Durch Kommunikation zur Effizienz

Heizsysteme werden immer effizienter. Geschuldet ist das nicht nur der stetigen Entwicklung innovativer Produkte. Ebenso greifen neue Kommunikationswege und -techniken in diesen Werdegang ein. Was früher noch analog gemessen und über Schaltmechanismen geregelt wurde, ist heute an einer modernen Heizungsanlage weltweit abrufbar. Zudem können die eingesehenen Parameter beliebig verändert oder in Realtime der Energie-Verbrauch kontrolliert werden. Doch was steckt hinter diesem Netzwerk und welche Gefahren bringt es mit sich?

Die offene Feuerstätte als erster Wärmeerzeuger hatte noch wenig Regulierungsmöglichkeit. Zudem war eine ständige persönliche Überwachung vonnöten, um sie am Lodern zu halten. Ähnliches galt für die Koks- bzw. Holzöfen, die je nach Region als Wärmeerzeuger in den Häusern zum Einsatz kamen und teilweise noch heute als zusätzliche Lösung betrieben werden. Damit konnten allerdings allenfalls einzelne Räume oder kleine Wohnungen beheizt werden.

Einzug der Regelungstechnik
Die ersten Zentral- oder auch Sammelheizungen verfügten wie der Name schon sagt über einen zentralen Wärmeerzeuger und eine Wärmeverteilung, die Wasser als Speicher- und Trägermedium nutzte. Ein Unterschied zu heute war jedoch die Verteilung der Wärme. Diese frühen Heizsysteme funktionierten noch nach dem Schwerkraftprinzip. Lediglich die Kesselwassertemperatur konnte mittels Luftklappen gesteuert werden. Sie wurden über einen Bimetallthermostaten eingestellt, der dann die Luftzufuhr drosselte. Nach dem zweiten Weltkrieg verbreiteten sich die Zentralheizungen – zusammen mit der Umstellung von Festbrennstoffen auf Öl und Gas. Steuerventile übernahmen das Ein- und Ausschalten des Heizgerätes. Für den nötigen Impuls sorgten ab den 1960er-Jahren nicht mehr nur interne Regelungsorgane wie beispielsweise Vorlauftemperaturfühler/-regler, sondern Raumthermostate, die in Abhängigkeit von der Raumtemperatur das Gerät ein- oder ausschalteten.

Die Raumtemperatur als Führungsgröße
Bei der Regelung durch Raumtemperaturfühler stellte sich die technische Lösung folgendermaßen dar: Um den Brenner am Heizgerät ein- bzw. auszuschalten, gab der einstellbare Raumtemperaturfühler die gemessene Temperatur an den Kessel oder das Wandheizgerät weiter. Geheizt wurde solange, bis diese erreicht war. Dann schaltete das zentrale Heizgerät wieder ab. Erst mit den Bedürfnissen einer differenzierten Regelungstechnik wurden Raumthermostate entwickelt, die mit Schaltuhren ausgestattet waren. Hieraus ergab sich die Möglichkeit, am gleichen Tag zwei unterschiedliche Heizkurven zu wählen bzw. nachts abzusenken, um den Energieverbrauch zu reduzieren.
Zeitlich nahezu parallel erfolgte die Regelung einzelner Räume mit Thermostatventilen. Sie dienen der individuellen Raumtemperaturregelung. Durch temperaturbedingtes Öffnen und Schließen des Ventilsitzes über Dehnstoffe im Inneren nähert sich die Raumtemperatur beständig dem eingestellten Sollwert (Stellung 3 ca. 20°C).

