Was ist eine Zonenregelung? Wie wird die Temperatur jedes Raums einzeln geregelt?

Die Zonenregelung arbeitet, indem jedem Bereich ein eigenes Thermostat, ein motorbetriebenes Zonenventil und ein Regelmodul zugeordnet werden. Fällt die Temperatur am Raumthermostat unter den Sollwert, sendet es ein Signal an das Regelmodul; das Modul öffnet das motorbetriebene Ventil des betreffenden Bereichs und gibt gleichzeitig ein Wärmeanforderungssignal an den Wärmeerzeuger weiter, also an die Kombitherme oder den Heizkessel. Erreicht die Bereichstemperatur ihren Zielwert, unterbricht das Thermostat das Signal, und das Regelmodul schließt das Ventil. Sind alle Zonenventile geschlossen, sendet das System dem Wärmeerzeuger den Stoppbefehl.

Die Regelungslogik besteht aus zwei Ebenen. Die erste Ebene liegt auf Bereichsebene: Thermostat, motorbetriebenes Ventil und Regelmodul. Die zweite Ebene liegt auf Systemebene: das vom Zonenmodul abgegebene Wärmeanforderungssignal und das Gleichgewicht von Volumenstrom und Druck der Pumpe. Ist die zweite Ebene nicht richtig ausgelegt, das heißt fehlt ein Bypass- oder Differenzdruckventil, entsteht beim Schließen der letzten Zone Überdruck in der Anlage, und entweder fällt die Pumpe aus, oder es kommt an dem einzigen noch geöffneten Ventil zu einer lauten Strömung mit hoher Geschwindigkeit.

Das motorbetriebene Zonenventil ist das grundlegende Absperrelement der Zonenregelung; es ist eine Kombination aus Ventil und Stellantrieb, die mit dem vom Regelmodul empfangenen elektrischen Signal öffnet und schließt und den Volumenstrom bereichsweise regelt. Für die technische Auswahl sind vier Parameter maßgeblich: der Kvs-Wert als Durchflusskoeffizient, die Nennweite DN, die Betriebsspannung und das Drehmoment des Stellantriebs.

Der Kvs-Wert wird mit folgender Formel berechnet: Kvs gleich Q geteilt durch Quadratwurzel aus Delta P geteilt durch Verlustbeiwert. Als einfache Faustregel wird in Heizkreisen die Auslegungsdruckdifferenz am Ventil zwischen 20–40 kPa gehalten. Beispiel: Für einen Volumenstrom von 0,4 m³/h und eine Druckdifferenz von 30 kPa ergibt sich ein Kvs-Wert von ca. 1,3, und ein Gehäuse DN15 reicht aus. In Fan-Coil- oder Heizkörperkreisen liegt der Volumenstrom einer einzelnen Zone meist im Bereich von 0,2–1,0 m³/h, und diese Werte entsprechen Ventilen zwischen DN15 und DN20.

Das Drehmoment des Stellantriebs muss ausreichen, um die Dichtheit des Ventils in Schließstellung sicherzustellen. Weil sich durch thermische Ausdehnung bedingte Verkalkung auf der Dichtfläche ablagert, sollte das gewählte Drehmoment bei Heizungsanwendungen mindestens das 1,5-Fache des Katalog-Mindestwerts betragen. Die Produktgruppe der Kugelhähne mit Motorantrieb von Pomeka umfasst Ventile von DN15 bis DN50 mit den Spannungsoptionen 24V und 230V und der Betriebsart NC oder NO. (Details: https://www.pomeka.com/motorlu-kuresel-vanalar)

24V-Stellantriebe werden bei Anwendungen der Zonenregelung in den meisten Fällen den 230V-Modellen vorgezogen; der wesentliche Grund ist die Sicherheit. Da die Steuerleitungen bei 24V im Kleinspannungsbereich bleiben, lassen sich Kabelisolierung und Anschlussklemmen deutlich einfacher montieren. Außerdem erzeugen Regelmodule standardmäßig einen 24V-Ausgang, sodass keine zusätzliche Spannungswandlung nötig ist.

