit, Gesamtbetriebskosten und Einhaltung gesetzlicher Vorschriften.

  • Systematische Herleitung des hydraulischen und regelungstechnischen Entwurfs einschließlich ΔT-Optimierung, Differenzdruckregelung, Puffermanagement und Minimierung der Rücklauftemperaturen.

  • Einrichtung standardisierter Prozesse und Dokumente (Checklisten, Datenpunktlisten, Abnahme- und Wartungsprotokolle) zur Qualitätssicherung und zur Festlegung der Pflichten des Betreibers.

  • Die Verankerung von Digitalisierung, Überwachung und Energiemanagement als integrale Bausteine für Transparenz, Fehlermanagement und kontinuierliche Effizienzsteigerung.

Hinweis:

Der Mehrwert liegt in einer konsequenten Lebenszyklusperspektive: Planungsentscheidungen werden im Hinblick auf das spätere operative Management, Inspektionspflichten, Hygieneanforderungen und Modernisierungsoptionen bewertet.

Physikalische Prinzipien der Wärmezufuhr

  • Energiebilanz und Leistung: Die übertragene Wärmemenge Q berechnet sich nach der Formel Q = m · c · ΔT, die Leistung P nach der Formel P = ṁ · c · ΔT. Für Wasser gilt: c ≈ 4,18 kJ/(kg·K); ρ ≈ 1000 kg/m³. In der Praxis: 1 m³/h bei ΔT = 10 K transportiert etwa 11,6 kW.

  • Wärmeübertragung: Bei Heizflächen sind Konvektion (Heizkörper) und Wärmeleitung/Wärmestrahlung (Fußbodenheizung) die dominierenden Wärmeübertragungsarten. Der übertragbare Wärmestrom steigt mit der durchschnittlichen Temperaturdifferenz zum Raum, der Oberfläche und dem Wärmeübergangskoeffizienten.

  • Systemtemperaturen: Niedertemperatursysteme (z. B. 35/28 °C) benötigen große Wärmeübertragungsflächen, ermöglichen aber mit Wärmepumpen und Brennwertkesseln einen hohen Wirkungsgrad. Hochtemperatursysteme sind typisch für ältere Anlagen, schränken jedoch den Einsatz von Wärmepumpen ein.

  • Hydraulik und Druckverlust: Der Druckverlust Δp steigt quadratisch mit der Strömungsgeschwindigkeit. Rohrleitungsdimensionierung und Drosselverluste beeinflussen Fördermenge und Geräuschentwicklung der Pumpe. Drehzahlvariable Pumpen passen die Förderhöhe dem Bedarf an (Verschiebung der Kennlinie).

  • Kondensation und Heizwert: Gas-Brennwertkessel nutzen die Verdampfungsenthalpie der Abgase. Dies erfordert niedrige Rücklauftemperaturen (typischerweise < 55 °C für Erdgas).

  • Funktionsweise einer Wärmepumpe: Durch Verdampfung/Kondensation und Kompression wird Umgebungswärme auf die nutzbare Temperatur erhöht. Der Wirkungsgrad sinkt mit zunehmender erforderlicher Temperaturdifferenz; niedrige Vorlauftemperaturen und eine hohe Wärmequellenqualität sind daher entscheidend.

  • Fernwärme: Wärmeübertragung über Wärmetauscher. Die Netzanforderungen betonen niedrige Rücklauftemperaturen und ein stabiles ΔT. Regelungskonzepte müssen Mindestvolumenströme, Δp-Schwankungen und Einspeisebedingungen berücksichtigen.

Typische Anlagendiagramme und hydraulische Konzepte

  • Brennwertkessel mit gemischten Heizkreisläufen: Der Kessel speist einen Primärkreislauf; nachgeschaltete Mischgruppen versorgen Heizkörper- und Fußbodenheizungskreisläufe mit unterschiedlichen Vorlauftemperaturen. Ziel: niedrige Rücklauftemperaturen, modulierender Betrieb und effiziente Nutzung der Brennwertkesseltechnologie.

  • Monovalente Wärmepumpe mit Pufferspeicher: Direkte Einspeisung in Heizkreisläufe mit großer Wärmeübertragungsfläche. Der Pufferspeicher sorgt für hydraulische Entkopplung und gewährleistet einen Mindestdurchfluss; der Schichtspeicher erhöht die Effizienz. Vorrangiger Kreislauf für die Warmwasserbereitung.

