EinThermostatventil ist einTemperaturregler, der einenDurchfluss abhängig von der gemessenenTemperatur proportional verändert, um die eingestellte Temperatur konstant zu halten.
Es gibt in der Technik verschiedensten Arten und Ausführungen von Thermostatventilen. Weit verbreitet ist das/der[1] mechanischeHeizkörperthermostat zur Regelung derHeizkörper-Temperaturen einerGebäudeheizung.Weitere Anwendungen von mechanischen Thermostatventilen sind regelndeMischbatterien an Dusche oder Badewanne, Backofenthermostate anGasherden,Kühlschränken undKältemaschinen.AlsMessfühler undAktor dienen häufigBimetall- oder flüssigkeitsgefüllte Ausdehnungselemente. Elektronische Thermostatventile werden eingesetzt, wenn dieHeizungsregelung eines Gebäudes durchNachtabsenkung und/oderFernverstellung beeinflusst werden soll.
Die meistenHeizkörper besitzen ein umgangssprachlich alsThermostat bezeichnetesRegelventil. BeiWandheizungen sitzt das Ventil häufig an der Außenwand. Die Regelventile vonFußbodenheizungen befinden sich hingegen meist in zentralen Verteilerkästen und werden über elektrische Raumthermostaten gesteuert.
Das Gehäuse („der Kopf“) traditioneller mechanischer Heizkörperthermostatventile ist drehbar. Eine Drehung nach rechts verringert die Raumlufttemperatur. Das Ventil wird geschlossen. Eine Linksdrehung öffnet das Ventil. Die Einstellung auf „3“ entspricht in der Regel einer Raumtemperatur von etwa 20 °C. Die Verstellung um einen vollen Zahlenwert bewirkt eine Temperaturänderung von ca. 4 °C. Bei einer Erhöhung der Raumtemperatur durch Sonneneinstrahlung oder sonstige Wärmequellen schließt das Thermostat. Bei geöffnetem Fenster strömt kalte Luft auf das Thermostat, worauf es das Ventil öffnet und zu Energieverschwendung führt.[2] Mit demFrostschutz-Symbol »*« am Einstellring wird eine Raumtemperatur von ca. 6–7 °C eingestellt.
| Position | Temperatur (°C)[3] | Empfohlen für[4][5] |
|---|---|---|
| ❄ | 07 | Frostschutz |
| 1 | 12 | Keller, Treppenhaus |
| ☾ | 14 | Nachtabsenkung |
| 2 | 16 | Gang, Flur |
| • | 17 | |
| • | 18 | Schlafzimmer |
| • | 19 | Küche |
| 3☼ | 20 | Wohnzimmer |
| • | 21 | |
| • | 22 | Badezimmer |
| • | 23 | |
| 4 | 24 | |
| 5 | 28 |
ModerneZentralheizungen mit niedrigerVorlauftemperatur erfordern Thermostatventile an den meisten Heizkörpern, um die Raumtemperatur entsprechend dem Bedarf (Raumnutzung, Fremdwärme, Sonneneinstrahlung, Abkühlung durch Wind etc.) anzupassen und die Effizienzvorteile möglichst gut zu nutzen.
Heizkörperthermostatventile nach DIN EN 215-1 sind thermostatisch gesteuerte Ventile,[6] die meist imVorlauf einesHeizkörpers oder einerHeizfläche installiert werden. Sie bestehen aus einem Unterteil (Ventil, Eckventil) und einem Oberteil (Thermostatkopf)[7] mitMessfühler,Regler,Stellglied und Drehknopf für dieSollwerteinstellung.[8] Der Thermostatkopf enthält ein mit Gas, Wachs oder Flüssigkeit gefülltesDehnstoffelement als Stellglied. Bei Temperaturerhöhung expandiert die eingekapselte Flüssigkeit aus und dehnt einen gefaltetenMetallbalg, der einen Übertragungsstift (Stößel, Ventilstift) bewegt und so das Ventil im Unterteil des Thermostatkopfs schließt. Bei sich zusammenziehendem Dehnkörper öffnet eine Rückstellfeder das Ventil und erhöht den Wasserdurchfluss durch den Heizkörper und damit die abgegebeneWärmemenge.
