Einrohrheizung berechnen

[amaier]

Hallo zusammen,
ich bin dem Forum beigetreten, um mein Problem mit meiner Einrohrheizung zu beseitigen. Es hat sich dann herausgestellt, dass jemand das Beipassventil ausgebaut hat und deswegen nichts funktioniert hat.
Fehler ist beseitigt nach 10 Jahren fehlfunktionierender Gastherme, kaum vorstellbar.

Während meiner Fehlersuche wurde mir hier mehrfach geschrieben, dass sich Einrohrheizungen nicht berechnen lassen. Man könne das nur nach Gefühl machen. etc. pp. Wenn man online nach Expertenrat sucht, wird einem geraten höchstens den String zu berechnen und auf die Einzelberchnung von Heizkörpern zu pfeiffen. Das liegt hauptsächlich an der gängigen Methode, die Leistungen zu berechnen. Durch die veränderlichen Beipassanteile verändert sich die Berechnung aber ständig, was bei den meisten Leuten zu resignation führt.

Wenn Interesse besteht, kann ich gerne einmal vorführen, wie sich eine Einrohrheizung berechnen lässt, ohne über diese Probleme zu stolpern.
Mit Hand und Papier werden die Terme sehr lang, aber für das Verständnis wie die Rechnung funktioniert, wahrscheinlich notwendig.
Die komplizierte Rechnung lässt sich mit einem Googlesheet wesentlich vereinfachen.

Ich muss eigentlich schreiben, dass ich schockiert bin, dass heutige Berechnungssoftware diesen Teil nicht komplett übernimmt.

Interessierte bitte ich hier einfach kurz zu antworten, dann schreibe ich gerne einen Thread zusammen, wie das funktioniert.

Wenn Interesse besteht, kann ich auch eine App zusammen bauen, die die Auslegung einer Einrohrheizung übernimmt.

 

[Austro-Diesel]

In meinem Elternhaus arbeitet noch immer eine Einrohrheizung, sehr zur Zufriedenheit der Bewohner. Es ist noch eine aus den 60er-Jahren, die Hauptleitung aus 5/4"-Stahlrohr geschweißt, die Heizkörper-Rückläufe werden mit Venturi-Düsen in die Ringleitung zurückgeführt. Ausgekoppelt wird die Wärme mit rund 10 cm hohen Konvektoren in Mauernischen hinter einer rund 60 cm hohen Front-Abdeckplatte zur Förderung der Konvention.

Auch mit der modernen Gas-Brennwertheizung und wegen kleinerer Umwälzpumpe stark verringerter Durchströmung funktioniert dieses System schon seit 10 Jahren noch immer einwandfrei — sicherlich dank der nachträglichen (eher bescheidenen) Wärmedämmung des Mauerwerks. Die Vorlauftemperatur liegt bei Null Grad draußen bei gut 40°, ist also auch einigermaßen zeitgemäß.

Ausgelegt wurde das von meinem inzwischen 86-jährigen Vater und auch entsprechend berechnet. Konnte man also schon vor über 55 Jahren am Papier, vor jedem Taschenrechner.

Der "Witz" liegt einfach in der nach jedem Heizkörper sinkenden Temperatur des Heizmediums, d.h. die Heizkörper müssen einfach gegen Ende des Heizkreises für dieselbe Heizleistung immer größer werden. Dadurch hat auch die Drosselung eines zu üppigen Heizkörpers eine mehr oder weniger kleine Auswirkung auf alle folgenden … hydraulischen Abgleich gab es damals schon.

 

[SG03]

Ja, die Berechnung würde mich interessieren. Das wurde uns zu meiner Berufsschulzeit, als Gas- und Wasser Installateur leider nicht vermittelt. Nicht einmal auf Nachfrage.

 

[amaier]

Ja, die Berechnung würde mich interessieren. Das wurde uns zu meiner Berufsschulzeit, als Gas- und Wasser Installateur leider nicht vermittelt. Nicht einmal auf Nachfrage.

