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Temperierung Kalt-Wintergarten an Niedrigsttemperaturheizsystem

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  •  JanRi
  •   Gold-Award
8.4. - 20.4.2021
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Hallo in die Runde,

noch eine Sache zum Brainstorming für das Bauprojekt meiner Schwester: Sie planen einen Kaltwintergarten, der auch zum Überwintern von Pflanzen verwendet werden soll. Er ist von der thermischen Hülle des Hauses komplett entkoppelt, soll aber ungefähr mit einem U-Wert von 1 gebaut werden. Ziel ist es, auf etwa 10C im Winter zu kommen. Daraus ergibt sich bei überschlagsmäßiger Rechnung bei NAT von -11C und 10C Zieltemperatur eine Heizlast von etwa 1 KW für den Wintergarten.

Idee ist, das über eine FBH FBH [Fußbodenheizung] zu realisieren. Es stehen ca. 15 qm zur Verfügung und bei einer Auslegung der Anlage auf einen VL VL [Vorlauf] von etwa 29-30C bei NAT (so soll die Heizung für das Haus geplant werden) sollte das machbar sein, denn man braucht ca. 66 W / m^2, was bei einem Delta von 20K zwischen VL VL [Vorlauf] und Raumtemperatur machbar sein sollten (aus Sicht des Wintergartens ist das ja in etwa vergleichbar mit einer normalen FBH FBH [Fußbodenheizung], die man mit 42C oder so betreiben würde, um auf 22C im Raum zu kommen). Diese FBH FBH [Fußbodenheizung] lassen wir im Rahmen der Planung des Gesamtsystems von Skyme mitplanen, so dass da sinnvolle Verlegeabstände und Kreislängen herauskommen.

Die spannende Frage ist die Regelung: Einfach nur per hydraulischem Abgleich wird das meiner Meinung nach nicht funktionieren, weil die Heizkurve für den Rest des Hauses angepasst wird, der Wintergarten aber ganz andere Anforderungen hat und einen großen Teil der Zeit auch gar nicht beheizt wird. Dazu kommt, dass mit erheblichen solaren Gewinnen (Glaskasten) zu rechnen ist, während der Selbstregeleffekt bei dem doch recht hohen Delta zwischen Raum und VL VL [Vorlauf] sicher nicht funktioniert.

Eine Möglichkeit wäre, dies als einen sinnvollen Einsatzzweck für eine ERR ERR [Einzelraumregelung] zu sehen und einfach den Kreis per Thermostat an- oder auszuschalten. Ich fürchte aber, dass einem die Trägheit da einen Strich durch die Rechnung macht und das System arg schwingen wird.

Stetigantriebe wären eine andere Möglichkeit, aber das würde eine komplexere Regelung erfordern.

Ein weiteres Problem ist der Frostschutz. Der Wintergarten wird nicht unterkellert und bekommt natürlich zwischen Estrich und Bodenplatte ordentlich Dämmung, aber ich kann mir infolge der nicht so arg hohen Speicherkapazität verstellen, dass die Innentemperatur im Winter bei Ausfall der Regelung oder der Heizung innerhalb von weniger als 24h unter den Gefrierpunkt fallen kann. Der Betrieb mit Frostschutzmittel über einen Wärmetauscher wäre natürlich möglich, aber sicher nicht sinnvoll. Von daher könnte man da auf eine elektrische Notheizung setzen (Raumheizlüfter oder in der Edelversion elektrische Heizleitungen zusätzlich zu der wassergeführten FBH FBH [Fußbodenheizung]). Bei Stromausfall (was in einer Großstadt in DE wohl nicht für Tage stattfinden wird) könnte man notfalls die Verbindungstür zum Haus öffnen und dessen thermische Speicherkapazität mitnutzen.

Was denkt ihr? Hat jemand sowas schonmal gebaut oder geplant?

Viele Grüße,

Jan

  •  JanRi
  •   Gold-Award
16.4.2021  (#21)

zitat..
cacer schrieb: macht vielleicht sinn das in 14x2 oder kleiner auszulegen?

Halte ich hydraulisch nicht für sinnvoll... sollte genauso sein, wie der Rest des Hauses (vermutlich 16x2 oder 17x2).

Da der VL VL [Vorlauf] durch den Rest des Hauses gegeben ist, ist eine hohe Übertemperatur gar nicht so schlimm, wobei natürlich ein niedrigerer RL RL [Rücklauf] durchaus zur Effizienz der WPWP [Wärmepumpe] beitragen kann (der WG macht immerhin etwa 1/4 der Gesamtheizlast aus). 