Wenn sich der Thermostatkopf nicht auf dem Ventil befindet, ist das Heizungsventil vollständig geöffnet. Ventile werden gewöhnlich mit einerSchutzkappe ausgeliefert, die anstelle des Thermostatkopfes aufgeschraubt ist und zur manuellen Einstellung des Ventils genutzt werden kann (z. B. während der Installation der Heizungsanlage).
Thermostatventile sollen ungehindert von der Raumluft umströmt werden. Sie sollen waagerecht und nicht unmittelbar über einer Heizfläche oder dem Vorlauf der Heizung installiert werden. Soll das Ventil an einer Stelle montiert werden, die nicht von der Raumluft umströmt wird, können Thermostatventile mitFernfühler bzw. Fernversteller verwendet werden.[9]
Da ThermostatventileProportionalregler sind,[7] wird die eingestellte Raumtemperatur meistens nicht genau eingehalten. In der Praxis liegen typische Abweichungen bei einem richtig ausgelegten Heizsystem unter ±0,5 K.[10] Typische Thermostatventile schließen bzw. öffnen bei einer Temperaturabweichung um 1 °C das Ventil vollständig. Daher dreht das Thermostatventil voll auf, wenn ein Fenster geöffnet wird, und führt zu Energieverschwendung.[2]
Bei der Installation einerWarmwasserheizung sowie im Falle von zu langsamer oder ungenügender Aufheizung einzelner Räume ist einhydraulischer Abgleich durch die Einstellung derRücklaufverschraubung des Heizkörpers vorzunehmen.[11]
DieNachtabsenkung derVorlauftemperatur wirkt bei einem mechanischen Thermostatventil nur bedingt, weil das Regelverhalten die Durchflussmenge erhöht und so der eigentlich gewünschten Absenkung entgegenwirkt. Eine volle Nutzung der Energieeinsparung erfordert ein elektronisches Thermostatventil mit entsprechender Programmierung (siehe unten).
Viele Thermostatventil-Köpfe erlauben eine interne Reduzierung des möglichen Einstellbereichs durch verstellbare mechanische Anschläge (Rasterclips). So kann die einstellbare Temperatur nach oben und/oder unten begrenzt werden.
Häufig kommt es zu Fehlbedienung, weil Benutzer irrtümlich glauben, dass die Heizung schneller warm wird, wenn das Thermostatventil über die gewünschte Raumtemperatur hinaus aufgedreht wird. Es besteht die Gefahr, dass der Raum überheizt wird, wenn nicht rechtzeitigvor dem Erreichen der gewünschten Raumtemperatur wieder auf Normalstellung gewechselt wird.[12] Das Stellventil wird bereits bei einer Abweichung von 1 oder 2 Grad voll geöffnet. Der normal eingestellte Thermostat würde vor dem Erreichen der Solltemperatur langsam abregeln und damit das Aufheizen der gesamten Heizkörperfläche vermeiden.
Als „Behördenmodell“ werden besonders robuste Ausführungen von Thermostatköpfen bezeichnet, die sich ohne Werkzeug nur eingeschränkt bedienen lassen. Insbesondere kann der Einstellbereich begrenzt (z. B. auf 17–21 °C) oder blockiert (z. B. auf 20 °C) werden. Nur mit Werkzeug oder Kenntnis der Bedienungsweise können weitere Einstellungen vorgenommen werden. Behördenmodelle werden in öffentlich zugänglichen Bereichen verwendet, um Beschädigung und Bedienung durch nicht autorisierte Personen zu limitieren. Eine Begrenzung des Einstellbereichs nach unten verhindert allerdings auch das Abstellen der Heizung zur Energieeinsparung, etwa wenn die Räume nicht genutzt oder während sie gelüftet werden oder eine Überhitzung durch zusätzliche Wärmequellen erwartbar ist.