Der elektrothermische Stellantrieb von Watts als 24V-NC-Modell, der WT-22CX24NC2, ist ein Produkt, das in Zonenregelungen als Referenz gilt. Dieses Modell wird bei Anwendungen der Zonenregelung mit 24V-Stellantrieb häufig gewählt; es arbeitet mit einer Versorgung von 24V AC/DC, und durch die Ausführung stromlos geschlossen (NC) schließt das Ventil bei Spannungsausfall automatisch. Diese Eigenschaft ist in der Zentralheizung unter dem Gesichtspunkt der Ausfallsicherheit entscheidend. Die Schutzart IP54 ermöglicht den sicheren Einsatz in feuchten Umgebungen wie Heizraum und Technikräumen. Der Watts WT-22CX24NC2, der mit Fan-Coil-Regelung, Zentralheizung und BMS-Automation kompatibel ist, zeichnet sich durch leisen Betrieb und kurze Reaktionszeit aus. (Details: https://www.pomeka.com/motorlu-kuresel-vanalar)

Die Fälle, in denen ein 230V-Stellantrieb bevorzugt wird, sind begrenzt. Wenn in der bestehenden Installation nur eine 230V-Leitung verläuft und die Verlegung von Kleinspannungskabeln nicht möglich ist, oder wenn bei großen Industrieventilen ein hohes Drehmoment erforderlich ist, kann 230V sinnvoll sein. Bei neuen Zonenregelungen wird jedoch empfohlen, stets mit 24V zu beginnen. (Details: 24V- oder 230V-Stellantrieb? Welcher gehört in welche Anwendung?)

Das Zonenregelmodul ist eine elektronische Regeleinheit, die die Anforderungssignale der Thermostate entgegennimmt, die zugehörigen Ventilausgänge ansteuert und die Wärmeanforderung sowie die Pumpenbefehle im gesamten System koordiniert. Bei der Modulauswahl sind zwei Parameter maßgeblich: die Zonenanzahl und die Spannungsverträglichkeit der Ventile.

Die Zonenanzahl entspricht der Anzahl der unabhängigen Regelbereiche im Gebäude. In Wohnprojekten sind 2–6 Zonen typisch; getrennte Nutzungsbereiche wie Wohnzimmer, Schlafzimmer, Kinderzimmer und Bad bilden jeweils eine Zone. In Gewerbegebäuden kann die Zonenanzahl zwischen 8–32 liegen, und an diesem Punkt sind fortgeschrittenere Module erforderlich, die mit Gebäudeautomationssystemen zusammenarbeiten. Für jede Zone wird am Modul ein Relais- oder Triac-Ausgang vorgesehen.

Der Anschlussplan besteht aus drei Ebenen. Die erste Ebene ist die Spannungsversorgung: Das Modul wird von einem 24V-Transformator gespeist. Die zweite Ebene ist die Regelung: Jedes Raumthermostat wird an das Modul angeschlossen und liefert als Anforderungssignal 24V oder schließt einen potentialfreien Kontakt. Die dritte Ebene ist der Ausgang: Das Modul legt an jeden Ventilantrieb 24V an und schaltet das Pumpenrelais, wenn alle Bereiche geschlossen sind. Einige Modelle bieten zusätzlich einen separaten Relaisausgang für den Wärmeerzeuger, also Kombitherme oder Heizkessel; diese Eigenschaft optimiert den Schaltzyklus der Kombitherme. (Details: Was ist HLK-Automation? Wie lassen sich Heizungs- und Kühlsysteme in Gebäuden intelligent machen?)

Das Bypassventil ist in Zonenregelungen ein zwingend erforderliches Sicherheits- und hydraulisches Ausgleichselement; es verhindert, dass die Anlage in Überdruck gerät, wenn eine oder mehrere Zonen schließen. Die Antwort auf die Frage, warum in der Zonenregelung ein Bypass nötig ist, liegt in der Kennlinie der Pumpe: Eine Pumpe mit konstanter Drehzahl senkt den Volumenstrom auf null, sobald alle Zonenventile geschlossen sind, und treibt den Druck auf den Maximalpunkt; an diesem Punkt brennt entweder die Motorwicklung der Pumpe durch, das Sicherheitsventil öffnet, oder die Strömungsgeschwindigkeit am einzigen noch geöffneten Ventil übersteigt 2–3 m/s und erzeugt Geräusche.

Die Position des Bypassventils ist entscheidend. Das Ventil wird zwischen Vor- und Rücklauf des Verteilers angeschlossen. Der statische Bypass gibt mit einer festen Einstellschraube stets einen bestimmten Mindestvolumenstrom frei; er ist einfach und günstig, aber energetisch nicht effizient. Der dynamische Differenzdruckregler hingegen misst fortlaufend die Druckdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf der Pumpe und stellt den Bypassstrom so ein, dass diese Differenz auf einem Auslegungswert wie 15–40 kPa gehalten wird; dieses Verfahren schützt sowohl die Pumpe als auch spart Energie.

