Einrohrheizung - Einrohrsystem

ein besonderes System

Geschichte der Sanitär-, Heizungs-, Klima- und Solartechnik

Abkürzungen im SHK-Handwerk

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Bei der Einrohrheizung werden die einzelnen Heizkörper über eine Ringleitung miteinander verbunden. Ringleitungen, welche sich lediglich auf eine Wohneinheit oder auf ein Geschoss beschränken, werden als waagerechte Einrohrheizungen bezeichnet.
Hierbei können maximal bis zu 7 Heizkörper oder ca. 10 kW Heizleistung an eine Ringleitung angeschlossen werden. Sollte für eine Wohneinheit eine größere Heizleistung erforderlich sein, ist eine Unterteilung auf mehrere Ringleitungen erforderlich. In Altbauten und in den Plattenbauten der neuen Bundesländer findet man oft noch Ringleitungen über mehrere Geschosse, die als senkrechte Einrohrheizungen bezeichnet werden.
Der Anschluss der Heizkörper an die Ringleitung erfolgt mit Spezialarmaturen für Einrohrheizungen, welche einen bestimmten Prozentsatz des Heizungswassers dem Heizkörper zuführen (ca. 30%) und den verbleibenden Volumenstrom an dem Heizkörper vorbeiführen. Durch die Vermischung des Heizungswassers aus dem Bypass mit dem abgekühlten Heizkörperwasser wird die Temperatur des Heizungswassers in der Ringleitung in Strömungsrichtung immer kleiner.
Da die Wärmeleistung von Heizkörpern sich ungefähr proportional zur Vorlauftemperatur verhält, ergeben sich in Strömungsrichtung gesehen höhere erforderliche Wärmeleistungen der Heizkörper.

Deswegen reagieren Einrohrsysteme empfindlich auf das Abstellen einzelner Heizkörer (Räume) im Kreis, weil dann die nächsten Heizkörper nicht mehr die berechnete Mischtemperatur bekommen, sondern eine höhere Temperatur. Das führt zu einer Überheizung dieser Räume bzw. zum Abstellen der Thermostatventile, weil die höhere Temperatur als "Fremdwärme" angesehen wird. Letztendlich ist die Temperatur hinter dem letzten Heizkörper im Kreis erheblich höher als gewünscht, was z. B. bei einer Brennwertanlage nicht sein sollte.

 

 

Das waagrechte System ist anpassungsfähig an den Baukörper und erlaubt den Einsatz individueller Wärmezähler. Die senkrechten Hauptstränge werden z.B. im Leitungsschacht der Sanitärräume verlegt. Die daran angeschlossenen Ringleitungen werden im Unterlagsboden oder unter Fussleistenabdeckungen geführt.
Der Anschluss der Heizkörper kann z.B. mit einem Saugfitting im Heizkörperrücklauf oder mit Lanzen-, Steigrohr- und Dreiwegeventilen realisiert werden. Der Anteil des Heizwassers, der über den Heizkörper abgezweigt wird, richtet sich nach den Angaben des jeweiligen Ventilherstellers und liegt üblicherweise zwischen 35 bis 50 Prozent.

Heizkörperanschlussmöglichkeiten
Ein Problem kann die sogenannte Mikrozirkulation sein. Dabei gelangt über das strömende Heizungswasser über den Rücklaufanschluss in den Heizkörper, der daraufhin trotz geschlossenem Thermostatventil geringfügig Wärme abgibt. Die Ursache ist ein thermischer Auftrieb, der durch den Dichteunterschied zwischen dem kühlen Wasser im Heizkörper und dem wärmeren Verteilwasser entsteht. Bei Zweirohrheizungen ist dieser Effekt aufgrund der separaten Rücklaufführung und einem entsprechend niedrigem Rücklauftemperaturniveau vernachlässigbar gering.
Die Temperatur für den Betrieb von Brennwertkesseln eine unterhalb der Abgas-Taupunkttemperatur (Erdgas: ca. 55°C, Heizöl: ca. 47°C) liegende Rücklauftemperatur ist auch ein Problem. Die Absperrung von Heizkörpern wirkt sich in der Einrohrheizung mit einer Temperaturerhöhung im Heizwasserverteilsystem aus. Auch wenn die Systemtemperaturen auf eine Brennwertnutzung ausgerichtet sind, kann in Einrohrheizungen eine Rücklauftemperaturerhöhung über die Abgas-Taupunkttemperatur nicht in allen Betriebszuständen ausgeschlossen werden. Deshalb sind Einrohrheizungen für Brennwertanlagen weniger geeignet.
Merkmale einer Einrohrheizung:
      •  Reihenschaltung der Heizkörper
      •  Verkleinerung der Heizflächen am Stranganfang
      •  Vergrößerung der Heizflächen am Strangende
      •  Einstellung des Teilvolumenstroms am Heizkörper
      •  Sonder-Heizkörperventile
      •  nachträgliche Anlagenerweiterung nur mit Umplanung möglich
      •  Begrenzung der Leistung auf rund 10 kW
      •  konstant hoher Volumenstrom/differenzdruckgeregelte Pumpe wirkungslos
      •  Mikrozirkulation möglich
      •  Einsatz der Brennwerttechnik weniger geeignet