  • Bivalente/hybride Systeme (Wärmepumpe + Heizkessel): Bivalent parallel oder alternativ. Die Wärmepumpe deckt die Grundlast ab, der Heizkessel die Spitzenlasten. Eine sorgfältige Definition des Bivalentitätspunktes, Priorisierung und Optimierung des Rückflusses sind erforderlich.

  • Fernwärmeübergabestation: Ein Plattenwärmetauscher trennt das Netz vom Gebäude. Anforderungen an Druck- und Temperaturdifferenzen (Δp/Δt) auf der Primärseite, Mischgruppen auf der Sekundärseite und gegebenenfalls ein Pufferspeicher. Begrenzung der Rücklauftemperatur und Temperaturdifferenzregelung verhindern Vertragsstrafen.

  • Hydraulischer Abscheider vs. Direktanschluss: Ein Abscheider vereinfacht die Hydraulik in Mehrkreissystemen, kann aber ΔT und Rückfluss verschlechtern; ein Direktanschluss mit einer drehzahlgeregelten Primärpumpe ist vorzuziehen, wenn die Durchflussmengen kompatibel sind.

  • Funktionsprinzip der Speicherung: Warmwasserspeicher wird über das Heizsystem (Ladekreislauf) oder die Frischwasserstation (Plattenwärmetauscher) für eine hygienische, dezentrale Entnahme befüllt. Schichtung und Sensortechnik gewährleisten Komfort und Effizienz.

Heizkraftwerk:

  • Wärmeerzeuger: Gasbrennwertkessel, Luft-/Sole-/Wasser-Wärmepumpen, Fernwärmeübergabestationen, gegebenenfalls elektrische Fernwärme/Power-to-Heat.

  • Speicherung: Heizungspufferspeicher, Warmwasserspeicher oder Frischwassermodule; Schichtladeeinrichtungen.

  • Sicherheits- und Hilfseinrichtungen: Sicherheitsventile, Ausdehnungsgefäße, Entlüftungs-/Abscheider (Luft/Schlamm/Magnetit), Abgas-/Kondensatführung, Brennstoffversorgung.

Wärmeverteilung:

  • Rohrleitungsnetz mit Wärmedämmung, Armaturen (Absperr-, Regel- und Ausgleichsventile), Differenzdruckregler, drehzahlgeregelte Hochleistungspumpen.

  • Mess- und Überwachungspunkte für Δp, V̇ und Temperaturen; hydraulischer Abgleich über Voreinstellungen und dynamische Ventile.

  • Wärmeverteilungssysteme: Heizkörper (hohe Temperaturdifferenz, schnelles Ansprechverhalten), Oberflächenheiz-/Kühlsysteme (niedrige Strömungstemperaturen, hohe Trägheit), Lufterhitzer/Heizregister in HLK-Systemen.

  • Integration der Heizregister der Lüftungsanlage: Vorrangige Nutzung niedriger Temperaturen, Regelung über Ventile mit ausreichender Regelwirkung.

Warmwasserbereitung im Haushalt:

  • Zentralisiert mit Speicherladesystem oder Frischwasserstation; Kreislaufnetz mit Temperaturregelung und Umwälzpumpe.

  • Hygienefunktionen: Legionellenschutz (Temperaturerhaltung, thermische Desinfektion), Durchflusskontrolle, Material- und Rückflussverhinderer.

Mess-, Automatisierungs- und Gebäudemanagementsysteme:

  • Wärmezähler, Durchflussmesser und Stromzähler, Temperatur- und Drucksensoren.

  • Regelungsstrategie: wetterkompensiert mit Heizkurve, Raum-/Zonenregelung, Δp- und Δt-Regelung, Lastverteilung in Mehrkessel-/Wärmepumpenanlagen.

  • Integration des Gebäudeautomationssystems (BMS) über BACnet/Modbus; Datenpunktlisten mit Zuständen, Alarmen und Trends zur Überwachung und Fehlererkennung.