Für die Differenzdruckberechnung lautet die Regel: Der Einstelldruck des Bypassventils wird als 50–80 % des Druckverlusts der Rohrstrecke zum entferntesten Ventil festgelegt. In einem Kreis mit 50 kPa Gesamtverlust wird die Differenzdruckeinstellung des Bypasses auf ca. 25–40 kPa gesetzt. Das Differenzdruckventil ist in Heizsystemen das grundlegende Element für Pumpenschutz und Geräuschvermeidung; sein Weglassen verkürzt sowohl die Lebensdauer der Pumpe als auch erhöht es die Geräuschentwicklung am geöffneten Ventil. Wird eine drehzahlvariable Pumpe verwendet, kann die Differenzdruckregelung von der Elektronik der Pumpe selbst übernommen werden, und ein externer Bypass ist möglicherweise nicht erforderlich. (Details: Was ist Proportionalregelung? Vorteile gegenüber der Ein/Aus-Regelung)

Das Zweirohr-Zonensystem nutzt dieselbe Rohrleitung sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen; beim Wechsel der Jahreszeit wird die gesamte Anlage vom Heizbetrieb in den Kühlbetrieb umgestellt. Das Vierrohrsystem dagegen zieht für Heizen und Kühlen getrennte Vor- und Rücklaufleitungen und kann beide Betriebsarten gleichzeitig anbieten.

• Anfangsinvestition — Zweirohr: niedriger, halbe Rohrleitungslänge; Vierrohr: doppelte Rohrmenge, Fittings und Dämmung
• Gleichzeitiges Heizen und Kühlen — Zweirohr: unmöglich, die gesamte Anlage wechselt in dieselbe Betriebsart; Vierrohr: Die Südfassade kann gekühlt werden, während die Nordfassade beheizt wird
• Fan-Coil-Kompatibilität — Zweirohr: Standard-Zweirohr-Fan-Coil, weiter verbreitet; Vierrohr: spezieller Vierrohr-Fan-Coil erforderlich, seltener lagernd
• Komfort in der Übergangszeit — Zweirohr: An Tagen mit kalten Morgen und warmen Abenden sind Nutzerbeschwerden unvermeidlich; Vierrohr: vollständiger Komfort
• Regelungskomplexität — Zweirohr: einfach, ein einzelnes Ventil für die Zonenabsperrung genügt; Vierrohr: für Kühl- und Heizleitungen ist je ein eigener Ventilsatz erforderlich
• Typische Anwendung — Zweirohr: Wohnungsbau, kleine Büros, Projekte mit knappem Budget; Vierrohr: Hotel, Krankenhaus, gemischt genutztes Gewerbegebäude

Das klare Urteil: Bei Wohnprojekten und kleinen Büros ist das Zweirohrsystem ausreichend und wirtschaftlich. In Hotels, Krankenhäusern oder Gewerbegebäuden mit ganzjährigem gleichzeitigem Heizen und Kühlen oder großem Unterschied zwischen Süd- und Nordfassade sollte das Vierrohrsystem bevorzugt werden. Der einzige Faktor, der die Entscheidung erschwert, ist, dass die Anfangsinvestition des Vierrohrsystems etwa 35–50 % höher liegt als beim Zweirohrsystem; dieser Unterschied wird bei großen Projekten innerhalb weniger Jahre durch Energie- und Komfortgewinn ausgeglichen.

Bei der Fußbodenheizung wird die Zonenregelung erreicht, indem jedem Bereich ein eigener Verteilerausgang und ein an diesen Ausgang angeschlossener elektrothermischer Stellantrieb zugeordnet werden. Der Unterschied zum Kugelhahn mit Motorantrieb in Heizkörperkreisen besteht darin, dass der Stellantrieb nicht am Ventilgehäuse, sondern unmittelbar am Heizkreisventil des Verteilers angeschlossen wird.

Bei der Zonenregelung der Fußbodenheizung sind folgende besondere Bedingungen zu beachten. Erstens erreicht die Reaktionszeit des Systems wegen der thermischen Masse der im Betonboden eingebetteten Rohrleitung 30–60 Minuten; deshalb sollte für das Raumthermostat anstelle eines Ein-/Aus-Betriebs ein proportionaler Regelmodus gewählt werden. Zweitens ist die Vorlauftemperatur in Fußbodenheizkreisen auf maximal 45–55 Grad Celsius begrenzt, und diese Grenze bestimmt bei der Auswahl des Zonenventils die maximale Betriebstemperatur. Drittens unterscheiden sich die Wärmedurchlasswiderstände verschiedener Bodenbeläge; ein keramikbelegtes Wohnzimmer und ein mit Teppich belegtes Schlafzimmer erzeugen bei gleicher Vorlauftemperatur unterschiedliche Oberflächentemperaturen, und die Zonenregelung gleicht dieses Ungleichgewicht aus. (Details: Wie wird ein Fußbodenheizungsverteiler eingestellt? Wie erfolgt die Einstellung des Durchflussmessers?)