Heizkörper-Dimensionierung für Einrohrheizungen
Bei dem Einrohrsystem wird im Gegensatz zu einer Zweirohranlage der Vor- und Rücklauf im selben Rohr geführt. Dabei wird je nach Anlagenart das gesamte, oder ein Teil des im Strang fließenden Wassers abgezweigt und dem Heizkörper zugeführt. Dadurch hat jeder Heizkörper eine eigene Vor- und Rücklauftemperatur.
Daraus ergibt sich:
  •   eine Verkleinerung der Heizkörper am Kreisanfang und eine Vergrößerung zum Kreisende
  •   eine Leistungsänderung der nachfolgenden Heizkörper bei der Abschaltung eines vorherigen Heizkörpers
  •   eine sorgfältige Berechnung und das fehlenden der Fachleute in der Praxis
  •   begrenzte Kreislängen
  •   Schwierigkeiten bei einer nachträglichen Änderung (Erweiterung) des Systems
Anbindung der Heizkörper
Bei dem Zwangsdurchlaufsystem wird das gesamte durch den Strang fließende Wasser durch den Heizkörper geleitet. Dabei sollte bei der Dimensionierung der Ringleitung die Rohrdimension nicht über DN 15 bzw. bei Kupfer- oder Präzisionsstahlrohren nicht über 18 x1 mm gewählt werden, da in dieser Dimension auch die Heizkörperanschlüsse auszuführen sind. Die Gesamtabkühlung im Ring sollte zwischen 8 und 15 K liegen und wird im Normalfall mit 10 K angenommen. Die Fließgeschwindigkeit im Ring sollte bei ca. 0,5 bis 0,8 m/s liegen. In diesem System ist eine Heizkörperregelung über den Massenstrom (Thermostatventile) nicht möglich. Bei einigen Heizkörpern (z. B. Sockelleistenkonvektoren) wird die Wärmeabgabe über Luftklappen geregelt oder es werden Ventilatorkonvektoren eingesetzt, die über die Drehzahl des Ventilators die Wärmeabgabe regelt.
Das Nebenschlußsystem (reitender Anschluss) ist regelungstechnisch gegenüber dem Zwangsdurchlauf zu bevorzugen, da durch den kleineren Heizkörpermassenstrom die Spreizung vergrößert wird, was zu einer flacheren und somit proportionaleren Leistungskennlinie führt.
Bei diesem System strömt auch bei voller Auslastung  nur ein Teil des durch den Ring fließenden Wassers durch den Heizkörper. Die Aufteilung des Massenstromes vor dem Heizkörper wird entweder durch die Dimensionierung von der Heizkörperanbindungsleitung und der Bypassstrecke, oder durch die Verwendung von speziellen Einrohrventilen, bei denen die Bypassstrecke durch eine Durchtrittsbohrung am Verteilpunkt ersetzt wird, bestimmt.

Die Dimension der Ringleitung kann im Gegensatz zum Zwangdurchlaufsystem in beliebiger Dimension ausgeführt werden.

