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Heizkörper-Ventilation mit pfiffig designter Systemtechnik

Die Ventilation von Heizkörpern neu überdacht.

Eine Katze liegt auf einem Heizkörper.
Quelle: Ulrike Görgl / https://pixabay.com

Die patentierte und im Folgenden vorgestellte Entwicklung ermöglicht die Leistungssteigerung von Plattenheizkörpern über einen seitlich belüfteten Strömungskanal unterhalb des Heizkörpers. Der Kanal belüftet über ringförmige Austrittsöffnungen, die auch bei ausgeschaltetem Zustand noch freie Konvektion ermöglichen. Die Ventilation ermöglicht eine geringere Vorlauftemperatur bei gleicher Heizleistung und bewirkt damit Leistungssteigerungen von Wärmepumpen und Brennwerttechnik sowie die Leistungserhöhung von unzureichend dimensionierten Heizkörpern. Über eine Versuchsreihe an der Technischen Hochschule Köln wurde etwa 50 Prozent Leistungssteigerung ermittelt, was – über ein Jahr betrachtet – zu etwa 17 Prozent Heizkostenreduzierung bei Einsatz einer Luft/Wasser-Wärmepumpe führt.

Die Leistungssteigerung von klassischen Plattenheizkörpern über eine elektrisch erzeugte Luftventilation wird heute schon am Markt angeboten, allerdings setzen sich diese Lösungen nur in Sonderfällen durch, da sie oft wenig ästhetisch gestaltet sind. Klassische Lösungen sind Gebläse aus nebeneinander angeordneten Ventilatoren, die über oder unter dem Heizkörper angebracht werden [1]. Aber diese Lösung hat erhebliche Nachteile: Wer legt sich schon eine Reihe Ventilatoren auf den Heizkörper, dies ist kein schöner Blickfang. Und unter dem System angebracht, blockiert es den Luftstrom, wenn die Gebläse nicht laufen. Häufig fehlt auch jede Art von Gebläseregelung, so dass die Lüfter nur in voller Stärke oder gar nicht laufen.

Auch eingeführte Hersteller von Heizungs- bzw. Heizkörpersystemen bieten keine einfache Nachrüstung für den Privathaushalt an. Zwar werden Heizkörper mit Lüfter als "Wärmeaktivatoren" angeboten [2], diese Technik erfordert aber eine teure und aufwendige Neuinstallation im Raum.

Andererseits erhöht sich der Wirkungsgrad vieler Heizungssysteme bei Verringerung der erforderlichen Vorlauftemperatur – und dies ist mit einem aktiv ventilierten Heizkörper möglich.

Technologieentwicklung für die Ventilation

Um diese Anforderungen an zeitgemäße Heizungstechnik ästhetisch und energiesparend zu lösen, wurde die Ventilation von Heizkörpern von den Autoren neu überdacht und zum Patent angemeldet [3]. Das Ergebnis ist in Abb. 1 zu sehen.

Eine Ventilationseinheit.
Quelle: Herbert Wolf/Michael Bongards
Abb.1: Die Ventilationseinheit, mit Magneten unter einem Plattenheizkörper befestigt.

Leise laufende Ventilatoren fördern Raumluft in einen unter dem Heizkörper positionierten Kanal. Aus dem Kanal strömt die Luft durch um die Öffnungen angeordnete Schlitze und zieht dabei Raumluft mit. Abb. 2 zeigt einen Teil des Belüftungskanals mit zwei ringförmigen Austrittsöffnungen.

Ein Belüfterkanal.
Quelle: Herbert Wolf/Michael Bongards
Abb.2: Element des Belüftungskanals mit zwei ringförmigen Austrittsöffnungen für die angesaugte Raumluft.

Die Lüftungselemente sind steckbar, so dass die Länge des Kanals einfach an die Länge des Plattenheizkörpers angepasst werden kann.

Mit diesem Aufbau wird eine einfache und sehr leise Konvektion erzeugt, ähnlich wie es heute schon bei einigen Tischventilatoren realisiert ist [4]. Die Einheit wird ohne Umbauten oder Werkzeug mit Magneten am Heizkörper befestigt. Eine im Kanal integrierte Elektronik misst die Heizkörpertemperatur und regelt entsprechend die Ventilatoren: Mit zunehmender Temperatur des Heizkörpers laufen die Ventilatoren schneller. Ist in der Übergangszeit der Heizbedarf sehr gering, laufen die Ventilatoren nicht. In dieser Situation kann die Luft durch die großen Öffnungen im Kanal in freier Konvektion fließen und der Heizkörper arbeitet konventionell, ohne dass die Einheit entfernt werden müsste.