Die praktische Antwort auf die Frage, wie die Zonenregelung bei der Fußbodenheizung funktioniert, lautet: An jeden Ausgang des Verteilers wird ein elektrothermischer Stellantrieb angeschlossen; diese Stellantriebe sind NC-Typen, die mit 24V oder 230V arbeiten und vom Zonenregelmodul unabhängig angesteuert werden. Die Stellantriebsbaureihe Fränkische Profitherm ist mit ihren elektrothermischen 230V-Ventilantrieben eine in dieser Anwendung verbreitet eingesetzte Lösung. Bei der Auswahl des Stellantriebs ist die Öffnungszeit ein kritischer Parameter; der typische Wert liegt bei 2–3 Minuten, und diese Dauer verursacht wegen der thermischen Masse kein Problem. Die Bevorzugung des NC-Typs verhindert, dass der Kreis bei Spannungsausfall automatisch schließt und der Betonboden überhitzt. (Details: Fußbodenheizung wird nicht warm: Die 10 häufigsten Probleme und ihre Lösungen)

Die Zonenregelung in Fan-Coil-Systemen wird eingerichtet, indem jedem Fan-Coil-Gerät ein eigenes Raumthermostat und ein Zwei- oder Dreiwege-Regelventil zugeordnet werden. Da jeder Fan-Coil eine unabhängige Zone bildet, entspricht die Zonenanzahl im gesamten Gebäude der Anzahl der Fan-Coils.

Bei der Fan-Coil-Zonenregelung gibt es zwei grundlegende Konfigurationen. In der ersten Konfiguration wird das Modell der Ventilregelung angewendet: In die Speiseleitung des Fan-Coils wird ein Zwei- oder Dreiwegeventil eingebaut, und das Ventil öffnet und schließt über das Thermostatsignal; der Ventilator läuft ununterbrochen, lediglich der Wasserstrom wird unterbrochen. In der zweiten Konfiguration wird eine integrierte Regelung angewendet: Das Thermostat steuert sowohl den Ventilantrieb als auch den Ventilator an; dieses Modell ist energetisch effizienter. Für ein typisches Fan-Coil-Regelventil liegt der Kvs-Wert zwischen 0,4 und 2,5 m³/h, und es wird ein Gehäuse DN15 oder DN20 verwendet. (Details: Wie wählt man Fan-Coil-Ventil und Ventilantrieb aus? 2-Rohr- und 4-Rohr-Systeme)

Die Stellantriebe der Kategorie Ventilantriebe für die Lüftungsregelung werden in Fan-Coil-Systemen eingesetzt, um die Heiz- und Kühlkreise im Vorder- und Hintergrund zu koordinieren. Diese Stellantriebe sind in den Spannungsvarianten 24V und 230V sowie in den Regelungsarten Ein/Aus oder modulierend mit 0-10V erhältlich, und die Auswahl erfolgt nach dem Grad der BMS-Integration und dem Thermostattyp. (Details: https://www.pomeka.com/havalandirma-kontrol-vana-motoru)

Die Energieeinsparung einer Zonenregelung hängt vom Nutzungsprofil des Gebäudes und vom vorhandenen Heizsystem ab. Laut Literaturangaben liegt die Einsparspanne bei 15–30 %, wobei der größte Teil dieses Unterschieds darauf zurückzuführen ist, dass ungenutzte Räume nicht beheizt werden.

Betrachten wir ein Rechenbeispiel. In einer Vierzimmerwohnung mit 150 m² betrage der jährliche Heizverbrauch eines Systems mit einem einzigen Thermostat 18.000 kWh. Werden die Schlafzimmer nachts bei 18 Grad und tagsüber bei 15 Grad Celsius gehalten, sinkt der Wärmebedarf dieser Räume gegenüber dem Wohnzimmer um etwa 35–45 %. Beträgt der Anteil der Schlafzimmer an der Gesamtfläche bei gewichteter Mittelwertbildung 45 %, wird die jährliche Einsparung wie folgt geschätzt: 18.000 mal 0,40 Einsparquote mal 0,45 Flächenanteil gleich 3.240 kWh/Jahr. Dieser Wert entspricht einer Nettoeinsparung von 18 %.

Die Höhe der Einsparung hängt von drei Faktoren ab. Erstens von der Sollwertdifferenz zwischen Tag und Nacht: Jede Absenkung um 1 Grad Celsius bringt etwa 6 % Einsparung. Zweitens vom Anteil leerstehender Räume: Ein Schlafzimmer, in dem zu Hause gearbeitet wird, verringert das Einsparpotenzial. Drittens vom Typ des Wärmeerzeugers: Bei Systemen mit Brennwertkessel oder Wärmepumpe vervielfacht sich die Einsparung, weil ein niedriger Sollwert den Wärmeerzeuger in einem effizienteren Betriebspunkt arbeiten lässt. (Details: Bringt ein intelligenter Raumthermostat tatsächlich Einsparungen?)

