Artur Fischer Erfinderpreis 2019

Baden-Württemberg

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Die Problemstellung/Ausgangslage

Bei einer Gebäudesanierung eines Hauses (Baujahr 1977) ohne Wärmedämmung, wurden die vorhandenen Heizkörper unterschiedlich warm und dadurch die Wärme in den verschiedenen Räumen des Hauses ungleichmäßig verteilt. Durch ein Nachstellen an den Rücklaufverschraubungen und einer Temperaturdifferenz-messung mit einem Anlegefühler am Vorlauf und Rücklauf, konnte das Problem nur kurzfristig gelöst werden. Nach dem Austausch einzelner Heizkörper traten erneut dieselben Probleme auf. Einige Heizkörper wurden schneller und stärker warm, während andere Heizkörper nicht mit ausreichend Wärme versorgt wurden. Erst durch den Einbau von einstellbaren Thermostatventilen konnte jeder Raum mit der annähernd richtigen Wärmemenge versorgt und die gewünschten Raumtemperaturen erreicht werden. Nach dem Anbau eines Wintergartens mit zwei Konvektoren und einer Fußbodenheizung, brach dann das komplette Heizungssystem zusammen. Die neue Fußbodenheizung funktionierte nur dann, wenn einzelne Heizkörper von Hand zugedreht oder Thermostatventile bei erreichter Raumtemperatur selbstregelnd den Durchfluss verringerten. Eine Nachregelung an den Rücklaufverschraubungen und der einzelnen einstellbaren Thermostatventile brachte keinen Erfolg. Eine Überprüfung der tatsächlichen Durchflussverhältnisse war mit diesem Verfahren nicht möglich. Daher wurde die Pumpenleistung von Stufe II auf die maximale Stufe III erhöht, um dadurch einen höheren Volumenstrom zu erreichen. Alle Heizkörper und die Fußbodenheizung wurden jetzt zwar mit der richtigen Wärmemenge versorgt, jedoch mit der negativen Auswirkung von störenden Fließgeräuschen in Heizkörperventilen und Rohrleitungen bedingt durch die höhere Strömungsgeschwindigkeit.

Die Innovation

So entstand die Idee, den tatsächlichen Volumenstrom direkt an jedem Heizkörper abzulesen, um über die vorhandenen Rücklaufverschraubungen den korrekten Volumenstrom einstellen zu können und somit eine optimale Energieeffizienz von Heizkörpern oder den Heizkreisen von Flächenheizungen zu erzielen. Mit einem geringfügigen Montage- und Materialaufwand werden die patentierten Durchflusseinheiten in den Vorlauf oder Rücklauf von bestehenden Heizkörpern oder den Heizkreisen von Flächenheizungen eingebaut. Über eine App können der spezifische Wärmebedarf nach der gültigen Wärmeschutzverordnung für das entsprechende Gebäudejahr und den jeweiligen Raum, sowie die daraus erforderliche Durchflussmenge ermittelt werden. Die Ablesung dieses Volumenstroms erfolgt über ein Messgerät mit flexiblem Messfühler, der in eine Aussparung auf der Durchflusseinheit gelegt wird. Somit kann jeder Heizkörper schnell, effizient und auf das Watt genau eingestellt werden und auch bei Brennwertgeräten eine optimale Energieeffizienz unter Berücksichtigung der Vor- und Rücklauftemperatur, der sogenannten Temperaturspreizung, erzielt werden. Es sind keine Rohrnetzberechnungen mit der Berücksichtigung von Reibungsverlusten, Einzelwiderständen von Armaturen, Verengungen oder Abzweigungen sowie Druckverlusten erforderlich, die aufwendig aus Tabellen und Diagrammen entnommen werden müssen und den hydraulischen Abgleich bisher erschwert haben. Auch die vorhandenen Thermostatventile können weiter verwendet werden. Durch die Einsparungen beim Verbrauch von Gas bzw. Heizöl, sowie beim Stromverbrauch der Umwälzpumpe reduzieren sich die Betriebskosten deutlich, sodass sich das System bereits nach wenigen Jahren amortisiert. Zusätzlich kann ein spezielles Förderprogramm des Bundes in Anspruch genommen werden. Durch einen zweijährigen Feldversuch konnte gezeigt werden, dass eine Gesamtkosteneinsparung von 15-20 Prozent realistisch ist. Die patentierte Erfindung leistet einen wesentlichen Beitrag zur CO2-Reduzierung und somit einer klimaschonenden Wärmeversorgung des Gebäudebestands in Deutschland.