Wirklich erstaunlich. Selbst von Fachmännern auf youtube wird von der Berechnung abgeraten. Das kann vielleicht auch daran liegen, dass es in der Einrohrheizung so viel Zwischenzustände gibt. Also wenn ein Strang oder ein Heizkörper schon warm ist, dann verändert sich das verhalten der gesamten Heizung.

hydraulischen Abgleich gab es damals schon.

Eh merkwürdig, dass erstmal der Staat herkommen musste und Mrd. subventionen ausschütten musste bevor die Heizungen richtig eingestellt wurden.

Der "Witz" liegt einfach in der nach jedem Heizkörper sinkenden Temperatur des Heizmediums, d.h. die Heizkörper müssen einfach gegen Ende des Heizkreises für dieselbe Heizleistung immer größer werden. Dadurch hat auch die Drosselung eines zu üppigen Heizkörpers eine mehr oder weniger kleine Auswirkung auf alle folgenden … hydraulischen Abgleich gab es damals schon.

Es gibt aber noch kompliziertere Fragestellungen. Bspw. Wie weit kann ich die Vorlauftemperatur in meiner Bestandsanlage senken ohne umbauen zu müssen. Da gibt es einige Kuriositäten. Bspw. publiziert Herz die Kv-Einstellungen für ihre Beipässe nur in Zusammenhang mit einem Heizkörper. Das heißt Herz erwartet, dass man selbstständig zurückrechnet welche kv-werte der Beipass hat. Hochkurios. Auf Nachfrage wurde das begründet, dass das einfach die Messwerte aus dem Versuchsaufbau seien. Wahnsinn.

Kein Wunder, dass so viele Techniker sagen: Einrohr müsse nach Gefühl eingestellt werden.

 

[CalibraTraum]

… sicherlich dank der nachträglichen (eher bescheidenen) Wärmedämmung des Mauerwerks. Die Vorlauftemperatur liegt bei Null Grad draußen bei gut 40°, ist also auch einigermaßen zeitgemäß.

Bescheiden gut würde ich sagen. Was wurde denn noch erneuert/gedämmt?

Wir brauchen gut 50° bei AT 0°
3 FachGlas 2021
Dach 14cm Steinwolle 2002
Kellerwände aussen und Kellerdecke 8cm Styrodur 2018.
Mauerwerk Hohlblock 32 cm?
Bj.1969

Zum Thema:
Bei meinem alten Herrn läuft auch eine Einrohrheizung, Haus würde 1980 gekauft, da war das System schon verbaut und funktioniert auch vernünftig.
Dran rumfummeln möchte er aber lieber nicht nachdem was ich ihm darüber erzählt habe.
Die Berechnung würde ihn aber auch interessieren

 

[amaier]

Die Berechnung würde ihn aber auch interessieren

Freut mich, praxisnah wäre auf jeden Fall zu schauen, was ich mit den bestehenden Heizkörpern und Ventilen machen kann.

 

[tricotrac]

Das wurde uns zu meiner Berufsschulzeit, als Gas- und Wasser Installateur leider nicht vermittelt.

2 x 45 Minuten im technischen Unterricht mussten dafür reichen. Ich habe 4 oder 5 Einrohranlagen installiert. Die Berechnungen zur Voreinstellung der Ventile wurden durch ein Ingenieurbüro durchgeführt. Ich bekam immer eine fertige Liste mit auf die Baustelle.

 

[amaier]

Ich werde diesen Post schrittweise verbessern.
Ok dann fange ich mal an:
Die Einrohrheizung ist so kompliziert, weil es viele unterschiedliche Fehlermodi gibt. Da man in einer Bestandsanlage, die Flüsse nicht sieht, ist es nicht sofort klar, welcher Fehlermodi vorliegt. Selbst wenn man weiß, welcher Fehlermodi vorliegt, ist die optimale Maßnahme auch nicht direkt klar. Es gibt jetzt natürlich viele verschiedene Berechnungsmethoden. Ich gehe hier als Erstes eine Methode ohne bekannte Heizbedürfnisse durch.