Bei der Festlegung der Zonenanzahl lautet die Grundregel: Jeder Bereich, der sich hinsichtlich Nutzungszeit, Wärmegewinn oder Personendichte deutlich von den anderen unterscheidet, sollte eine eigene Zone bilden. Benachbarte Räume mit gleicher Ausrichtung und gleicher Nutzungszeit können unter einer Zone zusammengefasst werden.

Beispiel für eine Wohnanwendung: 3+1-Wohnung. Zone 1: Wohn- und Essbereich als Einheit, tagsüber intensive Nutzung. Zone 2: Hauptschlafzimmer, nachts intensive Nutzung. Zone 3: Kinderzimmer, gemischte Nutzung bei Tag und Nacht. Zone 4: Gästezimmer, unregelmäßige wöchentliche Nutzung. Diese Aufteilung bedeutet vier Zonen und vier motorbetriebene Ventile; das Regelmodul wird mit einer Kapazität von mindestens 4 Zonen gewählt.

Beispiel für eine Gewerbeanwendung: viergeschossiges Bürogebäude. Büros an der Nordfassade und Büros an der Südfassade können wegen des unterschiedlichen solaren Wärmegewinns getrennte Zonen bilden. Besprechungsräume müssen wegen der unregelmäßigen Nutzung eine eigene Zone sein. Die Eingangshalle erfordert wegen hoher Infiltration und häufigen Türöffnens eine eigene Zone. Der Serverraum muss wegen des Kühlungsschwerpunkts und des ganzjährig konstanten Bedarfs unbedingt eine eigene Zone sein. In dieser Struktur sind 4–6 Zonen je Geschoss und 16–24 Zonen im gesamten Gebäude typisch.

Die Inbetriebnahme der Zonenregelung beginnt nach Abschluss der mechanischen Montage und vor dem elektrischen Anschluss. Eine systematische Inbetriebnahme erkennt Fehler frühzeitig und erleichtert zugleich die Dokumentation.

Der erste Schritt ist die mechanische Überprüfung. Es wird geprüft, ob die Strömungsrichtung jedes Zonenventils korrekt eingebaut ist, ob der Stellantrieb fest am Gehäuse montiert ist und ob an den Anschlussstellen keine Leckage vorliegt. Es wird bestätigt, dass das Bypassventil parallel zwischen Vor- und Rücklauf des Verteilers angeschlossen ist. Ist ein Differenzdruckanzeiger vorhanden, wird der Wert abgelesen und dokumentiert.

Der zweite Schritt ist die Kontrolle des elektrischen Anschlusses. Die Ausgangsspannung des 24V-Transformators wird gemessen; der Wert muss im Bereich von 22–26V liegen. Es wird verifiziert, dass jede Klemme der Stellantriebe korrekt an den Ausgang des Regelmoduls angeschlossen ist. Die Erdungsanschlüsse werden geprüft. Es wird bestätigt, dass die Kleinspannungsleitung und die Starkstromleitung in getrennten Kanälen geführt werden.

Der dritte Schritt ist der Funktionstest. Von jedem Zonenthermostat wird nacheinander ein Anforderungssignal erzeugt. Es wird beobachtet, dass der zugehörige Stellantrieb öffnet und die Zonenanzeige am Regelmodul leuchtet. Es wird gemessen, dass das Startsignal für den Wärmeerzeuger vom Modul ausgeht. Es wird verifiziert, dass der Stellantrieb schließt, wenn das Thermostatsignal wegfällt, und dass der Stoppbefehl für die Pumpe wirksam wird, wenn alle Zonen geschlossen sind.

Der vierte Schritt ist der Bypass-Test. Nur die größte Zone bleibt geöffnet, alle übrigen Zonen werden geschlossen. Die Ein- und Austrittsdrücke der Pumpe werden gemessen; die Differenz darf den Einstellwert des Bypasses nicht überschreiten. Ist das Bypassventil falsch installiert, erzeugt die Pumpe bei diesem Test einen anormalen Druck, und das lässt sich leicht feststellen.

Die Wartung der Zonenregelung besteht aus einer vierjährigen Routine. Zu Beginn jeder Heizperiode werden die Stellantriebe von Hand geöffnet und geschlossen, um die mechanische Gängigkeit zu überprüfen; verkalkte Stellantriebe laufen bei diesem Test schwergängig oder bewegen sich gar nicht. Die Batterielebensdauer jedes Zonenthermostats wird kontrolliert; Funkthermostate können, wenn sie auf niedrige Batterie umschalten, das System zunächst durch fehlerhafte Messung und anschließend durch Abbruch der Kommunikation lahmlegen.