Hinweis:

Die hier vorgestellten Begriffe, physikalischen Zusammenhänge und schematischen Konzepte bilden die Grundlage für die Auslegung, die Regelungsstrategie und die Betriebsoptimierung. Sie ermöglichen die konsequente Abstimmung von Temperatur und Durchflussrate auf Effizienz, Komfort und Konformität und erlauben eine systemische Betrachtung der Systemkomponenten vom Generator über die Verteilung bis hin zur Trinkwasserhygiene.

Verfahren und Standards:

  • Raum- und gebäudeseitige Heizlast nach DIN EN 12831-1 (Schlüsselkomponente für die Auslegung von Generatoren und Heizflächen); Berücksichtigung von Transmissions- und Lüftungswärmeverlusten sowie der Standardaußentemperatur.

  • Dynamische Betrachtungen gemäß ISO 52016-1 zur Bewertung von Teillast, Speicherkapazität und solaren/internen Wärmegewinnen; relevant für die Regelungsstrategie, die Pufferauslegung und die Validierung von Heizkurven.

Eingabedaten:

  • Bauteileigenschaften (U-Werte), Luftaustausch (aufgrund von Infiltration/Belüftung), Solltemperaturen der Räume, Nutzungsprofile, interne/solare Wärmegewinne.

  • Gebäudeeinteilung in Zonen nach ähnlicher Nutzung und Temperaturprofilen, Heizflächentyp (Heizkörper, Fußbodenheizung, Register).

Sicherheitsmargen:

  • Pauschale Zuschläge sollten vermieden werden; Unsicherheiten sollten transparent quantifiziert werden (z. B. +5 % für Datenlücken). Höhere Zuschläge erhöhen die Investitions- und Betriebskosten und führen zu übermäßig hohen Temperaturen/Volumenströmen.

Teillast- und Nachtbetrieb:

  • Analyse von Lastprofilen und Gradtagen zur Parametrisierung von Heizkurven und Nachtabsenkung; Ziel ist ein stabiler Betrieb mit niedrigen Rücklauftemperaturen auch bei 20–40 % Teillast.

Lüftung und Wärmerückgewinnung:

  • Die Kopplung der Heizregisterlasten mit den Betriebsmodi der Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (Wärmerückgewinnung, Zulufttemperaturen) sowie die Logik für Gleichzeitigkeit und Frostschutz haben einen wesentlichen Einfluss auf die Auslegung der Heizkreise.

Auswirkungen auf die Produzentenwahl:

  • Wärmepumpen benötigen niedrige Vorlauftemperaturen (typischerweise ≤ 45 °C). Fernwärme erfordert große Temperaturdifferenzen und niedrige Rücklauftemperaturen. Brennwertkessel profitieren von Rücklauftemperaturen unter 55 °C.

Leistungs-Volumenstrom-Beziehung:

  • P = ρ · c · V̇ · ΔT; für Wasser ungefähr: 1 m³/h bei 10 K überträgt ≈ 11,6 kW.

  • Zielwerte: Druckverlust 80–200 Pa/m als wirtschaftliches Optimum; Strömungsgeschwindigkeiten 0,3–0,7 m/s (Kunststoff/Fußbodenheizung), 0,7–1,5 m/s (Stahl/Hauptleitungen).

  • Kabelführung mit möglichst wenigen Abzweigungen/Kurzschlüssen; Tichelmann-Prinzip für eine gleichmäßige Verteilung in Ringnetzen.

Ventile und Autorität:

  • Kv-Vorauswahl: Kv ≈ V̇/√Δp_ventil. Ventilautorität a = Δp_ventil/(Δp_total), idealerweise 0,3–0,5; eine zu geringe Autorität führt zu Überschwingen und hohem Rückfluss.

  • Merkmale: Gleichprozentventile zur Temperaturregelung (Heizregister), Linearventile zur Durchfluss-/Mengenregelung.

Pumpen und Differenzdruck:

  • Hocheffiziente Pumpen mit Δp-const oder Δp-var; ein Fernsensor am hydraulisch ungünstigsten Punkt stabilisiert die Ventilsteuerung.

  • Pumpenbetriebsbereich nahe am optimalen Punkt; NPSH-Reserven beachten, Kavitation vermeiden.

Gas-Brennwertkessel:

  • Eine direkte Zufuhr mit einer drehzahlgeregelten Pumpe ist vorzuziehen; hydraulische Abscheider sind nur erforderlich, wenn die Durchflussmengen nicht kompatibel sind. Für den Betrieb eines Brennwertkessels ist ein Rückflussbegrenzer notwendig.