Bei der Auslegung sind folgende Dinge zu beachten:
  •   Je kleiner die jeweilige Heizkörperleistung, desto geringer ist die Abkühlung des Strangmassenstromes und damit auch die Beeinflussung der nachfolgenden Heizkörper im Falle einer Abschaltung des Heizkörpers daher sind an einem Strang mehrere kleine Heizkörper vorteilhafter als große Heizkörper.
    Große Heizkörper sollten daher in mehrere kleinere Heizkörper aufgeteilt werden.
  •   Eine geringe Spreizung führt zu höheren Mitteltemperaturen und somit kleineren Heizkörpern, jedoch wird der Strangmassenstrom und somit der Strangdurchmesser erhöht.
  •   Die Gesamtabkühlung im Ring sollte zwischen 8 und 15 K liegen
    und wird im Normalfall mit 10 K angenommen.
Aufteilung > Kurzschlussstrecke – Heizkörperanbindungsleitung
  •   Der Druckverlust in der Kurzschlussstrecke (Bypassstrecke) und der Druckverlust in der Heizkörperanbindungsleitung sind immer genau gleich groß. Dabei muss beachtet werden, dass sich in der Heizkörperanbindungsleitung wesentlich mehr Zeta-Werte befinden (Rohrleitung und Formstücke, Heizkörperventil, Heizkörper und Rücklaufverschraubung) als in der Bypassstrecke, die Fließgeschwindigkeit durch die Bypassstrecke (wird meist in der Dimension des Heizringes ausgeführt) ist jedoch wesentlich größer als die Fließgeschwindigkeit durch die Heizkörperstrecke. Damit die Fließgeschwindigkeit durch die Anbindungsleitung nicht zu gering wird, sollte diese erfahrungsgemäß mindestens eine Dimension kleiner ausgeführt werden als der Heizring.
  •   Besonders schwierig wird die Anpassung des Druckverlustes zur Erreichung der richtigen Wasseraufteilung dann, wenn besonders große Massenströme durch den Heizkörper erforderlich sind (große Heizkörperleistung).
  • Erfahrungsgemäß sollte die Wassermenge über den Heizkörper ca. 10 bis 20 %, auf keinen Fall jedoch mehr als 30 % des Strangdurchflusses betragen.
  •   Zu Problemen kann es kommen, wenn die Kurzschlussstrecke sehr kurz ist (zum Beispiel bei sehr hohen Heizkörpern) und damit zu viel Massenstrom durch die Kurzschlussstrecke fließen würde. Dann sind folgende Maßnahmen empfehlenswert:

• Auswahl eines größeren Heizkörpers, damit steigt die Spreizung und der Massenstrom durch den Heizkörper kann geringer sein
• Einschnürung der Kurzschlußstrecke
• Einschweißen von Drosselscheiben
• Verlängerung der Kurzschlußstrecke
• Verwendung von Saugfittings

Das Heimeier E-Z System kann bei allen Heizkörpern mit Zweipunktanschlüssen in Ein- und Zweirohrheizungen eingesetzt werden.
Im Einrohr-System kann der Massenstrom (Volumenstrom) zum Heizkörper stufenlos zwischen 30 - 60 % (werkseitige Einstellung - 35 % Heizkörperanteil) eingestellt werden.  Der Bypass bleibt im Einrohrbetrieb unabhängig von der Absperrung geöffnet, so dass die Zirkulation der Ringleitung nicht unterbrochen wird.
Durch das Linksdrehen  des Reguliertellers bis zum Anschlag kann der Verteiler auf einen Zweirohrbetrieb umgestellt werden (100 % Massenstrom über den Heizkörper, Bypass geschlossen). Durch Rechtsdrehen des Reguliertellers bis zum Anschlag ist der Heizkörperrücklauf absperrbar, der Heizkörpervorlauf wird am Thermostat-Ventilunterteil geschlossen. Eine integrierte Schwerkraftbremse im E-Z Verteiler verhindert eine Rücklaufzirkulation.
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Das Einrohrventil mit Tauchrohr wird in Heizkörper mit seitlichem Einpunktanschluss eingesetzt. Die Armatur besteht aus dem Einrohrventilunterteil, einem Tauchrohr (kurze oder lange Ausführung) und einer Stauscheibe.
Durch den Spezial-Regulierteller wird ein annähernd gleichbleibender Massenstrom in der Ringleitung gewährleistet. Im Auslegungsfall beträgt der Heizkörperanteil 35 % des Ringmassenstromes. Der Bypass bleibt unabhängig von der Absperrung des Vor- und Rücklaufes geöffnet und die Zirkulation in der Ringleitung wird nicht unterbrochen. Eine integrierte Schwerkraftbremse im E-Z Verteiler verhindert eine Rücklaufzirkulation.
Quelle: TA Heimeier GmbH