Alle zwei bis drei Jahre sollte der Einstelldruck des Bypassventils gemessen und mit dem Auslegungswert verglichen werden. Federermüdung oder Verschmutzung verschiebt den Sollwert des Bypassventils. Die Anschlussstellen des Regelmoduls können sich durch thermische Zyklen lockern; alle fünf Jahre wird empfohlen, die Steckverbinder zu erneuern oder nachzuziehen. Das Ingenieurteam von Pomeka bietet im gesamten Stadtgebiet von Istanbul saisonale Inbetriebnahme- und Wartungsleistungen für Zonenregelungen an; Sie können sich dazu an uns wenden. (Details: unsere Kontaktseite)

Die Kosten einer Zonenregelung lassen sich in vier Positionsgruppen zusammenfassen: Ventil-Stellantrieb-Gruppe, Regelmodul, Thermostate und Arbeitsaufwand für die Kabelverlegung. Die Kostenpositionen steigen linear mit der Zonenanzahl; deshalb ist die richtige Festlegung der Zonenanzahl in der frühen Planungsphase der größte Schritt zur Kostenoptimierung.

Die Kosten für Ventil und Stellantrieb umfassen für jede Zone ein Kugelhahn mit Motorantrieb oder einen elektrothermischen Stellantrieb. Motorbetriebene Ventile für den Wohnungsbau im Bereich DN15–DN20 liegen einschließlich Stellantrieb in einem mittleren Preissegment. Diese Kosten sind typischerweise eine kleine Geräteinvestition pro Zone, und ihre Amortisation wird über die Positionen der Energieeinsparung berechnet. Das Regelmodul ist eine einmalige Ausgabe, und je nach Zonenanzahl gibt es Modelle unterschiedlicher Kapazität von 2 Zonen bis 32 Zonen.

Der Arbeitsaufwand für die Kabelverlegung macht in den meisten Projekten den größten Anteil der Gesamtkosten aus. Von jedem Zonenthermostat zum Regelmodul wird ein Kleinspannungskabel mit 2 oder 4 Adern gezogen; der Aufwand hängt von der Entfernung ab. Einen Kabelkanal zu verlegen, solange sich das Gebäude im Bau befindet, ist im Durchschnitt 40–60 % günstiger als das nachträgliche Schlitzen für Unterputzleitungen. Deshalb ist es entscheidend, dass die Planung der Zonenregelung in der Rohbauphase erfolgt.

Um die Zonenregelung in der HLK-Technik mit dem System mit einem einzigen Thermostat zu vergleichen, betrachten wir denselben Gebäudetyp. In einem Wohnhaus mit vier Zimmern und 160 m² befindet sich das einzelne Thermostat im Wohnzimmer; die Schlafzimmer werden entweder überhitzt oder unzureichend beheizt. Die Zonenregelung beseitigt dieses Ungleichgewicht, indem sie jedem Raum einen unabhängigen Sollwert gibt.

• Wärmeverteilung — Ein Thermostat: In Räumen, die vom Referenzpunkt entfernt liegen, sind 3–6 Grad Celsius Abweichung üblich; Zonenregelung: Jeder Bereich erreicht seinen eigenen Sollwert mit einer Genauigkeit von 0,5–1 Grad Celsius
• Verbrauch leerstehender Räume — Ein Thermostat: Alle Räume werden dauerhaft auf dem aktiven Sollwert gehalten; Zonenregelung: Der leere Raum wird auf 15–17 Grad Celsius abgesenkt, der Wärmebedarf dieses Bereichs geht gegen null
• Energieverbrauch — Ein Thermostat: 100 Einheiten pro Jahr als Referenz; Zonenregelung: in einem Wohnhaus mit vier Zimmern typischerweise 15–25 % weniger
• Komfort — Ein Thermostat: Wohnzimmer komfortabel, Schlafzimmer meist zu warm oder zu kühl; Zonenregelung: Jeder Bereich wird nach dem Nutzer getrennt eingestellt
• Hardwarekomplexität — Ein Thermostat: einfach, nur ein Regelpunkt; Zonenregelung: erfordert in jedem Bereich Ventil, Thermostat und Regelmodul
• Wartungsanforderungen — Ein Thermostat: außer dem Thermostat keine Wartung; Zonenregelung: einmal im Jahr ein Test der Ventilstellantriebe und eine Kontrolle der Anschlüsse des Regelmoduls empfohlen

Wenn die Temperatur jedes Raums getrennt geregelt wird, werden der Gewinn an Komfort und der an Effizienz greifbar. In kleinen Wohnungen ist es möglich, mit 2–3 Zonen zu beginnen; für große Gebäude gibt es Lösungen, die bis zu 32 Zonen skalieren. Die Zonenregelung bietet für jeden Gebäudetyp eine anpassbare Systemarchitektur, und die Investitionskosten werden typischerweise innerhalb von 2–4 Heizperioden durch Energieeinsparung gedeckt.