  • Kaskadensteuerung: Parallelbetrieb mit Lastverteilung nach Effizienz, Anti-Clocking-Strategien, minimalen Laufzeiten.

Wärmepumpen:

  • Mindestdurchflussmenge und Mindestlaufzeit sind herstellerspezifisch. Hydraulische Entkopplung über Puffertanks als Durchflussspeicher (Schichtung!) oder über Verteiler; Dreiwege-Mischventile möglichst vermeiden.

  • Sekundäre Temperaturdifferenz ΔT üblicherweise 5–10 K (Fußbodenheizung, Heizkörperregister), für Heizkörper 10–15 K, unter Berücksichtigung der Wärmepumpenzulassungen. Ziel: niedrige durchschnittliche Heizflächentemperatur.

Fernwärmeübertragung:

  • Plattenwärmetauscher müssen für hohe Temperaturdifferenzen (sekundär 20 K und mehr, gemäß TAB/AGFW) ausgelegt sein. Begrenzung der Rücklauftemperatur und Regelung der Temperaturdifferenz (ΔT) sind obligatorisch.

  • Primärseitige Δp-Schwankungen mittels Differenzdruckreglern ausgleichen; Messabschnitte und Bypass nur für den Betrieb, nicht für den Dauerbetrieb.

Kühlerkreisläufe:

  • Typischerweise 70/55 → Zielreduzierung auf 60/45 oder 55/45 durch Oberflächenprüfung und -einstellung; Ventile mit Voreinstellung oder PICV verwenden.

  • ΔT 15–20 K ermöglicht niedrige Volumenströme und niedrige Rücklauftemperaturen; wetterkompensierte Regelung plus Raumtemperaturregelung in kritischen Zonen.

Fußbodenheizung:

  • ΔT 5 K; Leitungslängen < 100 m, Durchflussmengen an Verteiler-Durchflussmessern anpassen. Niedrige Vorlauftemperaturen (30–35 °C) als Effizienzfaktor.

Heizregister/Lufterhitzer für Lüftungsanlagen:

  • Auslegung mit ΔT 10–15 K und ausreichender Ventilwirkung; Frostschutzlogik (Anstieg der Vorlauftemperatur, Ventilöffnung, Lüfterstopp) ohne permanente Bypass-Ströme.

Warmwasserbereitung für den Haushalt (sekundäre Heizkreisläufe):

  • Prioritätsumschaltung für TWE mit hoher Ladeleistung für kurze Zeiträume; Minimierung des RL-Anstiegs durch geschichtete Ladung und angepasste Ladepumpenkennlinie.

Pufferdimensionierung und Stratifizierung

  • Ziele: Reduzierung der Zyklusrate, Sicherstellung eines minimalen Volumenstroms, hydraulische Entkopplung, Abdeckung kurzer Lastspitzen, Abtauenergie für Luft-Wasser-Wärmepumpen.

  • Dimensionierung: Minimales Umwälzvolumen: Vmin ≈ (Pmin · tmin)/(ρ · c · ΔT). Beispiel: Pmin 10 kW, tmin 10 min, ΔT 10 K → Vmin ≈ 143 l.

  • Zyklusgrenze am Nennbetriebspunkt: V ≈ ((PWP − Plast) · tmin)/(ρ · c · ΔT). Für bestehende Heizkörper mit großen Temperaturdifferenzen ist 10–20 l/kW ein praktischer Ausgangswert; Feinabstimmung durch Messung.

  • Ausführung: Schichtspeichertank mit geeigneten Zulaufrohren; Sensoren in den entsprechenden Zonen (oben/Mitte/unten).

  • Anschluss als Durchflusspuffer anstelle eines T-Stücks; vierstufige Integration zur Minimierung von Mischungsverlusten.

  • Puffer dürfen nicht als „Ersatz für Überlauf“ missverstanden werden; Priorität hat weiterhin die Minimierung der Rücklauftemperatur.

Bedienhebel:

  • Die Heizkurve absenken und parallel verschieben (Feinabstimmung pro Zone); Nachtabsenkung mit Wiederaufheizstrategie testen.