Was den VA angeht, ist es nach diesen Rechnungen sicher sinnvoll, ca. 80-100 Meter in EINEM Kreis da reinzulegen... da landet man automatisch bei VA10-VA12,5. Wobei... das Ding braucht auch noch ordentlich lange Anbindungsleitungen von sicher mindestens 15 Meter. Das spräche dann vielleicht sogar schon eher für zwei kürzere Kreise (aber natürlich passend zum Rest des Hauses) als einen langen (die man dann ganz sicher drosseln muss).

Drosseln finde ich nicht schlimm an der Stelle, denn die Lüftungslast muss ja auch noch berücksichtigt werden. Zuviel Heizfläche ist besser als zu wenig, solange sich die Überdimensionierung in Grenzen hält emoji


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  •  cacer
  •   Gold-Award
16.4.2021  (#22)

zitat..
JanRi schrieb: solange sich die Überdimensionierung in Grenzen hält

unterschätze die riesige spreizung nicht.
hydraulisch passend zu den anderen kreisen ist meiner meinung nach entweder ein sehr langer 16x2 kreis oder zwei z.b. 14x2, müsste man mal genauer rechnen.
dadurch wird ja dann die spreizung schon etwas größer.
drosseln wirst du trotzdem noch ordentlich müssen.
der rest vom haus wird doch vermutlich auf kleiner spreizung laufen und großteils ungedrosselt.
willst du nun einen 100m 16er kreis auf 15K spreizung drosseln, ist das an den verteilern doch nicht mehr präzise einstellbar und fängt im schlimmsten fall das rauschen an.
oder irre ich mich ?

vielleicht gibts ja auch ne viel bessere lösung; das war mein gedankengang dazu.

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  •  JanRi
  •   Gold-Award
18.4.2021  (#23)

zitat..
cacer schrieb: hydraulisch passend zu den anderen kreisen ist meiner meinung nach entweder ein sehr langer 16x2 kreis oder zwei z.b. 14x2, müsste man mal genauer rechnen.

Machen wir das doch mal emoji

Weil es zu dem Haus noch keine Auslegung gibt, rechnen wir mit der unsrigen, also 29/25. Ich habe in unserer Heizlastberechnung für zwei Fliesenräume mal anhand der Deckungsraten und der raumweisen Heizlast die flächenbezogene Leistung in Bezug zum Delta zwischen Raum (21C) und mittlerer Heizwassertemperatur (27C) ausgerechnet. Dabei kommt raus:

Raum mit VA10: 5,38 W/m^2 K
Raum mit VA12,5: 4,95 W/m^2 K

Wenn wir den WG jetzt mit 15 m^2 rechnen und von 29C VL VL [Vorlauf] ausgehen und 10C RT RT [Raumtemperatur] anstreben, dann müssen wir erstmal noch die Lüftung überlegen. Wenn wir von 40 m^3/h ausgehen und NAT -11 annehmen, dann sind das ohne WRG 285 W, mit WRG entsprechend weniger (etwa 57W). Rechnen wir pessimistisch ohne WRG und gehen damit von 285W aus.

Wir brauchen also 1285W oder 85,66 W/m^2. Wenn wir obige Zahlen annehmen, brauchen wir ein mittleres Delta zwischen RT RT [Raumtemperatur] und Heizwasser von

VA 10: 16K, also 26C mittlere Temperatur
VA 12,5: 17,3K, also 27,3C mittlere Temperatur

So gewaltig wird die Spreizung hier gar nicht! Bei VA 12,5 wäre es fast die normale Spreizung, bei VA 10 kämen wir auf 6K Spreizung.

Aber! 

Die Energie muss auch noch einbringbar sein! Bei 6K Spreizung und 1285W bräuchte man 3 l/min alleine für diesen Raum. Das wird sportlich, wenn alle anderen Kreise ähnlich wie bei uns eher mit 0,5-0,9 l/min berechnet sind. Das alleine spricht also für mindestens 2 Kreise, die dann sogar noch etwas kürzer sein könnten als im Rest des Hauses, um mehr Wasser zu bekommen.

Schwachpunkt der Rechnung ist, dass ich das Delta zwischen RT RT [Raumtemperatur] und mittlerer Wassertemperatur nehme. Eigentlich ist aber die Estrichtemperatur ausschlaggebend, allerdings habe ich keine Daten, wie man das vernünftig rechnet. Das Delta zwischen RT RT [Raumtemperatur] und mittlerer Wassertemperatur ist ja die Summe des Delta zwischen RT RT [Raumtemperatur] und Estrich sowie Estrich und Wasser. Meine Linearisierung nimmt an, dass sich das proportional aufteilt, aber das wird real nicht so sein, weil die Wärmeleitung im Estrich WESENTLICH besser ist. Weiss da jemand, wie man das realistischer in obige Abschätzung einfliessen lassen kann?