Die Fan-Coil-Zonenregelung ist in Hotels und Gewerbegebäuden das am weitesten verbreitete Anwendungsgebiet. Der häufigste Installationsfehler in diesen Systemen ist die Wahl eines zu großen Kvs-Werts des Fan-Coil-Regelventils. Ein Ventil mit großem Kvs-Wert arbeitet bei 10–15 % Öffnung; bei dieser Öffnung wird sowohl die Durchflusscharakteristik gestört als auch die Geschwindigkeit durch das Ventil steigt, und es kommt zu Geräuschen.

Der zweite häufige Fehler ist, dass die BMS-Integration der Zonenregelung erst nachträglich bedacht wird. Wird das System mit Regelmodulen ohne Modbus- oder BACnet-Unterstützung errichtet, erfordert es später, wenn dem Gebäude ein BMS hinzugefügt wird, den Austausch der gesamten Regelungsebene. Bei Gewerbegebäudeprojekten in der Türkei sollte seit 2026 von Anfang an festgelegt werden, ob das Gebäude künftig an ein BMS angebunden wird. Die Planung der BMS-Integration ist insbesondere bei Umbauprojekten in Kadıköy und auf der asiatischen Seite Istanbuls zu einer zunehmend wichtigen Anforderung geworden.

Der größte Teil der Installationsfehler bei Zonenregelungen lässt sich bei der Inbetriebnahme leicht feststellen. Es sollte verifiziert werden, dass jedes Zonenventil einzeln öffnet und schließt, für jede Zone sollte über das Regelmodul ein Anforderungssignal simuliert und beobachtet werden, dass der Startbefehl für den Wärmeerzeuger eingeht, und schließlich sollte gemessen werden, dass bei geschlossenen Zonen das Bypassventil arbeitet und die Pumpe im sicheren Druckbereich bleibt.

Die Auswahl eines Kugelhahns mit Motorantrieb ist in fünf Schritten abgeschlossen. In jedem Schritt werden folgende Werte benötigt: Heizlast der Zone, Spreizung (Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur), Auslegungsdruckdifferenz und Betriebstemperatur des Systems.

Schritt 1 Volumenstromberechnung: Q gleich P geteilt durch 1,163 mal Delta T. Beträgt die Heizlast der Zone 3 kW und Delta T 15 Grad Celsius, ergibt sich Q gleich 3 geteilt durch 1,163 mal 15 gleich 0,17 m³/h. Schritt 2 Kvs-Berechnung: Kvs gleich Q geteilt durch Quadratwurzel aus Druckdifferenz in kPa geteilt durch 100. Für 30 kPa Druckdifferenz gilt Kvs gleich 0,17 geteilt durch Quadratwurzel aus 0,30 gleich 0,31. Schritt 3 DN-Auswahl: Es wird das Gehäuse mit dem kleinsten DN gewählt, dessen Katalog-Kvs-Wert unmittelbar über dem berechneten Kvs-Wert liegt. Für dieses Beispiel bietet ein DN15-Ventil typischerweise Werte zwischen Kvs 0,63 und 2,5 und erfüllt damit den Wert 0,31. Schritt 4 Spannung des Stellantriebs: bei Neuinstallation 24V, bei bestehender 230V-Installation 230V. Schritt 5 NC/NO-Auswahl: Bei Heizungsanwendungen wird der NC-Typ, also stromlos geschlossen, bevorzugt; bei Spannungsausfall wird der Kreis nicht freigegeben, und Überhitzung wird verhindert.

Das Auswahlergebnis sollte dokumentiert und in das Inbetriebnahmedokument aufgenommen werden. Für jede Zone sollten Ventilmodell, Kvs-Wert, Stellantriebstyp und Installationsdatum in diesem Dokument stehen. Wenn Reparaturen oder ein Austausch erforderlich sind, spart diese Aufzeichnung Zeit und Arbeitsaufwand.

Die Zonenregelung bei Fußbodenheizung und die Fan-Coil-Zonenregelung können mit demselben Zonenregelmodul arbeiten; die wesentlichen Unterschiede sind Stellantriebstyp, Reaktionszeit und Regelgenauigkeit.

