Eine Wärmequelle, zwei Anschlüsse: Warum wird die Fußbodenheizung nicht warm?

Teil 5 – Unzureichender Wasserdurchfluss im System

In einem Luft-Wasser-Wärmepumpensystem, das beides bedientFußbodenheizung und GebläsekonvektorenEine der häufigsten Beschwerden ist:

„Die Wärmepumpe läuft und das austretende Wasser ist heiß, aber die Fußbodenheizung kann die Räume immer noch nicht richtig erwärmen.“

Bei der Behebung dieses Problems vermuten viele Menschen sofort eine unzureichende Wärmepumpenleistung.

Möglicherweise erzeugt die Wärmepumpe jedoch ausreichend Wärme.

Das eigentliche Problem kann viel einfacher sein:

Das Hydroniksystem zirkuliert nicht genügend Wasser.

Ein unzureichender Wasserdurchfluss ist eines der häufigsten hydraulischen Probleme in Luft-Wasser-Wärmepumpen- und Fußbodenheizungssystemen. Dies kann durch unterdimensionierte Rohre, übermäßigen Druckabfall, zu viele Anschlüsse, schlechte Installation, falsche Pumpenauswahl, falschen Pumpenstandort oder eine ungeeignete Systemarchitektur verursacht werden.

InTeil 5 unserer Fehlerbehebungsserie „Eine Wärmequelle, zwei Anschlüsse“.Wir erklären, wie sich ein unzureichender Systemfluss auf die UFH-Leistung auswirkt und wie Ingenieure das Problem diagnostizieren sollten.

1. Warum der Wasserfluss in einem Wärmepumpen-Heizsystem wichtig ist

Ein Hydronik-Heizsystem überträgt Wärme durch zirkulierendes Wasser.

Die grundlegende Beziehung ist:

$$Q = dot{m} mal c_p mal Delta T$$

Wo:

• Q= Wärmeübertragungsrate

• M= Wassermassenstrom

• Vgl= spezifische Wärmekapazität von Wasser

• ΔT= Temperaturdifferenz Vorlauf-/Rücklaufwasser

Für praktische HLK-Berechnungen mit Wasser:

$$Q(kW) ca. 1,163 mal Durchfluss(m³/h) mal Delta T(K)$$

Daher:

$$Durchfluss(m³/h)=frac{Q(kW)}{1,163timesDelta T(K)}$$

Diese Gleichung erklärt ein wichtiges Prinzip:

Die Heizleistung allein garantiert keine Wärmeabgabe. Das System muss außerdem einen ausreichenden Wasserdurchfluss bereitstellen, um die Wärme zu den Terminals zu transportieren.

2. Ein einfaches Beispiel: 20 kW Wärmepumpe bei ΔT = 5°C

Angenommen, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe liefert:

20 kW Heizleistung

mit einer Auslegungstemperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf von:

5°C

Die erforderliche Durchflussmenge beträgt ungefähr:

$$Flow=frac{20}{1.163times5}$$ $$Durchfluss ca. 3,44 m³/h$$

Das Wassersystem muss also in der Lage sein, ungefähr Folgendes zu zirkulieren:

3,4 m³/h

unter dem tatsächlichen Systemwiderstand.

Können Rohrleitung und Pumpe nur 2,0 m³/h fördern, lässt sich das Problem nicht einfach dadurch lösen:

„Die Wärmepumpe hat 20 kW, das sollte also reichen.“

Die Wärme entsteht möglicherweise an der Quelle, kann aber nicht effektiv zum Boden transportiert werden.

3. Durchflussrate und Pumpenkopf sind unterschiedlich

Dies ist eine wichtige Unterscheidung.

Bei der Auswahl einer Umwälzpumpe müssen Ingenieure Folgendes berücksichtigen:

Durchflussrate

Wie viel Wasser muss durch das System zirkulieren?

Normalerweise ausgedrückt als:

• m³/h

• L/min

• L/s

Pumpenkopf

Wie viel hydraulischen Widerstand muss die Pumpe bei dieser Durchflussrate überwinden?

Normalerweise ausgedrückt als:

• Meter Wassersäule

• kPa

Eine Pumpe kann theoretisch bei geringem Widerstand ausreichend Förderstrom bereitstellen, erreicht jedoch nicht den erforderlichen Förderstrom, sobald sie an das eigentliche System angeschlossen ist.