Berechnung der erforderlichen Heizkörperleistung
Um die gewünschte Leistungsabgabe zu erreichen, müssen für alle Heizkörper die entsprechenden Vor- und Rücklauftemperaturen ermittelt und daraus die Niedertemperaturfaktoren berechnet werden.
Auslegung eines Einrohr-Heizkreises
Sanierung mit dem Kermi-Eccolution-System

Umkehr-Einrohrheizung (Perpendikel-Heizung)
Quelle: Recknagel/Sprenger/Schramek - 69. Auflage/2000
Dieses Anlagensystem wurde bis ins 21. Jahrhundert immer wieder in Großanlagen dann eingesetzt, wenn eine möglichst niedrige Rücklauftemperatur gefordert wurde. Dies ist besonders bei der Einspeisung von Fernwärme der Fall. Die waagerechte Umkehr-Einrohrheizung (Perpendikel-Heizung) erreicht eine niedere Rücklauftemperatur  und hat eine große Spreizung zwischen Vor- und Rücklauf.
Da bei größeren Einrohrsystemen (bis 100 Heizkörper) die letzten Heizkörper eine sehr niedrige Heizmitteltemperatur haben, wurde dieses Umkehrprinzip eingesetzt. In regelmäßigen Intervallen (z. B. 20 Minuten) wird der Durchfluss umgekehrt. Dadurch erreichen alle Heizflächen über einen bestimmten Zeitraum gesehen die gleichen Heizmittelltemperaturen. Die Mehr- bzw. Minderleistung der Heizflächen wird bei der Trägheit der Gebäude letztendlich kaum bemerkt, weil die eingesetzten Thermostatventile dieses ausgleichen.
Das eingesetzte 4-Wege-Umschaltventil muss eine kurze Laufzeit und die Spezial-Thermostatventile einen geringen Widerstand haben. Die Ringleitungen wird mit Rund- oder Vierkantrohren hergestellt und müssen wegen des häufigen Temperaturwechsels besonders gut schallgedämmt befestigt werden.
Die Anlage besteht aus einem 4-Wege-Umschaltventil mit Intervallumschaltung, einer außentemperaturgesteuerten Vorlauftemperaturregelung und einem Rücklaufbegrenzer.
 

Hydraulischer Abgleich
Da es im Neubaubereich keine Einrohrheizungen mehr geplant und gebaut werden, geht es im Folgendem um den Abgleich bestehender Anlagen. Der Fachmann sagt in den meisten Fällen - Finger weg und in Zweirohranlagen umbauen. Eine Einrohrheizung wird man nach einer Haus- bzw. Wohnungssanierung (Wärmedämmung der Außenwände und Geschossdecken, neue dichtschließende Fenster) nie richtig in den Griff bekommen. Aber ein Abgleich ist aus energetischer Sicht immer sinnvoll.
Außerdem ist der Abgleich nicht nur nach der VOB (Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen) Teil C – ATV DIN 18380, der DIN EN 14336 (Heizungsanlagen in Gebäuden – Installation und Abnahme der Warmwasser-Heizungsanlagen - 01-2005) und der EnEV (Energieeinsparverordnung) vorgeschrieben, sondern auch Grundvoraussetzung für eine effizient arbeitende außentemperaturgesteuerte Anlage. Natürlich muss diese Leistung auch beauftragt und bezahlt werden.

Bei einigen Fördermaßnahmen ist der Abgleich zwingend vorgeschrieben und muss entsprechend von einem Fachbetrieb bescheinigt werden.