1. Fehlermodus: Das Gesamtsystem hat zu viel Widerstand, noch bevor alle Heizkörper warm sind, löst das Überströmventil aus und deaktiviert die Heizung.
2. Fehlermodus: Das Gesamtsystem hat scheinbar einen zu geringen Widerstand. Die Beipässe lassen zu viel VL passieren, der Rücklauf kommt zu warm zurück und die Heizung deaktiviert zu früh.
3. Fehlermodus: Ein Strang alleine hat zu viel Widerstand, alle Räume an einem Strang haben zu wenig Leistung, selbst wenn innerhalb des Stranges die Ventileinstellungen richtig sind.
4. Fehlermodus: Einzelne Heizkörper sind nicht warm genug.

Um diese Fehler zu vermeiden, wird häufig der VL sehr hoch eingestellt, um das System weniger fehleranfällig zu machen. Energie ist teuer und Rechenleistung ist quasi kostenlos. Das heißt wir werden hier auf eine möglichst tiefe VL Temperatur optimieren. Das lässt sich prinzipiell mit Papier und Bleistift machen, aber es ist einfacher, wenn man das mit dem Computer macht. Ich werde dafür google sheets nutzen.

Bevor wir beginnen, überprüft man die Funktion aller hydraulischen Komponenten. Bspw. war in meinem Fall das Überströmventil nicht vorhanden, Beipassventile waren festgefahren, statt der Einstellschraube hat sich die Halterung der Schraube gedreht, Ventile müssen auch auf Funktion geprüft werden. Die einzelnen Stränge müssen durch Absperrexperimente identifiziert werden und die Reihenfolge der HK auch. Normalerweise von klein nach groß sortiert.

1. In dem googlesheet müssen alle Parameter der Anlage festgehalten werden. Lieber zu viele Parameter als zu wenig.

2. Wir kümmern uns zuerst um FM 1 & 2. Wir möchten die Heizung mit möglichst tiefem VL betreiben, deswegen wählen wir an allen Heizkörperventilen den höchsten Kv-Wert. Das maximiert den Durchfluss durch die HK. Mit den Beipässen setzen wir den Kv_gesamt so hoch, dass FM1 nicht eintrifft. Wir minimieren VL und RL durch hohe Heizkörperanteile, um FM2 zu verhindern.

3. Es kann nun folgendes passieren: Der erste HK ist schon mit warmen Wasser befüllt, während in den nächsten größeren HK noch Wasser auf Raumtemperatur ist. Wenn der erste HK schon komplett warm ist, trägt er nichts mehr zur Senkung des Rücklaufs bei. Ein besseres nächstes Optimum ist, wenn wir den Volumenstrom durch jeden HK so optimieren, dass alle HK gleichzeitig befüllt sind. Das erreicht man, indem man den Volumenstrom jedes HK proportional zu dessen Volumen stellt. Dabei müssen die Bedingungen für FM1 und FM2 noch erfüllt sein. Optimiert wird immer noch auf minimale VL und RL. Zusätzliche Bedingung ist, dass RL in allen 3 Strängen die gleiche Temperatur hat.

4. Meine Therme kann minimal 8kW, was viel zu viel ist, durch die synchrone Befüllung aller HK maximiere ich zumindest erstmal die erste Befüllung der HK und erreiche ein nächstes VL_Minimum für die Befüllungsphase. Da die HK grob richtig dimensioniert sein sollten, sollte dies auch dazu führen, dass die Heizung erstmal funktioniert. Man kann dann den VL erhöhen, um eine halbwegs funktionierende Heizung zu bekommen, die auch im kontinuierlichen Betrieb richtig funktioniert.

5. Durch die Berechnung aller Parameter bekommen wir jetzt auch Leistungswerte der einzelnen HK. Wenn ein Raum, bspw. das kleine Bad zu warm wird, kann ich die Leistung senken, indem ich einen gewünschten Wert als Bedingung in meine Optimierung übernehme. Bspw.: 1000Watt Leistung im kontinuierlichen Betrieb berechnet, ich gebe 800 Watt als Bedingung in meiner bisherigen Optimierung an. Ich kann die errechneten solltemperaturen für die Rückläufe an den HK messen.