Daher reicht es nicht aus, eine Pumpe nur nach dem Nenndurchfluss auszuwählen.

Wir müssen den erforderlichen Betriebspunkt finden auf:

Pumpenkurve × Systemwiderstandskurve

4. Der Rohrdurchmesser ist eines der ersten Dinge, die überprüft werden müssen

Ein sehr häufiges Problem ist, dass das Hauptverteilerrohr zu klein ist.

Der Installateur kann mehrere Verteiler an ein Hauptrohr anschließen, ohne Folgendes zu berechnen:

• Gesamtentwurfsablauf;

• Wassergeschwindigkeit;

• Druckverlust;

• gleichzeitiger Betriebsbedarf;

• äquivalente Rohrlänge.

Wenn der Durchfluss durch ein kleines Rohr zunimmt, erhöht sich die Wassergeschwindigkeit.

Gleichzeitig steigt der Druckabfall rapide an.

Dies kann Folgendes zur Folge haben:

Hoher Widerstand → Reduzierter Durchfluss → Unzureichende Wärmeübertragung → Kalte UFH-Zonen

Dies ist besonders wichtig bei großen Häusern und mehrstöckigen Gebäuden.

5. Wählen Sie die Hauptrohrgröße nicht nur aufgrund Ihrer Erfahrung aus

Ein Installateur könnte sagen:

„Normalerweise nutzen wir diese Rohrgröße für Fußbodenheizungen.“

Das ist keine ausreichende technische Grundlage.

Die Dimensionierung der Hauptrohre sollte auf dem tatsächlichen hydraulischen Bedarf basieren.

Eine professionelle Berechnung sollte Folgendes berücksichtigen:

Erforderliche Heizleistung

↓

Design ΔT

↓

Erforderlicher Wasserdurchfluss

↓

Rohrdurchmesser

↓

Wassergeschwindigkeit

↓

Rohrreibungsverlust

↓

Armaturen und Ventile

↓

Gesamtdruckabfall

↓

Pumpenauswahl

Das Überspringen dieser Berechnungen ist einer der Gründe dafür, dass manche Systeme in kleinen Projekten gut funktionieren, aber scheitern, wenn die gleiche Installationsmethode auf größere Gebäude übertragen wird.

6. Die Rohrlänge ist nur ein Teil des Widerstands

Ein häufiger Fehler besteht darin, nur die gerade Rohrlänge zu berechnen.

Der tatsächliche Systemwiderstand ergibt sich auch aus:

• Ellbogen;

• T-Shirts;

• Ventile;

• Siebe;

• Rückschlagventile;

• Verteiler;

• Wärmetauscher;

• Puffertanks;

• Steuerventile;

• Reduzierstücke;

• andere Armaturen.

Diese Komponenten erstellenlokale Druckverluste.

Daher:

$$Gesamtdruckabfall = Rohrreibung + lokale Verluste$$

Ingenieure bauen Armaturen häufig in eine umäquivalente Rohrlängefür vereinfachte Berechnungen.

Beispielsweise erzeugt ein scharfer 90°-Ellbogen deutlich mehr Widerstand als eine sanfte Richtungsänderung.

Aus diesem Grund sollte eine gute Hydronikplanung unnötige Einbauten und abrupte Richtungsänderungen vermeiden.

7. Warum zu viele 90°-Bögen zum Problem werden können

In realen Installationen verlaufen die Rohrleitungen selten vollkommen gerade.

Aber jeder unnötige Ellbogen erhöht den Widerstand.

Wenn möglich, sollte das Rohrleitungslayout Folgendes verwenden:

• reibungsloseres Routing;

• Biegungen mit großem Radius;

• passende 45°-Anschlüsse;

• weniger unnötige Richtungsänderungen.

Dies wird immer wichtiger, wenn:

• das Hauptrohr ist relativ klein;

• die Pipeline ist lang;

• der erforderliche Durchfluss ist hoch;

• Mehrere Etagen werden aus einem Technikraum versorgt.

Ein Ellbogen allein wird normalerweise ein ordnungsgemäß konzipiertes System nicht zerstören.

Das Problem istakkumulierter Druckverlust im gesamten Hydraulikkreislauf.