Witterungsgeführte und ­Stetig-Regelung
Erst in den späten 70er-Jahren kamen witterungsgeführte Regelungen auf den Markt. Dabei wurde der Heizungsanlage in Abhängigkeit von der Außentemperatur eine Vorlauftemperatur vorgegeben. Zu Beginn der 80er-Jahre erfolgte die Anpassung der Vorlauftemperatur an den tatsächlichen Wärmebedarf. Hierfür kamen dann sogenannte Stetigregler zum Einsatz, die aus den bis dahin üblichen Zwei-Punkt-Reglern (Ein/Aus) entwickelt wurden. Bei Stetigreglern wurde die vom Nutzer einmal vorgegebene Temperatur mit der tatsächlichen Raumtemperatur verglichen und ein Vorlauftemperatursollwert an das Heizgerät weitergegeben.
Darüber hinaus gab und gibt es sogenannte Drei-Punkt-Regelungen (Beispiel: Auf/Zu/Aus), die mithilfe eines Mischventils für die erforderliche Heizkreistemperatur sorgen. Dabei wird der Wärmeerzeuger in der Regel mit einer konstanten Vorlauftemperatur gefahren, während der oder die Heizkreise auf eine niedrigere Temperatur von beispielsweise 45°C ausgelegt sind. Um die Temperatur zu senken, wird das kühlere Rücklaufwasser mit dem heißen Kesselwasser über einen Bypass gemischt. Nach diesen Grundprinzipien, der automatischen Steuerung des Feuerungsprozesses und der veränderbaren Vorlauftemperatur, funktionieren die meisten Heizungsanlagen auch heute noch.

Das digitale Zeitalter
Eine wesentliche Neuerung in der Regeltechnik, die aber noch nicht unbedingt eine Veränderung der Regelstrategie nach sich zog, war die Einführung von elektronischen Reglern. Auf einer Zeitleiste gesehen bewegen wir uns hierbei von Mitte bis Ende der 1980er-Jahre. Einer Zeit, in der viele Knöpfe mit zahlreichen Funktionen belegt waren. Dies lag mitunter daran, dass es noch keine leistungsfähigen Prozessoren gab. Um die Bedienung eines Heizkessels zu vereinfachen, entwickelte in dieser Zeit z.B. der Heiztechnikhersteller Vaillant ein Bedienkonzept, das als Dreh- und Klick-Technik Eingang in die Technikgeschichte gefunden hat. Hierbei konnten durch Drehen eines Knopfes in einem Menü Punkte ausgewählt und durch Drücken eines anderen Knopfes ausgeführt werden. Die älteren Displays dieser Regler kannten schon Klarschrift, die unterhalb einer Symbolik auf einem Display hinterlegt war.
Einen großen Entwicklungsschritt stellte die Einführung bzw. Umstellung der Datenübertragung der einzelnen Komponenten der Regeltechnik auf ein neues Schnittstellenprotokoll, den eBUS dar. Er arbeitet mit zwei Leitungen, sodass die Anlage selbst bei vertauschter Installation (Verpolung) dennoch ihren Dienst versehen kann. Zudem ermöglicht der eBUS den Aufbau von komplexeren Regel- und Heizsystemen bzw. die Einbindung einer Heizungsanlage in die Gebäudeleittechnik, in der die Heizungsregelung nur eine Komponente darstellt.

Vernetzung und Onlinebedienung
Heute hat sich über dies die Einbindung der Heiztechnik in Netzwerke etabliert. Zahlreiche Regelungen lassen sich bereits aus der Ferne steuern, regeln und überwachen. Zudem besteht die Möglichkeit, Störungen der Anlage direkt per SMS oder E-Mail an das mit der Wartung beauftragte Unternehmen weiterzuleiten. Einige Hersteller gehen sogar noch einen Schritt weiter und setzen bei der Heizungssteuerung nicht nur auf die Ist-Situation, sondern beziehen Wetterprognosen mit ein. Dabei werden Livedaten von einem Wetterserver berücksichtigt. Diese fließen in den Regelalgorithmus ein. Der Regler gibt daraufhin dem Kessel das entsprechende Signal. Und zwar in Abhängigkeit zur erwarteten Wetterprognose: Wird es später warm, wird weniger aufgeheizt.
Auch beim „eRelax“ aus dem Hause Vaillant arbeitet ein selbstlernender Algorithmus zwischen programmiertem Heizverhalten, gewünschter Temperatur, Thermik des Gebäudes und dem prognostizierten Wetter und ermittelt den optimalen Zeitpunkt der Heizphase. Die Heizkurve wird somit automatisch eingestellt und braucht nur bei Bedarf verändert werden. Zahlreiche Funktionen wie Verbrauchsdatenprognose, Empfehlungen für den Wärmekomfort und die Verwendung von vordefinierten Profilen sollen genauso wie der zeitgesteuerte Heizbetrieb für Effizienz sorgen.

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Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG

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