  • Hydraulische Kurzschlüsse beseitigen (Überlaufventile schließen, Umleitventile korrekt dimensionieren, Bypässe entfernen).

  • Ventilautorität erhöhen (Δp-Regelung anpassen, Drosselverluste in den Abzweigen gezielt einstellen, PICV verwenden).

  • Prüfen/vergrößern Sie die Heizflächen, wo die Durchflusstemperaturen den begrenzenden Faktor darstellen; stellen Sie die Thermostatventile korrekt ein.

  • Regelung: ΔT-gesteuerte Pumpenkennlinie, Rücklauftemperaturbegrenzung für Fernwärme, Lastverteilung nach Rücklauftemperaturminimierung.

Systemspezifisch:

  • Fernwärme: Sekundäre Temperaturdifferenz ≥ 20 K; vertragliche Einhaltung der Referenzgrenzwerte (um Strafen zu vermeiden). Temperaturdifferenzüberwachung als Leistungskennzahl.

  • Heizwert: RL < 55 °C, idealerweise 30–45 °C; Abgasmessungen als Indikator für die Effektivität.

  • Wärmepumpe: Niedrige mittlere Heizflächentemperatur; Mischkreisläufe vermeiden; Direkteinspeisung bevorzugt. ΔT nicht so hoch wählen, dass der Kompressor außerhalb seiner Betriebsgrenzen läuft.

Regelgrundsätze:

  • Δp-Konstante für Netzwerke mit einem hohen Anteil statischer Voreinstellungen; Δp-Variable (proportionaler Druck) für thermostatisch geregelte Netzwerke zur Reduzierung von Rauschen und Energieverbrauch.

  • Steuerungsparameter: Fernsensor am hydraulisch am weitesten entfernten Verteiler; alternativ Δp über die Hauptleitung.

Inbetriebnahmeparameter:

  • Wählen Sie den Zielwert für Δp im Zweig so, dass die minimal erforderliche Ventilkraft erreicht wird, ohne dass die Ventile übersteuern.

  • Nachtbetrieb: Eine Reduzierung der Pumpenleistung ist zulässig, sofern Mindestdurchflussmengen und Frostschutz gewährleistet sind.

Mess- und Optimierungsroutine:

  • Überprüfen Sie die Pumpenbetriebskennlinie anhand der Messpunkte (V̇, Δp, P_el); δP_el/δV̇ als Wirkungsgradindikator.

  • Vergleich der ΔT-Histogramme vor und nach der Justierung; Ventilbetätigungsstatistik zur Erkennung von Überdimensionierung.

Fortfahren:

  • Berechnung der Zielvolumenströme pro Heizfläche/Heizkreislauf aus der Raumheizlast und ΔT.

  • Die Umsetzung erfolgt über Voreinstellventile (Heizkörper), Durchflussregler an Verteilern (Fußbodenheizung), Abgleichventile oder PICV in Systemen mit variablem Δp.

  • Dokumentation der Einstellungen (Ventilstellungen, Durchflussraten, Δp) und Kennzeichnung vor Ort.

Dynamische Instrumente:

  • Differenzdruckregler stabilisieren Teilnetze; PICVs kombinieren Durchfluss- und Regelventile und reduzieren so Überschüsse.

  • Thermostatische Duschköpfe mit Fernsensoren in kritischen Räumen verbessern den Benutzerkomfort bei gleichzeitig übermäßigen Durchflussmengen.

Überprüfung:

  • Temperaturverteilung genau prüfen; geräuschlosen Betrieb und Ventilbetätigungsratenverteilung anstreben (durchschnittlicher Betrieb 30–70 %).

  • GLT-Trends für VL/RL- und Ventilsignale auswerten; Korrekturschleifen einplanen (2–4 Wochen für die Neukalibrierung).

Lastverteilung:

  • Kesselkaskaden: Vorlauf-/Folgekessel nach Wirkungsgradkurven; Mindestbetriebszeiten, gestaffelte Temperaturen.

  • Wärmepumpe + Heizkessel (bivalent): Bivalenzpunkt basierend auf den tatsächlichen Last-/Temperaturdaten; Priorisierung der Wärmepumpe bis zur Effizienzgrenze, Heizkessel für Spitzenlast/Backup.