8. Die Installation von PPR-Rohren kann zu versteckten Einschränkungen führen

Auch wenn der Auslegungsrohrdurchmesser auf dem Papier korrekt aussieht, kann die Installationsqualität die tatsächliche hydraulische Leistung verändern.

Dies ist besonders relevant fürPPR-Rohrleitungen.

Während der Heißschmelzinstallation kann übermäßiges Einführen oder mangelhafte Verarbeitung den internen Strömungsdurchgang an einer Verbindung teilweise beeinträchtigen.

Äußerlich kann das Rohr völlig normal aussehen.

Im Inneren kann der effektive Durchmesser jedoch deutlich kleiner werden.

Dadurch entsteht eine versteckte Einschränkung.

Zu den Symptomen können gehören:

• geringer Systemdurchfluss;

• großes Vor-/Rücklauf-ΔT;

• schwache Strömung an entfernten Verteilern;

• schlechte UFH-Leistung;

• Pumpe läuft mit hoher Drehzahl ohne Verbesserung.

Dies ist ein Grund, warum Inbetriebnahmemessungen unerlässlich sind.

Eine korrekte Zeichnung garantiert keine korrekte Installation.

9. Großes Angebot/Rückgabe-ΔT kann ein Warnzeichen sein

Angenommen, die Wärmepumpe produziert normal Warmwasser.

Sie messen:

Versorgungswasser: 42°C

Rücklaufwasser: 32°C

Dann:

$$Delta T=10°C$$

Wenn das System für etwa 5 °C ausgelegt ist, kann dieser größer als erwartete ΔT-Wert auf einen unzureichenden Wasserdurchfluss hinweisen.

Die Beziehung ist einfach:

Für eine gegebene Wärmeübertragungsrate gilt

Geringerer Durchfluss → Größeres ΔT

Und:

Höherer Durchfluss → Kleineres ΔT

Dies bedeutet nicht, dass jedes große ΔT automatisch ein Pumpenproblem darstellt.

Das bedeutet, dass ΔT zusammen mit Folgendem untersucht werden sollte:

• tatsächlicher Durchfluss;

• Endnachfrage;

• Wärmepumpenleistung;

• Ventilpositionen;

• Betriebspunkt der Pumpe.

10. Lange Vertriebswege verstärken das Problem

Eine weitere häufige Situation tritt in großen Villen oder Gewerbegebäuden auf.

Die Wärmepumpe und der Pufferspeicher können weit entfernt von den Heizungsanschlüssen installiert werden.

Längere Rohre bedeuten:

• größerer Reibungsverlust;

• mehr Armaturen;

• mehr Wärmeverlust;

• höherer Pumpenkopfbedarf.

Sind die Rohre zusätzlich zu klein dimensioniert, wird der Effekt noch deutlich schlimmer.

Auch die Rohrisolierung muss berücksichtigt werden.

Ein langes, nicht isoliertes oder schlecht isoliertes Heizungsrohr kann eine erhebliche Menge Nutzwärme verlieren, bevor das Wasser den Verteiler der Fußbodenheizung erreicht.

Daher sollten Ingenieure bei Hydroniksystemen über große Entfernungen Folgendes bewerten:

Hydraulischer Verlust + thermischer Verlust

11. Mehrstöckige Gebäude erfordern besondere Aufmerksamkeit

Stellen Sie sich eine dreistöckige Villa vor.

Eine übliche Vereinbarung ist:

Wärmepumpe → Pufferspeicher → Hauptverteilerrohr → Bodenverteiler

Wenn erwartet wird, dass eine zentrale Umwälzpumpe alle Etagen gleichzeitig versorgt, kann der hydraulische Abgleich schwierig werden.

Der nächstgelegene Kreislauf erhält möglicherweise zu viel Durchfluss, während entfernte Kreisläufe zu wenig Durchfluss erhalten.

Zu den Symptomen gehören:

• erster Stock warm;

• obere Stockwerke kalt;

• einige Verteiler erhalten starken Durchfluss;

• andere erhalten einen schwachen Fluss;

• Räume heizen sich ungleichmäßig auf.

Der einfache Einbau einer größeren Pumpe ist nicht immer die beste Lösung.

