Mal zu kalt, mal zu heiß – behagliche Wärme will sich im Raum oft einfach nicht einstellen. Drehen hilft nicht, weder die Öffnung des Heizkörper-Thermostatventils bis zum Anschlag noch die Verstellung von Mischventilen oder der Drehzahl der Heizungs-Umwälzpumpe. In vielen Gebäuden, vom privaten Einfamilienhaus über Mehrfamilien-Wohngebäude bis zum Bürokomplex bereitet diese scheinbare Eigenwilligkeit der Heizungsanlage Bewohnern, Gebäudeeigentümern und Hausverwaltern ständigen Ärger. Dies ist umso unerfreulicher, wenn gleichzeitig die steigenden Energiepreise die Heizkosten drastisch in die Höhe klettern lassen. Die Fehlersuche erstreckt sich dann vom Heizkessel über die Regelung bis zu den Pumpen, Ventilen, Temperaturfühlern und dem Ausdehnungsgefäß. Meist vergeblich, denn der Fehler steckt meist nicht in den durchweg technisch hoch entwickelten Anlagenteilen. Vielmehr wird der Fehler in die Heizungsanlage mit eingebaut, seit es Pumpenwarmwasserheizungen gibt.

Wissen, wie Heizwasser fließt

Mangelnder Wärmekomfort ist oft durch unausgeglichene Heizungs-Hydraulik verursacht. Ein derart unausgeglichenes Temperaturverhalten hat aber häufig weder mit Lufteinschlüssen noch mit vermeintlich zu schwachen Umwälzpumpen zu tun, sondern mit der Hydraulik im Rohrleitungssystem der Heizungsanlage. Gemeint ist damit das Fließverhalten des Heizungswassers, das auf simple Weise physikalischen Gesetzmäßigkeiten und somit immer dem Weg des geringsten Widerstandes folgt. Allgemein ist bekannt, dass sich Druck nach allen Seiten gleichmäßig ausbreitet. Die Übertragung dieser Gesetzmäßigkeit auf die Heizungsverteilung bedeutet schlicht, das Heizwasser zwischen Kessel und Verbrauchern auf einem Nullpunkt zu sammeln und wieder zu verteilen. Dies erfordert eine völlig andere Bauform des Heizungsverteilers. Die Idee entstand im österreichischen Vorarlberg. Von dort stammt das Zortström-System, ein zylinderförmiges Sammel- und Verteilsystem, bei dem das Heizwasser über kreisförmig angeordnete Rohrleitungsanschlüsse zu- und abströmt und damit für ein ausgeglichenes Regelverhalten sorgt.

Zwei Kraftwerke für alle Heizungspumpen

Die Geometrie des Zortström-Systems bewirkt ausgeglichene Strömungsverhältnisse, die mit den üblicherweise verwendeten balkenförmigen Verteilungen so nicht erreicht werden können. Bei konventioneller Bauweise wird oft versucht, durch den Einbau noch stärkerer Heizungs-Umwälzpumpen den Beschwerden abzuhelfen. Ohnehin aber sind in sehr vielen Heizungsanlagen die Pumpen viel zu groß dimensioniert. Mit der Konsequenz, dass die Stromkosten für die Umwälzpumpen das Haushaltsbudget unnötig belasten – in manchem Einfamilienhaus sind sie für bis zu 10% der Stromkosten verantwortlich [1]. Ohne elektrischen Strom als Antriebsenergie kommt zwar keine Heizungsanlage aus. Der Strombedarf soll jedoch in einer Größenordnung bleiben, wie es seiner Aufgabe als reine Hilfsenergie entspricht. In Wirklichkeit allerdings verbrauchen alle in deutschen Heizungs- und Klimaanlagen installierten Umwälzpumpen zusammen jährlich 15 Milliarden Kilowattstunden (kWh). Dies entspricht, wie nach der Auswertung von Statistiken einmal festgestellt wurde, dem Stromverbrauch aller elektrisch betriebenen Schienenfahrzeuge von Deutscher Bahn und öffentlichem Nahverkehr zusammen. Die Leistungsaufnahme aller Umwälzpumpen verschlingt damit in der Summe die Stromproduktion von zwei großen Kohlekraftwerken.