  • Fernwärme + Wärmepumpe (Hybrid): Wärmepumpe deckt die Grundlast mit niedrigen Vorlauftemperaturen ab; die Fernwärme deckt Lastspitzen und die Warmwasserbereitung ab, die ΔT-Ziele der Fernwärme bleiben konduktiv.

Kontrollstrategie:

  • ΔT- und RL-optimierte Staging-Logik; Vermeidung von Parallelbetrieb mit gegenseitiger Rückflussverstärkung.

  • Ausweichmatrizen: Ausfall eines Produzenten → geordnete Übernahme mit begrenzten Zielwerten.

Zielbild und prozedurale Logik

Ziel ist eine Systemkonfiguration, die an die Gebäudeanforderungen angepasst, hinsichtlich der Steuerungstechnik robust und über den gesamten Lebenszyklus wirtschaftlich ist. Die Auswahl des Wärmeerzeugers und der hydraulischen Komponenten folgt einer strukturierten Entscheidungslogik, die Temperaturregime, Lastprofile, Netz- und Standortbedingungen, Redundanzanforderungen, regulatorische Vorgaben und den Digitalisierungsgrad berücksichtigt.

Empfohlene Vorgehensweise:

  • Anforderungen definieren: Heizlast nach DIN EN 12831, Teillast-/Lastprofil nach ISO 52016/Überwachung, Soll-Vorlauf-/Rücklauftemperatur, Brauchwarmwasserprofil.

  • Prüfen Sie die Randbedingungen: Elektrischer Anschluss (Stromversorgung, Netzrückkopplung), Installation und Schalldämmung, Grundstück (Sonden, Wasserrechte), Fernwärmeanschluss, Brandschutz.

  • Betriebsstrategie definieren: Monovalent/bivalent/hybrid, Staging/Modulation, Prioritäten und Ausweichstrategien.

  • Dimensionierung und Überprüfung: Generatoren, Speicher, Pumpen, Ventile, Sicherheits- und Messkomponenten; Gebäudeautomations- und Messkonzept.

Entscheidungspfade (vereinfachter Entscheidungsbaum):

  • Ist Fernwärme verfügbar und kann sie gemäß den TAB/AGFW-Standards angeschlossen werden?

  • Ja → Fernwärme als primärer Generator; prüfen: ΔT/Rücklauftemperaturziele, Stromversorgung, Redundanz (N+1 sekundär).

  • Nein → Nächste Prüfzeile.

Sind in den Gebäudebereichen und bei der Nutzung Vorlauftemperaturen von ≤ 45–50 °C zulässig (Ziel: Wärmepumpenkompatibilität)?

  • Ja → Wärmepumpe priorisieren; Quellenauswahl je nach Standort: Luft (niedrige Entwicklungskosten, Lärmbelästigung berücksichtigen), Sole/Sonde (hoher saisonaler Leistungsfaktor, Genehmigungen/Bohrungen), Wasser/Wasser (sehr effizient, Wasser/Wasserrechteprobleme).

  • Nein → Optionen: Modernisierung der Heizflächen (Flächenheizung/Heizkörperaustausch) oder Hybrid (Wärmepumpe deckt die Grundlast bis zur Temperaturgrenze ab, Spitzenlastkessel übernimmt).

Gibt es hohe Temperaturanforderungen (Altbau, Register mit > 60 °C)?

  • Kurz-/mittelfristig: Gasbrennwertkessel (konform mit der Bundesemissionskontrollverordnung) oder Fernwärme, begleitet von einem ΔT-Optimierungs- und Temperaturreduktionsprogramm.

  • Langfristig: Sanierung der Übergabebereiche, Überprüfung der H₂-Bereitschaft (Materialien/Armaturen), Bewertung der potenziellen Power-to-Heat-/Fernwärmeverbindung.

Warmwasserbereitung für den Haushalt mit hohen Komfort-/Hygieneanforderungen (Hotel/Gesundheitswesen)?

  • Bevorzugt: Fernwärme oder Wärmepumpe mit Hochtemperaturkonzept (Booster, bivalente Ladung) und Frischwasserstation; Legionellenschutz ohne permanente Rücklauftemperaturerhöhung.