12. Eine größere Pumpe bedeutet nicht automatisch eine bessere Heizung

Dies ist ein weiteres häufiges Missverständnis.

Wenn sich der Boden nicht richtig erwärmt, tauschen manche Installateure die Umwälzpumpe sofort gegen eine größere aus.

Manchmal hilft das.

Manchmal entstehen dadurch neue Probleme.

Eine überdimensionierte Pumpe kann Folgendes verursachen:

• übermäßige Wassergeschwindigkeit;

• hydraulisches Geräusch;

• unnötiger Stromverbrauch;

• Ventilgeräusch;

• schlechte Kontrollbehörde;

• hydraulisches Ungleichgewicht.

Das richtige Ziel ist nicht:

„Eine möglichst große Pumpe einbauen.“

Es ist:

Wählen Sie eine Pumpe, die den erforderlichen Auslegungsdurchfluss beim berechneten Systemwiderstand liefert.

13. Umwälzpumpe vs. Druckerhöhungspumpe

Diese beiden Konzepte sollten nicht verwechselt werden.

Umwälzpumpe

Sein Hauptzweck besteht darin, Wasser in einem geschlossenen Wasserkreislauf umzuwälzen.

Druckerhöhungspumpe

Sein Hauptzweck besteht darin, den verfügbaren Druck zu erhöhen, wenn der vorhandene Druck für die erforderliche Verteilungsbedingung nicht ausreicht.

Bei Wärmepumpensystemen müssen die Auswahl und der Standort der Pumpe der tatsächlichen hydraulischen Architektur entsprechen.

Das Hinzufügen einer Pumpe, ohne das System zu verstehen, kann zu Druckwechselwirkungen führen, anstatt das Problem zu lösen.

14. Der Pumpenstandort ist wichtig

Die Einbaulage der Pumpe kann das Systemverhalten erheblich beeinflussen.

Wenn beispielsweise ein Pufferspeicher eine hydraulische Trennung vorsieht, sollten die Wärmepumpenseite und die Anschlussseite als separate hydraulische Kreisläufe betrachtet werden.

Eine typische Anordnung könnte sein:

Primärkreis

Wärmepumpe → Pufferspeicher → Wärmepumpe

Und:

Sekundärkreis

Puffertank → Umwälzpumpe → UFH/Fan Coils → Puffertank

Dies unterscheidet sich grundlegend von der einfachen Reihenschaltung mehrerer Pumpen.

Jede Pumpe sollte eine klar definierte hydraulische Verantwortung haben.

15. Warum ein Puffertank helfen kann

Ein richtig ausgelegter Pufferspeicher kann mehrere Funktionen erfüllen:

• hydraulische Trennung;

• zusätzliches Systemwasservolumen;

• stabilerer Wärmepumpenbetrieb;

• reduziertes kurzes Radfahren;

• einfachere Integration mehrerer Anschlussstromkreise;

• verbesserte Flexibilität bei der Zoneneinteilung.

In einemeine Wärmequelle, zwei AnschlüsseSystem kann die Wärmepumpe beides versorgen:

Fußbodenheizung + Gebläsekonvektoren

Diese beiden Terminaltypen können sehr unterschiedlich sein:

• Durchflussanforderungen;

• Anforderungen an die Wassertemperatur;

• Steuerlogik;

• Betriebspläne.

Eine hydraulische Trennung kann daher die Beherrschbarkeit des Systems erleichtern.

Jedoch:

Ein Pufferspeicher gleicht keine falsche Rohrdimensionierung oder eine falsch ausgewählte Umwälzpumpe aus.

Jede Schaltung benötigt noch einen angemessenen Designfluss.

16. Primär-Sekundär-Systeme können für große Projekte besser sein

Bei größeren Villen oder Mehrzonenprojekten kann eine primär-sekundäre Hydronikarchitektur praktischer sein.

Zum Beispiel:

Primärseite

Wärmepumpe → Pufferspeicher

Sekundärseite

Puffertank → Zonenpumpe 1 → UFH im Erdgeschoss
Puffertank → Zonenpumpe 2 → UFH im ersten Stock
Puffertank → Zonenpumpe 3 → UFH im zweiten Stock
Pufferspeicher → Separater Kreislauf → Fan Coils

Diese Architektur ermöglicht den Betrieb verschiedener Zonen je nach Bedarf.