Das ganze soll nur der Schätzung dienen, am Ende wird es von Skyme im Rahmen der Heizlastberechnung natürlich richtig berechnet.


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  •  JanRi
  •   Gold-Award
18.4.2021  (#24)
Noch ein Nachtrag:

Wenn wir mal das hier anschauen:

http://www.fussbodenheizung24.de/wp-content/downloads/leistungstabelle_datenblatt_fbh24.pdf

dann haben wir für wahnsinnig hohe VL VL [Vorlauf]-Temperaturen recht schöne Tabellen, die wir leicht "missbrauchen" können. Unsere 29C VL VL [Vorlauf] und 10C RT RT [Raumtemperatur] ist ja letztlich das gleiche wie VL VL [Vorlauf] 40 und RT RT [Raumtemperatur] 21. Das gibt uns in dieser Tabelle bei VA 10 für Fliesen eine Heizleistung zwischen 59 und 69, also 64 W/m^2 bei einer Spreizung von 10K. Durch die höhere Spreizung als in meiner Rechnung kommt hier eine geringere Leistung heraus.

Wir können die Tabelle auch anders "missbrauchen": 40/30 hat eine Mitteltemperatur von 35C, wir haben bei 29/23 eine Mitteltemperatur von 26C, also 16C über der RT RT [Raumtemperatur]. Damit müssten wir also in der Tabelle bei RT RT [Raumtemperatur] 19C schauen (16K unter Mitteltemperatur), um wieder für gleiche Verhältnisse zu sorgen. Da wären dann 98W/m^2... also etwas mehr als in meiner Rechnung.

Ganz so verkehrt scheint die Rechnung also nicht zu sein und eher pessimistisch abzuschätzen.

Wenn wir 10K Spreizung anstreben, dann würde laut der oberen Tabelle für 85W/m^2 selbst VA 5 nicht ausreichen.

Die Spreizung wird also gar nicht so hoch und man muss eher aufpassen, dass man genug Wasser durch die Rohre bekommt.

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  •  cacer
  •   Gold-Award
18.4.2021  (#25)

zitat..
JanRi schrieb: Die Spreizung wird also gar nicht so hoch und man muss eher aufpassen, dass man genug Wasser durch die Rohre bekommt.

das ist der knackpunkt und das habe ich oben nicht bedacht.
außerdem hatte ich nur schnell in ein diagram zu WH WH [Wandheizung] geschaut, welche ohne "bodenbelag" auskommt. da waren die leistungswerte noch etwas höher.

dann passt auch meine wirre idee mit den langen kreisen absolut nicht.
eher im gegenteil, bzw wäre der schritt zu 2 kreisen 20x2 vielleicht gangbar.
da würde die wassermenge eher durchgehen, doch reicht das?
kann man 20x2 in VA10 ohne weiteres verlegen?

wenn die wohnräume so ausgelegt werden, wie wir das hier gern haben, geht da ja eher um 0,5l/min durch ohne die heizkreispumpe zu weit hochzujagen.

du hast ja etwa 1KW für den glaskasten angesetzt. ist das realistisch?
wird da massive 3-fach verglasung mit u-wert bei 0,5 verbaut? 
das glas oben wird vermutlich eher VSG sein, oder ist das nur die äußere scheibe ESG?
kenn mich nur mit kaltdächern für terassen aus und da ist oben eher VSG standart. 

da lässt sich bestimmt was mit berhans tabelle abschätzen.

gruß
micha


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  •  JanRi
  •   Gold-Award
18.4.2021  (#26)

zitat..
cacer schrieb: eher im gegenteil, bzw wäre der schritt zu 2 kreisen 20x2 vielleicht gangbar.
da würde die wassermenge eher durchgehen, doch reicht das?
kann man 20x2 in VA10 ohne weiteres verlegen?

Ich glaube, ich würde trotzdem versuchen, bei einer Sorte von Rohr zu bleiben. Dann lieber etwas kürzer und enger und dann vielleicht drei Kreise. Wenn man die geschickt "ineinander" legt, also so, dass alle die ganze Fläche abdecken, kann man damit vielleicht sogar in Abhängigkeit von der Außentemperatur ganz stumpf in Stufen arbeiten.


zitat..
cacer schrieb: wenn die wohnräume so ausgelegt werden, wie wir das hier gern haben, geht da ja eher um 0,5l/min durch ohne die heizkreispumpe zu weit hochzujagen.

Richtig... und das Haus wird so ausgelegt werden (Skyme ist schon kontaktiert).


zitat..
cacer schrieb: du hast ja etwa 1KW für den glaskasten angesetzt. ist das realistisch?
wird da massive 3-fach verglasung mit u-wert bei 0,5 verbaut? 