Gegenseitige Beeinflussung verhindert gleichmäßige Wärmeverteilung Versuche, mit stärkeren Pumpen die Umwälzmenge zu erhöhen, sind erstens ein Indiz für eine unausgeglichene Hydraulik, zweitens wird dadurch das eigentliche Problem eher noch zusätzlich verstärkt. Dies lässt sich anschaulich am Beispiel eines Mehrfamilienhauses erläutern, wo mehrere Gruppen von Heizkreisen zu versorgen sind: Unterschiedlich große Pumpen beeinflussen sich gegenseitig und schaffen damit ungleichmäßige Druckverhältnisse. Analog verhält es sich infolge dessen mit den Temperaturen an den Heizkörpern. Während im einen Leitungsabschnitt eine viel zu große Durchflussmenge zirkuliert, bleiben andere Leitungsteile unterversorgt. Wasser ist physikalisch betrachtet eine träge Masse. Somit hilft weder pressen noch saugen, um das Heizwasser in den richtigen Fluss zu bekommen.

Prinzip der Einfachheit

Der Lösungsansatz ist, die Wasserströme so zu ordnen, dass innerhalb der Heizungsanlage ausgeglichene Druckverhältnisse herrschen. Mit dem Ergebnis, dass die Wärme stets dorthin transportiert wird, wo sie benötigt wird. Die Aufgabe eines Heizungssystems ist, die angeschlossenen Heizflächen und Wärmeübertragungssysteme (z.B. Heizkörper, Fußboden-/Wandheizungen, Radiatoren, Lufterhitzer) über das Leitungsnetz so zu versorgen, dass die vorgesehene Raumtemperatur erreicht wird. Dazu muss in den Rohrleitungen die richtige Durchflussmenge fließen. In den Heizungskellern ist heute modernste Technik installiert, deren laufende Weiterentwicklung sich an höchstmöglicher Energieeinsparung und optimalem Wärmekomfort orientiert. Hinzu kommt, dass die Dimensionen der Rohrleitungen vom Heizungsfachmann nach einem Berechnungsverfahren genau ermittelt werden, bei größeren Anlagen oft mit EDV-Unterstützung. Trotzdem scheint das Heizwasser in vielen Anlagen nach eigenen Gesetzmäßigkeiten zu strömen. Denn was sich trotz der enormen Innovationen der vergangenen Jahre in der Heiztechnik nicht verändert hat, ist die Art und Weise, wie die mit teurer Primärenergie erzeugte Wärme zu den Verbrauchern geschickt wird.

Bislang unerkannte Schwachstelle

Die Eigenschaft des Zortström-Systems, innerhalb der Heizungs-Hydraulik als ausgleichendes Element zu wirken, eliminiert diese bislang weitgehend unerkannt gebliebene Schwachstelle. Die Wasserströme in der Leitungsanlage werden aufeinander abgestimmt. Dies geschieht lediglich durch die Form dieses Sammel- und Verteilsystems. Dem Heizungswasser wird im Grunde nichts anderes ermöglicht, als nach den natürlichen physikalischen Gesetzen der Strömungstechnik und der Schwerkraft den Wärmetransport in die richtigen Bahnen zu lenken. Zusätzliche Steuerungsbauteile, gleich ob mechanische Drosselventile oder elektronische Regelungsorgane, sind nicht erforderlich. Es ermöglicht zudem die Abstufung der Heizwasserströme in verschiedene Temperaturbereiche. Damit ist beispielsweise bei Brennwert-Heizgeräten gewährleistet, dass die tiefen Rücklauftemperaturen aus den Heizkreisen auch wirklich so dem Kessel zugeführt werden, dass die Abgase kondensieren können.

Im Ergebnis Kostenreduzierung

Der Pumpenstrombedarf reduziert sich auf ein Minimum, so dass die Heizungspumpen ihren eigentlichen Zweck erfüllen können, das Heizungswasser nur gegen die statische Druckhöhe in Umlauf zu halten. Hinzu kommt der Effekt, dass der Einsatz des Zortström-Systems den Planungs- und Installationsaufwand minimiert. Gleichzeitig entsteht im Heizraum ein aufgeräumtes Installationsbild. Damit verbunden ist auch eine Senkung der Investitionskosten, abgesehen vom geringeren Platzbedarf für die Heizungsinstallation. Die Wirkungsweise des Anlagen-Nullpunkts zeigt sich besonders bei bivalenten Heizsystemen, beispielsweise der Kombination eines Niedertemperaturheizkessels mit Solarwärme. „Die Wärme zur richtigen Zeit mit der richtigen Temperatur an den richtigen Ort zu bringen, ist das Prinzip des Zortström-Systems“, erläutert dessen Erfinder Rembert Zortea.

WH

Literatur:[1]:
Energie effizient nutzen: Klima schützen, Kosten senken; Sonderpublikation der KfW Bankengruppe; Juli 2005