Wenn nur eine Etage beheizt werden muss, ist es nicht erforderlich, den vollen Auslegungsdurchfluss durch jeden Endstromkreis zu erzwingen.

Dies kann Folgendes verbessern:

• hydraulische Stabilität;

• Zoneneinteilung;

• Komfort;

• Kontrolle;

• Pumpeffizienz.

17. Warum rücklaufseitiges Pumpen häufig in sekundären UFH-Kreisläufen eingesetzt wird

Bei einigen sekundären Fußbodenheizungsanlagen ist die Umwälzpumpe auf der Rücklaufseite des Endkreislaufs installiert.

Der genaue Pumpenstandort sollte sich immer an der hydraulischen Konstruktion, dem Anschlusspunkt des Ausdehnungsgefäßes, den Druckverhältnissen und den Herstelleranforderungen orientieren.

Das wichtige Prinzip ist nicht einfach „Angebotsseite“ versus „Ertragsseite“.

Es ist:

Die Pumpe muss so positioniert werden, dass der vorgesehene Kreislauf einen stabilen Differenzdruck und einen stabilen Durchfluss erhält, ohne andere Kreisläufe zu beeinträchtigen.

Dies ist besonders wichtig, wenn sich mehrere Pumpen einen Puffertank oder ein gemeinsames Sammelrohr teilen.

18. Der hydraulische Ausgleich ist unerlässlich

Selbst bei korrekten Rohrgrößen und Pumpen kann es in einem unausgeglichenen System immer noch zu Strömungsproblemen kommen.

Wasser folgt von Natur aus dem Weg des geringsten Widerstands.

Daher erhalten kürzere Kreisläufe möglicherweise zu viel Durchfluss, während längere Kreisläufe zu wenig Durchfluss erhalten.

Der hydraulische Abgleich kann Folgendes umfassen:

• Verteiler-Durchflussmesser;

• Ausgleichsventile;

• Differenzdruckregelung;

• Pumpen mit variabler Drehzahl;

• Zonenventile;

• Inbetriebnahmeanpassungen.

Das Ziel besteht nicht darin, dass jeder Kreislauf den gleichen Durchfluss erhält.

Das Ziel besteht darin, dass jede Schaltung ihre eigenen erhältDesignfluss.

19. Eine praktische Fehlerbehebungssequenz

Wenn eine Fußbodenheizung die Temperatur nicht erreicht, erhöhen Sie den Wärmepumpensollwert nicht sofort.

Eine systematische Diagnose ist viel effektiver.

Schritt 1 – Bestätigen Sie die Wärmepumpenleistung

Überprüfen:

• Austrittswassertemperatur;

• Rücklaufwassertemperatur;

• Betriebsfrequenz/Kapazität;

• Alarm;

• tatsächlicher Wärmebedarf.

Schritt 2 – Messen Sie ΔT

Vergleichen Sie den tatsächlichen Vor-/Rücklauf-ΔT mit den Auslegungsbedingungen.

Ein ungewöhnlich hoher ΔT kann auf einen geringen Durchfluss hinweisen.

Schritt 3 – Überprüfen Sie den tatsächlichen Durchfluss

Verwenden:

• Daten zum Wärmepumpendurchfluss;

• externer Durchflussmesser;

• Verteiler-Durchflussmesser;

• Inbetriebnahme von Instrumenten.

Verlassen Sie sich nicht nur darauf, die Rohre zu berühren.

Schritt 4 – Überprüfen Sie den Rohrdurchmesser

Überprüfen Sie, ob die Hauptverteilerleitung den erforderlichen Gesamtdurchfluss bewältigen kann.

Schritt 5 – Berechnen Sie den Druckabfall

Enthalten:

• gerade Rohre;

• Ellbogen;

• Ventile;

• Siebe;

• Verteiler;

• Wärmetauscher;

• Beschläge.

Schritt 6 – Überprüfen Sie die Installationsqualität

Suchen:

• teilweise geschlossene Ventile;

• verstopfte Siebe;

• PPR-Fusionsbeschränkungen;

• geknickte Rohre;

• falsche Verbindungen;

• Luftschleusen.

Schritt 7 – Pumpenauswahl prüfen

Vergleichen Sie den erforderlichen Betriebspunkt mit der tatsächlichen Pumpenkennlinie.