• Stellantriebstyp — Fußbodenheizung: elektrothermisch, am Verteilerventil angeschlossen, Öffnungszeit 2–3 Minuten; Fan-Coil: Kugelhahn mit Motorantrieb oder Zweiwegeventil, Öffnungszeit 15–60 Sekunden
• Reaktionszeit — Fußbodenheizung: wegen der thermischen Masse 30–60 Minuten; Fan-Coil: 5–15 Minuten
• Vorlauftemperatur — Fußbodenheizung: maximal 45–55 Grad Celsius; Fan-Coil: 60–90 Grad Celsius im Heizbetrieb, 6–12 Grad Celsius im Kühlbetrieb
• Regelungsart — Fußbodenheizung: proportional oder PID zwingend; Fan-Coil: Ein/Aus ausreichend, proportional bevorzugt
• Energieeffizienz — Fußbodenheizung: Niedrige Vorlauftemperatur erhöht den Wirkungsgrad von Brennwertkessel und Wärmepumpe; Fan-Coil: Die höhere Temperaturanforderung schränkt den Effizienzvorteil ein
• Fehler mit Komfortverlust — Fußbodenheizung: Ein-/Aus-Thermostat erzeugt große Schwankungen; Fan-Coil: Ventil mit zu großem Kvs-Wert erzeugt Geräusche und unregelmäßige Regelung

In Mischsystemen, also in Gebäuden mit Fußbodenheizung im Untergeschoss und Fan-Coil-Anlagen in den oberen Geschossen, kann das Zonenregelmodul beide Stellantriebstypen gleichzeitig verwalten. In dieser Konstellation ist es die kritische Randbedingung der Planung, dass die Vorlauftemperatur für beide Systeme geeignet ist, typischerweise ein Wert von 40–45 Grad Celsius, und sie wird mit einem Dreiwegemischventil sichergestellt.

Die Integration mit der Gebäudeleittechnik (BMS) hebt die Zonenregelung von einzelnen Thermostaten auf die Ebene der Überwachung und der zentralen Fernverwaltung. Die Grundvoraussetzung der BMS-Integration der Zonenregelung ist, dass die verwendeten Ventilstellantriebe und Regelmodule ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll unterstützen.

Die Protokollauswahl richtet sich nach der Größe. In kleinen Gebäuden genügen BACnet MS/TP oder Modbus RTU, und sie arbeiten über Kabel. In mittelgroßen Gewerbegebäuden werden BACnet IP oder LonWorks bevorzugt. In großen und integrierten Gebäuden vereint das KNX-Protokoll Zonenregelung, Beleuchtung und Zutrittskontrolle auf einem einzigen Backbone. Bei der Auswahl des Zonenregelmoduls ist die Unterstützung von BMS-Protokollen unter dem Gesichtspunkt des Investitionsschutzes ein kritisches Kriterium. (Details: Was ist HLK-Automation? Wie lassen sich Heizungs- und Kühlsysteme in Gebäuden intelligent machen?)

Bei einfachen Wohnanwendungen kann anstelle eines BMS eine leichte Automation mit intelligentem Thermostat gewählt werden. In diesem Fall wird jedes Zonenthermostat über WLAN oder Z-Wave an eine zentrale Anwendung angebunden, und die Programmierung erfolgt über die mobile App. Diese Lösung ist nicht so leistungsfähig wie ein BMS, ihre Installationskosten sind jedoch deutlich niedriger, und sie liefert im Wohnungsbau hinsichtlich der Energiesparziele ein ausreichendes Ergebnis.

Die Auswahl des Thermostats in der Zonenregelung richtet sich nach dem Eingangstyp des Regelmoduls und der gewünschten Regelgenauigkeit. Thermostate mit potentialfreiem Kontaktausgang werden direkt an den Relaiseingang des Moduls angeschlossen und sind die verbreitetste und wirtschaftlichste Lösung. Thermostate mit 24V-Ausgang hingegen senden dem Modul ein Spannungssignal und sind bei einigen Modulen zwingend erforderlich.

Die Auswahl des Thermostats für die Zonenregelung beeinflusst die Systemleistung unmittelbar. Hinsichtlich der Regelgenauigkeit schalten Ein-/Aus-Thermostate um den Sollwert herum mit einem Hysteresebereich von 0,5–1 Grad Celsius. Proportional modulierende Thermostate hingegen verringern beim Annähern an den Sollwert den Öffnungsgrad und senken die stationäre Temperaturabweichung auf 0,2–0,3 Grad Celsius. Fußbodenheizung, großvolumige Räume und Gewerbegebäude erfordern proportionale Regelung. (Details: Was ist ein modulierender Raumthermostat? Unterschied zum Ein/Aus-Thermostat)

Die physische Position des Thermostats bestimmt die Systemleistung unmittelbar. Die Standardregel lautet: Innenwandfläche, 1,5 Meter Höhe über dem Fußboden und entfernt von Sonnenlicht, Luftströmung, Tür- und Fensteröffnungen sowie Wärmequellen. Positionen, die diese Regel nicht einhalten, schalten zu früh oder zu spät ab, stören dadurch den Komfort und wirken sich zugleich negativ auf die Energieeinsparung aus. (Details: Wo sollte der Raumthermostat montiert werden? Einfluss einer falschen Positionierung auf die Beheizung)