Ventilatoren und Elektronik laufen mit 12 V Spannungsversorgung. Damit ist auch eine elektrische Gefährdung, zum Beispiel von spielenden Kindern, ausgeschlossen. Die Stromversorgung kann beispielsweise aus einer "Schuko"-Steckdose mit USB-Anschluss erfolgen [5]. Da Steckdosen oft in der Nähe von Heizkörpern angeordnet sind, kann das Kabel zur Stromversorgung einfach verlegt werden und stört nicht das Gesamtbild.

Einsatzgebiete

Die Auswahl oder Modernisierung von Heizungssystemen ist heute keine rein technische oder wirtschaftliche Frage mehr. Entscheidende Einflussgrößen sind vielmehr gesellschaftliche Überlegungen und sich ändernde gesetzliche Vorgaben. Entsprechend sind die folgenden Ausführungen zu den Einsatzgebieten dieser Ventilationstechnik unter dem Gesichtspunkt der sich verschärfenden Umweltanforderungen und der globalen Anstrengungen zur Reduzierung von CO2-Emissionen zu betrachten. Speziell für den breiten Einsatz regenerativer Energie sowie von energieeffizienten Heizungssystemen kann diese Technik ein "Türöffner" sein:

Elektro-Wärmepumpen sind bei Betrieb mit "grünem" Strom aus regenerativen Quellen heute eine sehr zukunftsträchtige Heiztechnik. Eine Ventilation der Heizkörper reduziert die erforderlichen Vorlauftemperaturen und verringert damit über einen verbesserten COP-Wert [6] den Energieverbrauch. Hierzu sind in diesem Artikel die Ergebnisse einer Modellrechnung dargestellt.

Durch die Ventilation wird allgemein die Leistung vorhandener Heizkörper deutlich verbessert. Damit können vorhandene Gas- oder Ölheizungen, je nach Auslegung der Heizkörper, durch Elektro-Wärmepumpen ersetzt werden, ohne die Heizkörper vergrößern zu müssen. Dies ermöglicht auch in älteren Häusern die ökologische Modernisierung von Heizungssystemen. Gerade die vergleichsweise preiswerten und einfach zu installierenden Luft/Wasser-Wärmepumpen können wirtschaftlich meist nur mit maximalen Vorlauftemperaturen von 55 °C betrieben werden. Mit Einsatz der Ventilation in den vorhandenen Plattenheizkörpern reicht dieser Wert auch bei niedrigen Außentemperaturen und bei nicht zeitgemäß gedämmten Häusern aus.

Ebenso kann die Ventilation Fehler bei der ursprünglichen Heizungsauslegung ausgleichen. Ist ein einzelner Raum häufig zu kühl und ist dies durch einen hydraulischen Abgleich der Heizkreise nicht zu beseitigen, so wird durch die Ventilation gezielt die Leistung von Heizkörpern in diesem Raum vergrößert.

Heizungssysteme mit Gas-Brennwerttechnik können ihre Leistung ebenfalls deutlich verbessern. Niedrige mittlere Vorlauftemperaturen ermöglichen es, die latente Kondensationswärme im Abgasstrom besser zu nutzen und damit den Wirkungsgrad der Anlage zu erhöhen.

In Verbindung mit einem Thermostatventil am Heizkörper kann auch keine Überhitzung des Raumes durch die Leistungssteigerung des Systems erfolgen: Die Ventilation sorgt für eine bessere Wärmeabgabe an den Raum; ist die Solltemperatur erreicht, reduziert das Ventil den Durchfluss des Vorlaufs, der Heizkörper wird kühler und die Lüfter reduzieren ihre Drehzahl. Da die Zeitkonstanten der beiden Regelkreise "Ventilation" und "Thermostatventil" im Allgemeinen um mindestens eine Größenordnung unterschiedlich sind, ist auch keine Schwingung des Gesamtsystems zu erwarten.

Dienstag, 28.07.2020

Autoren dieses Artikels

Herbert Wolf
Gas- und Wasserinstallateurmeister
Michael Bongards
:metabolon Institut, Technische Hochschule Köln