Schritt 8 – Pumpenposition prüfen

Stellen Sie sicher, dass die Pumpe den vorgesehenen Hydraulikkreislauf versorgt.

Schritt 9 – Balancieren Sie das System

Passen Sie jeden Kreislauf an den erforderlichen Designfluss an.

Schritt 10 – Überprüfen Sie die Raumleistung erneut

Erst wenn das Hydrauliksystem ordnungsgemäß funktioniert, sollte die Leistung der Endheizung bewertet werden.

20. Schnelldiagnosetabelle

21. Ein wichtiges technisches Prinzip: Strömung vor Temperatur

Wenn ein Raum kalt ist, ist die Erhöhung der Wasseraustrittstemperatur der Wärmepumpe oft die erste Reaktion.

Wenn das eigentliche Problem jedoch ein unzureichender Durchfluss ist, geht dieser Ansatz nicht an der Grundursache.

Eine bessere Reihenfolge zur Fehlerbehebung ist:

Wärmebedarf

↓

Erforderliche Wärmeleistung

↓

Erforderlicher Wasserdurchfluss

↓

Rohrdurchmesser

↓

Systemdruckabfall

↓

Betriebspunkt der Pumpe

↓

Hydraulischer Ausgleich

↓

Terminalwärmeleistung

Erst nachdem diese Parameter überprüft wurden, sollten wir eine Erhöhung der Wassertemperatur in Betracht ziehen.

22. Warum der richtige Durchfluss auch die Effizienz der Wärmepumpe verbessert

Das hydraulische Design beeinflusst mehr als nur den Komfort.

Es wirkt sich auch auf die Leistung der Wärmepumpe aus.

Unzureichender Durchfluss kann dazu beitragen:

• instabile Wasseraustrittstemperatur;

• übermäßiges ΔT;

• reduzierte Wärmeübertragung;

• häufiges Radfahren;

• Hochdruckschutz unter bestimmten Bedingungen;

• schlechte Abtauwiederherstellung;

• reduzierte saisonale Effizienz.

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe sollte daher niemals als isolierte Maschine betrachtet werden.

Es ist Teil eines kompletten Hydroniksystems.

Eine hocheffiziente Wärmepumpe, die an ein schlecht ausgelegtes Wassersystem angeschlossen ist, kann kein hocheffizientes Heizsystem liefern.

Abschließendes Engineering-Takeaway

Für eineneine Wärmequelle, zwei AnschlüsseBei einem System, das Fußbodenheizung und Gebläsekonvektoren kombiniert, ist ein unzureichender Wasserdurchfluss eines der wichtigsten zu diagnostizierenden Probleme.

Die Grundursache kann sein:

Unterdimensioniertes Rohr

→Übermäßiger Druckabfall

→Unzureichender Pumpenkopf

→Schlechter hydraulischer Ausgleich

→Unzureichender Endfluss

→Unzureichende Wärmeübertragung

→Der Raum kann die eingestellte Temperatur nicht erreichen

Die Lösung ist nicht einfach eine größere Wärmepumpe oder eine größere Umwälzpumpe.

Der richtige Ansatz besteht darin, das gesamte System als hydraulisches Netzwerk zu betrachten und Folgendes zu berechnen:

Kapazität + ΔT + Durchfluss + Rohrgröße + Druckabfall + Pumpenkopf + Ausgleich

Wenn alle diese Parameter zusammenwirken, kann die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme tatsächlich dort ankommen, wo sie benötigt wird.

Eine Wärmequelle, zwei Anschlüsse – Serie zur Fehlerbehebung

Dieser Artikel istTeil 5unserer Engineering-Reihe:

Teil 1 – Erstinbetriebnahme oder langfristige Abschaltung
Teil 2 – Lufteinschlüsse in Fußbodenheizungsrohren
Teil 3 – Schlechtes Rohrleitungsdesign und -layout
Teil 4 – Unzureichende effektive Wärmeableitungsfläche
Teil 5 – Unzureichender Wasserdurchfluss im System

Weitere praktische Artikel werden weiterhin Luft-Wasser-Wärmepumpen, Fußbodenheizungen, Gebläsekonvektoren und das Design von Hydroniksystemen aus einer realen technischen Perspektive untersuchen.

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