Resilienz/Redundanz:

  • Kritische Infrastruktur: N+1 auf funktionaler Ebene (Generator- und Pumpenredundanz), duale Energiepfade (z. B. Wärmepumpe + Fernwärme/Heizkessel), Notstromversorgung für Steuerung/Pumpen.

Kurzbeschreibung:

  • Gas-Brennwertkessel: Gute Spitzenlastfähigkeit, geringe Investitionskosten, Kondensationswirkungsgrad nur bei Rücklauftemperaturen unter 55 °C. Emissionsvorschriften und Brennstoffstrategie müssen berücksichtigt werden.

Wärmepumpen:

  • Luft/Wasser: Niedrige Investitionskosten, Lichtschutzfaktor empfindlich gegenüber Außentemperatur, Lärm und Abtauenergie.

  • Sole/Wasser (Erdwärmepumpe): Hoher SPF-Wert, Bohr- und Genehmigungskosten, thermischer Ausgleich des Sondenfeldes.

  • Wasser/Wasser: Höchste Effizienz, hydrogeologische Risiken/regulatorische Anforderungen, Filtration/Korrosionsschutz.

  • Kältemittelauswahl/F-Gas: Niedriges GWP bevorzugen (R290, R744, R32/R454B je nach Anwendung); Dichtheit und Dokumentationsanforderungen beachten.

  • Fernwärme: Technisch robust, niedrige Betriebskosten; erfordert ΔT-Optimierung und RL-Minimierung; TAB/AGFW-Regeln sind ausschlaggebend.

  • Hybrid: Wärmepumpen-Grundlast + Kessel-/Feuerhydranten-Spitzenlast; Ableitung des Bivalenzpunktes aus der Überwachung; Feinabstimmung der Regelungsstrategie zur Minimierung des Rückflusses.

  • Stromerzeugung zur Wärmeerzeugung/elektrische Heizgeräte: Für Spitzenlasten/Notfalllasten oder Legionellendesinfektion; Netzkapazitäten/Tarife prüfen.

Produktionsleistung, Stufenaufteilung und Bivalenz

  • Auslegungsprinzip: Abdeckung von 95–98 % der stündlichen Last mit einem effizienten Primärgenerator; seltene Lastspitzen werden durch einen zusätzlichen/Spitzenlastgenerator abgedeckt.

  • Monovalente Wärmepumpe: Ausgelegt für eine Heizlast von 99 %, benötigt sie sehr niedrige Vorlauftemperaturen; oft wirtschaftlich ungünstig → bivalente parallele Nutzung mit einem Heizkessel oder Fernwärme für Spitzenlasten ist sinnvoll.

  • Bivalenzpunkt: Außentemperatur, bei der der Zusatzwärmeerzeuger zugeschaltet wird. Ermittelt anhand tatsächlicher Last-/Temperaturdaten, nicht nur anhand von Katalogwerten. Ziel: Minimierung der Volllastbetriebsstunden der Spitzenlasteinheit bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung stabiler Vorlauftemperaturen.

  • Kaskadensysteme: Mehrere modulierende Einheiten (Heizkessel/Wärmepumpen) erhöhen die Teillasteffizienz und die Redundanz. Die Lastverteilung basiert auf Wirkungsgradkurven und der Optimierung der Rücklaufleitung.

Rechtlicher Rahmen:

  • Wärmezähler gemäß EN 1434/MID (MI-004), Kalibrierung gemäß MessEG/MessEV; typische Kalibrierungsintervalle: Wärmezähler 5 Jahre (nationale Inspektion erforderlich), Warmwasserzähler 5–6 Jahre, Stromzähler gemäß Landesrecht/Lieferantenvorschriften.

  • Heizkostenverordnung/EED: Fernablesung für neu installierte Zähler; Zwischenverbrauchsinformationen.

  • Fernwärme: Primärzähler vom Versorger; Sekundärmessung für interne Kosten-/Effizienzberechnung empfohlen.

Auf Produzentenseite:

  • Jeder Wärmeerzeuger benötigt einen Wärmezähler (WMZ) einschließlich Vorlauf-/Rücklauftemperatursensor; bei Wärmepumpen ist zusätzlich ein Stromzähler für den Kompressor und die Hilfseinheiten (Sole-/Quellpumpen) zur COP/SCOP-Berechnung erforderlich.