 

[kolobezka]

warum baut man sowas ein?
wie kann sowas gescheit funktionieren

Einrohrsystem - Einrohrheizung, ein besonderes System

diese Homepage stellt auf 2.888 Seiten und in über 30.000 Dateien jede Menge Informationen über den Autor und das Sanitär-, Heizungs- und Klimahandwerk zur Verfügung

www.bosy-online.de

 

[Austro-Diesel]

Besser: Warum baute man so etwas ein? Die Komplikationen überwiegen die Vorteile recht klar.

 

[tricotrac]

Material- und Lohnkosten einsparen waren die Totschlagargumente.

 

[amaier]

warum baut man sowas ein?
wie kann sowas gescheit funktionieren
Anhang anzeigen 47239

Einrohrsystem - Einrohrheizung, ein besonderes System

diese Homepage stellt auf 2.888 Seiten und in über 30.000 Dateien jede Menge Informationen über den Autor und das Sanitär-, Heizungs- und Klimahandwerk zur Verfügung

www.bosy-online.de

Naja eigentlich nur ein Optimierungsfrage, die sträflich vernachlässigt wurde.

 

[Austro-Diesel]

Material- und Lohnkosten einsparen waren die Totschlagargumente.

Der Installateur spart in seinem Angebot 30 Meter Verrohrung ein und kriegt so den Zuschlag, der Hausbesitzer zahlt ein Leben lang die Zeche.

 

[tricotrac]

So ist das Leben. Begeisterte Befürworter waren häufig die Herrn Architekten. Einrohr, das klang nach Neu und Modern.
Aber es wurde keine Revolution daraus. Zu viel Aufwand, zu wenig Erfahrungen im Umgang damit. Der TE @ameier hat das
im Beitrag # 8 schon recht treffend analysiert.
Und auch richtig : Der Anlagenbetreiber hat die Folgekosten am Hals.

 

[amaier]

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[amaier]

Ich werde diesen Post schrittweise verbessern.
Ok dann fange ich mal an:
Die Einrohrheizung ist so kompliziert, weil es viele unterschiedliche Fehlermodi gibt. Da man in einer Bestandsanlage, die Flüsse nicht sieht, ist es nicht sofort klar, welcher Fehlermodi vorliegt. Selbst wenn man weiß, welcher Fehlermodi vorliegt, ist die optimale Maßnahme auch nicht direkt klar. Es gibt jetzt natürlich viele verschiedene Berechnungsmethoden. Ich gehe hier als Erstes eine Methode ohne bekannte Heizbedürfnisse durch.

1. Fehlermodus: Das Gesamtsystem hat zu viel Widerstand, noch bevor alle Heizkörper warm sind, löst das Überströmventil aus und deaktiviert die Heizung.
2. Fehlermodus: Das Gesamtsystem hat scheinbar einen zu geringen Widerstand. Die Beipässe lassen zu viel VL passieren, der Rücklauf kommt zu warm zurück und die Heizung deaktiviert zu früh.
3. Fehlermodus: Ein Strang alleine hat zu viel Widerstand, alle Räume an einem Strang haben zu wenig Leistung, selbst wenn innerhalb des Stranges die Ventileinstellungen richtig sind.
4. Fehlermodus: Einzelne Heizkörper sind nicht warm genug.

Um diese Fehler zu vermeiden, wird häufig der VL sehr hoch eingestellt, um das System weniger fehleranfällig zu machen. Energie ist teuer und Rechenleistung ist quasi kostenlos. Das heißt wir werden hier auf eine möglichst tiefe VL Temperatur optimieren. Das lässt sich prinzipiell mit Papier und Bleistift machen, aber es ist einfacher, wenn man das mit dem Computer macht. Ich werde dafür google sheets nutzen.

Bevor wir beginnen, überprüft man die Funktion aller hydraulischen Komponenten. Bspw. war in meinem Fall das Überströmventil nicht vorhanden, Beipassventile waren festgefahren, statt der Einstellschraube hat sich die Halterung der Schraube gedreht, Ventile müssen auch auf Funktion geprüft werden. Die einzelnen Stränge müssen durch Absperrexperimente identifiziert werden und die Reihenfolge der HK auch. Normalerweise von klein nach groß sortiert.