Das ganze wird ja ein "Kalt"Wintergarten, kein Wohnwintergarten. Bei solchen Konstruktionen liegt der U-Wert der Verglasung inkl. Rahmen eher bei etwa 1. Alles andere will man dann auch nicht bezahlen.

Heizlast habe ich einfach ausgerechnet... ist ja auch simpel. Umfassungsfläche x Delta-T x U-Wert. Da kommt in etwa 1000 W raus, wenn man den Boden ignoriert (der wird bei 10C innen nicht viel Wärme abführen, wenn da Dämmung drunterliegt). Die Seite zum Haus habe ich auch ignoriert, da kommt nicht wirklich viel (etwa 60-70 W), weil das Haus ja richtig gut gedämmt ist - letztlich kompensiert das vermutlich den Boden.

Angesichts der Durchflussproblematik will ich die Sache mit der seriellen Heizung aber auch nochmal überlegen. Bei NAT und Auslegung 29/25 kommt das Haus bei 3 KW Heizlast mit 10,7 l/min aus (ohne Wintergarten). Wenn man DAS komplett durch den Wintergarten schickt (seriell, also so, dass der WG den RL RL [Rücklauf] des Hauses als VL VL [Vorlauf] bekommt), dann hat man 1 KW schon bei einem Delta-T von 1,33K. Damit wäre die Mitteltemperatur bei etwa 24,3C, was nach den Rechnungen oben für knapp unter 10C ausreichen sollte (10C bei NAT gingen dann wohl eher nicht, aber 8 vermutlich schon). Die WPWP [Wärmepumpe] würde dann statt 29/25 nun 29/23,66 zu sehen bekommen, was für die Effizienz ja nur gut sein kann. Das müsste man dann entweder mit sehr hohem Querschnitt in Cu realisieren oder eben 10-12 sehr kurze Kreise parallel. Geregelt wird dann per Mischer und Bypass.

Ich fürchte aber, dass das ein technischer Overkill wäre, dessen Mehraufwand sich in keiner Weise gegenüber 3 oder 4 normalen oder etwas kürzeren Parallelkreisen rentiert.


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  •  JanRi
  •   Gold-Award
20.4.2021  (#27)
Noch eine Überlegung: Der Boden ist nach unseren Berechnungen ja doch recht warm. Da wäre dann zu klären, inwiefern die da zu überwinternden Pflanzen Wärme von unten mögen und zu welcher Wärmeverteilung das dann führt. Nicht umsonst baut man ja keine FBH FBH [Fußbodenheizung] mehr, bei denen der Boden deutlich wärmer ist als die Luft im Raum.

Von daher könnte man auch die schon verworfene Idee des Gebläsekonvektors, also die Luftheizung, nochmal aufgreifen. Für 1285W, 10C Raumtemperatur und 27C Ausströmtemperatur bräuchte man 222 m^3/h. Das ist schon ordentlich und in der Größenordnung einer KWL KWL [Kontrollierte Wohnraumlüftung] (das war ja die Variante ohne Wärmerückgewinnung, mit WRG würden 182 m^3/h reichen) - die Lüftungsverluste sind jeweils von 40 m^3/h Frischluftanteil ausgehend berechnet.

Das hätte den Vorteil, dass der Wärmetauscher in den Keller kann, es also kein Frostrisiko für das Heizungswasser mehr gibt, denn wenn der Strom ausfällt, stehen auch die Lüfter. 

Die Luftverteilung könnte man so in den Fußboden einbauen, dass die warme Luft entlang der Glaswände hochgeblasen wird. Ganz lautlos wäre das wohl nicht, aber wenn der Lüfter im Keller ist, vermutlich akzeptabel.

Diese Lösung könnte man zusätzlich im gleichen Rohr mit einem E-Heizer ausstatten, so dass bei Bedarf auch höhere Temperaturen im tiefsten Winter machbar wären. Regelung wäre einfach... man nimmt das schon genannte Modul und betreibt es im PWM-Modus so, dass es in einem gewissen Raumtemperaturfenster den Lüfter moduliert. Da so ein System nicht träge ist, sollte man damit schnell reagieren können. Fraglich wäre dann nur, wie man es heizungsseitig so einbindet, dass eine luftseitige Drosselung nicht dazu führt, dass man einen thermischen Kurzschluss hat. Aber das liesse sich vermutlich machen, indem man einfach mit so einem Dehnungs-Thermostaten den RL RL [Rücklauf] auf eine feste Temperatur regelt. Wenn der Lüfter Gas gibt, wird der RL RL [Rücklauf] kälter und somit der Durchfluss erhöht...

Frage wäre dann eben, was für die Pflanzen besser ist - die Luftheizung oder die FBH FBH [Fußbodenheizung].

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