  • Fernwärme: Sekundärer Wärmezähler für jeden Hauptkundenkreis; ΔT-Überwachung und Alarmierung bei Rücklauftemperaturgrenzwerten.

Auf der Vertriebsseite:

  • Wärmemengenzähler pro Hauptheizkreis (Heizkreis, Fußbodenheizung, Heizungsregister der Lüftungsanlage) zur Transparenz und ΔT-Bewertung; optional pro Gebäudezone/Strang zur FM-Feinsteuerung.

  • Warmwasserbereitung im Haushalt: Separater Wärmezähler zur Energieabrechnung; Warmwasserzähler zur Verbrauchsmessung; Zirkulationstemperatursensoren an kritischen Stellen.

Sensoren/Spezifikation:

  • Temperatursensoren paarweise kalibriert (Pt500/Pt1000), Genauigkeitsklasse mindestens EN 1434 Klasse 2; Sensoren korrekt eingetaucht/gekoppelt.

  • Volumenstrommessung: Ultraschall-Durchflussmesser bevorzugt (geringer Druckverlust, stabil); magnetisch-induktive Durchflussmesser für höhere DN-Werte.

  • Differenzdrucksensoren an Hauptleitungen und Pumpen; Filterdifferenzdruck zur Überwachung von Verunreinigungen.

  • Stromzähler: Separate Zähler für Generatoren, Pumpen und Peripheriegeräte; MID-konform, möglicherweise Gesamtmessung über Stromwandler (CT) bei >63 A.

Installationsorte:

  • Sensoren in der Nähe von Generator-/Stromkreisanschlüssen, ausreichend große Ruhezonen; Schichtung des Speichers mit drei Temperatursensoren (oben/Mitte/unten).

  • Messpunkte zugänglich, abschließbar und austauschbar (Einschraubtaschen, Absperrventile).

Kommunikation/BLT:

  • M-Bus/Modbus/BACnet-Integration; Zeitstempelsynchronisation (NTP), Abtastraten von 1–15 min; Alarme für ΔT-Unterschwingen, RL-Grenze, Zählerfehler.

  • Datenmodell mit eindeutigen Geräte-IDs/KKS; Messvalidierung (Plausibilitätsprüfungen, Austausch bei Defekten).

Nachweise und Berichterstattung:

  • KPIs: ΔT pro Kreislauf, RL pro Generator/Transfer, SPF/COP der Wärmepumpe, spezifische Wärmemenge kWh/m², Warmwassertemperaturerhaltung, Pumpenstrom kWh/MWh Wärme.

  • Konformität: Dokumentation von Kalibrierungszertifikaten, Inbetriebnahmeprotokollen der Messgeräte, Prüf- und Austauschfristen im CAFM.

Planungsleitfaden und bewährte Verfahren

  • Zunächst muss das Temperaturregime definiert und bei der Auswahl von Generatoren, Speichereinrichtungen und Ventilen konsequent angewendet werden.

  • Für Fernwärme sollte ein sekundärer Temperaturunterschied (ΔT) von mindestens 20 K angestrebt werden; Rückflussbegrenzung und Differenztemperaturregelung sollten implementiert werden; Bypass-Systeme sollten vermieden werden.

  • Vermeiden Sie Überdimensionierung: Überprüfen Sie Modulationsbereiche und Mindestleistung; verwenden Sie gezielte Puffer anstelle von „XXL, nur um auf Nummer sicher zu gehen“.

  • Berechnen Sie frühzeitig die Ventilautorität und den Δp-Leitwert; planen Sie bei variablen Netzen für PICV.

  • Das Messkonzept sollte als separates Arbeitspaket behandelt werden; Positionsmessgeräte und Sensoren sollten so positioniert werden, dass Effizienz- und Konformitätsprüfungen möglich sind.

  • Redundanz, wo sie einen betrieblichen Nutzen hat: N+1 für Pumpen, funktionale Redundanz für Generatoren, Notstromversorgung für Steuerung/Kommunikation.

Hinweis:

Dieses Entscheidungs- und Dimensionierungssystem führt zu einem Heizsystem, das die Anforderungen erfüllt, überprüfbar ist und während des Betriebs optimiert werden kann und Effizienz, Komfort, Konformität und Widerstandsfähigkeit über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg integriert.