Bei der Einrohranlage bleibt die Strangwassermenge anders als bei einer Zweirohranlage gleich, es handelt sich um ein volumenstromkonstantes System. Wenn bei diesem System das Thermostatventil die Heizwasserzufuhr zum Heizkörper drosselt, so wird mehr Heizwasser durch den Bypass am Heizkörper vorbeigeführt. Dadurch steigt die Vorlauftemperatur zum nächsten Heizkörper und er wird mit mehr Wärme versorgt bzw. überversorgt. Dieser Vorgang setzt sich bis zum letzten Heizkörper des Heizkreises fort. Ebenso wirken sich andere Störungen (z. B. überhöhte Strangvolumenströme) aus, die damit zu ansteigenden Rücklauftemperaturen führen.
Um eine Einrohranlage nachträglich abgleichen zu können, müsste eine neue Rohrnetzberechnung der einzelnen Kreise durchgeführt werden (die notwendigen Berechnungsprogramme werden von den einzelnen Armaturenherstellern zur Verfügung gestellt), um die Ringvolumenströme einigermaßen genau zu ermitteln. Jetzt könnten mit manuell einstellbaren Strangregulierventilen oder Volumenstromregler die Volumenströme konstant gehalten werden.
Besonders in Anlagen mit mehreren Einrohrkreisen muss der Volumenstrom jedes Kreises nach der Summe der Raumheizlasten gewährleistet sein. Hier werden Volumenstromregler eingesetzt, an denen der konstante Volumenstrom eingestellt wird.
automatisches Regelventil
Quelle: Honeywell GmbH
Messgerät für Durchflussmessungen
Quelle: Honeywell GmbH
Ein automatisches Regelventil für Systeme mit konstantem Volumenstrom zur Regelung von Heizungs- und Kühlsystemen (besonders in Einrohrsystemen, Fan-Coil mit Bypass, Kühldecke mit Bypass) indem es für einen konstanten Durchflusswert auch bei wechselnden Druckverhältnissen sorgt. Dabei wird der Durchflusswert von außen am Ventileinsatz voreingestellt.
Der Ventileinsatz eines Regelventils enthält zwei miteinander gekoppelte Komponenten. Eine mit einer verstellbaren Blende und die andere die den Differenzdruck über die Blende regelt. Das Ergebnis ist ein konstanter Durchfluss durch das Ventil, unabhängig von wechselnden Druckverhältnissen. Vor dem Spülen des Systems wird empfohlen den Ventileinsatz zu entnehmen und eine Verschlusskappe einzuschrauben.
Ein passendes Messgerät für Durchflussmessungen in temperaturübertragenden Heiz- und Kühlsystemen misst den Differenzdruck über einer Öffnung, z. B. einem Ventilsitz. Zusammen mit dem kv-Wert der Öffnung wird der Durchfluss mit der kv-Formel berechnet. Der kv-Wert aller Ausgleichsventile sind in einer internen Datenbank gespeichert. Die manuelle Eingabe des kv-Werts ist ebenso möglich.
Quelle: Honeywell GmbH
Da sich in der Praxis der Einsatz von manuell einstellbaren auf Grund der aufwendigen Berechnungen und komplizierter Messungen der Volumenströme als zu aufwendig erwiesen hat, ist der Einsatz von Volumenstromreglern der einfachere Weg. Ein weiterer Vorteil dieser Ventile ist, dass sich die einzelnen Kreise nicht gegenseitig beeinflussen können bzw. automatisch ausgeglichen werden.
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Strangventile optimieren betagte Einrohranlagen
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Meinungen/Anregungen/Kritik
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VDI 6030 in Verbindung mit DIN EN 12831
Heizkörper-Wärmeleistung-Umrechnung
Heizkörperauslegung/Korrekturfaktoren
Planungsunterlagen _ Buderus
Heizplatten - Buderus
Gliederheizkörper
Brennwerttechnik in Einrohranlagen
Heizflächenauslegung bei Heizkörperheizungen
waagerechte und senkrechte Wandschlitze
Arbeitstechniken Rohr
Rohrdämmung
Rohrdämmung nach der EnEV 2009
Rohrgewindeverbindung
Rohrverschraubungsarten
Rohrbefestigungen
Rohrbruch- und Leckortung
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Etagenheizung
Rohrleitungssysteme
Zweirohrheizung
3- und 4-Rohrsysteme
hydraulische Schaltungen
Hydraulische Weiche
hydraulischer Abgleich - Kurzfassung
Rohrnetzberechnung
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