1. In dem googlesheet müssen alle Parameter der Anlage festgehalten werden. Lieber zu viele Parameter als zu wenig.

2. Wir kümmern uns zuerst um FM 1 & 2. Wir möchten die Heizung mit möglichst tiefem VL betreiben, deswegen wählen wir an allen Heizkörperventilen den höchsten Kv-Wert. Das maximiert den Durchfluss durch die HK. Mit den Beipässen setzen wir den Kv_gesamt so hoch, dass FM1 nicht eintrifft. Wir minimieren VL und RL durch hohe Heizkörperanteile, um FM2 zu verhindern.

3. Es kann nun folgendes passieren: Der erste HK ist schon mit warmen Wasser befüllt, während in den nächsten größeren HK noch Wasser auf Raumtemperatur ist. Wenn der erste HK schon komplett warm ist, trägt er nichts mehr zur Senkung des Rücklaufs bei. Ein besseres nächstes Optimum ist, wenn wir den Volumenstrom durch jeden HK so optimieren, dass alle HK gleichzeitig befüllt sind. Das erreicht man, indem man den Volumenstrom jedes HK proportional zu dessen Volumen stellt. Dabei müssen die Bedingungen für FM1 und FM2 noch erfüllt sein. Optimiert wird immer noch auf minimale VL und RL. Zusätzliche Bedingung ist, dass RL in allen 3 Strängen die gleiche Temperatur hat.

4. Meine Therme kann minimal 8kW, was viel zu viel ist, durch die synchrone Befüllung aller HK maximiere ich zumindest erstmal die erste Befüllung der HK und erreiche ein nächstes VL_Minimum für die Befüllungsphase. Da die HK grob richtig dimensioniert sein sollten, sollte dies auch dazu führen, dass die Heizung erstmal funktioniert. Man kann dann den VL erhöhen, um eine halbwegs funktionierende Heizung zu bekommen, die auch im kontinuierlichen Betrieb richtig funktioniert.

5. Durch die Berechnung aller Parameter bekommen wir jetzt auch Leistungswerte der einzelnen HK. Wenn ein Raum, bspw. das kleine Bad zu warm wird, kann ich die Leistung senken, indem ich einen gewünschten Wert als Bedingung in meine Optimierung übernehme. Bspw.: 1000Watt Leistung im kontinuierlichen Betrieb berechnet, ich gebe 800 Watt als Bedingung in meiner bisherigen Optimierung an. Ich kann die errechneten solltemperaturen für die Rückläufe an den HK messen.

Wonach wollen wir eigentlich genau maximieren? Wir möchten aus dem verbranntem Gas so viel Energie wie möglich rausholen.
Q=U*A*LMTD
Q=Leistung
U=Wärmetauscherkonstante
A=Wärmetauscherfläche
LMTD=delta_T_ln=logaritmischeTemperaturdifferenz
Da wir U und A nicht verändern können, können wir nur LMTD maximieren.
Hier haben wir jetzt ein ganz konkretes Ziel zur Maximierung gefunden.
Da wir LMTD schwer berechnen können, sage ich: Q=U*A*LMTD=massenstrom*spezifische_wärmekapazität*delta_T_vlrl
Da die spezifische Wärmekapazität konstant ist wollen wir also massenstrom*delta_T_vlrl maximieren.
jetzt haben wir ein maximierungsziel, dass wir berechnen können. Ich kann beides gleichzeitig maximieren indem ich das Produkt maximiere, so wie es in der Formel steht, da wir die Leistung des Wärmetauschers maximieren wollen.

Q_Wärmetauscher/Q_Gasleistung=epsilon das wäre die effizienz des Wärmetauschers. Wenn man den Wärmestrom in Wasser um 20% erhöht erhöht sich auch die effizienz um 20%. Vorausgesetzt bei konstanter Leistung des Brenners. Der ist bei mir sowieso auf 8kW beschränkt.