Thermostatventile können sich festsetzen, wenn der Ventilstift längere Zeit nicht bewegt wird. Der festsitzende Ventilstift kann ggf. durch Klopfen am metallischen Ventilgehäuse oder mit einer Zange behutsam wieder gängig gemacht werden. Andernfalls muss der Ventilkopf abgenommen werden, um den Einsatz (traditionell alsStopfbuchse bezeichnet) mit Stift undO-Ring zu wechseln. Einige Modelle sind so konstruiert, dass der Stift-Einsatz oder der komplette Ventil-Einsatz herausgeschraubt werden kann, ohne dass Wasser austritt. Mit der Zeit können die Ventilsitze verschmutzen, so dass Heizungswasser ausläuft. Teilweise kann auch der Stift selber entnommen werden, um ihn zu reinigen und zufetten. Verschiedene Hersteller bieten Werkzeugsätze (Schleusen) an, mit denen Ventileinsätze auch bei unter Druck stehendemHeizkreis ausgetauscht werden können.[13]
Bei einem mechanischen Thermostatventil mit Fernversteller können Thermostat und Ventil an verschiedenen Orten montiert werden. Dies ist bei Heizkörpern vorteilhaft, die nicht frei im Raum, sondern in einerNische stehen oder verkleidet sind. Dort wäre ein herkömmliches Thermostat umständlich zu bedienen und würde auch nicht die Raumtemperatur, sondern die höhere Temperatur der Nische messen, so dass sich die gewünschte Raumtemperatur möglicherweise nicht erreichen lässt.
Bei mechanischen Thermostatventilen mit Fernversteller bewirkt eine Temperaturerhöhung die Volumenvergrößerung der im Fühler enthaltenen Flüssigkeit, die über ein nur etwa einen Millimeter starkes Kapillarrohr zu dem am Heizkörper sitzenden Ventil geführt wird und dieses hydraulisch betätigt.
Mit elektronischen Thermostatventilen (auchEnergiespar-Regler genannt) ist es möglich, verschiedene Sollwerte für die Raumtemperatur einzustellen, die das Ventil dann zeitgesteuert einhält. Damit kann der Kompromiss zwischenEnergieeinsparung und Wohnkomfort besser an persönliche Vorlieben angepasst werden als mit mechanischen Thermostatventilen. Der Nutzer kann dieNachtabsenkung der Raumtemperatur für jeden Raum einzeln einprogrammieren, so dass beispielsweise das Badezimmer morgens beim Aufstehen des Bewohners warm ist, ohne aber die ganze Nacht hindurch heizen zu müssen, und das Wohnzimmer vielleicht erst am Abend auf Wohlfühltemperatur aufgeheizt wird. Die Herstellerangaben gehen von mindestens 13 % (bis 20 %) Ersparnis bei Wohnnutzung aus. DieStiftung Warentest rechnet mit bis zu 10 % durch den Einsatz von elektronischen Thermostatventilen[14] und von bis zu 15 % durch weitere Maßnahmen der Heizungsoptimierung.[15] Die Einsparung ist in Zweckbauten entsprechend höher, da der Nutzungsgrad (Zeit der Raumbelegung) kleiner ist.
Der Thermostatkopf wird überBatterien mitEnergie versorgt und wie mechanische Thermostatventile direkt auf das Stellventil aufgeschraubt. Das Programm der zeitabhängigen Sollwerte (sog. Tagesprofil) wird entweder direkt am Thermostatkopf oder über eine zentrale Regeleinheit per Funkübertragung eingestellt. Die aktuelle Temperatur wird auf einem lokalen Display angezeigt. Je nach Modell ist die Bedienung unterschiedlich intuitiv.[14]
Die Betätigung des Ventilstifts erfolgt in Abhängigkeit der mit einemThermoelement gemessenen Temperatur über einen Stellmotor mit Getriebe, der bei Energieausfall auf der zuletzt eingestellten Stellung bleibt.[16][17] Elektronische Thermostatventile können aufgrund der elektrischen Hilfsenergie mit einemI-Anteil einebleibende Regelabweichung vermeiden und daher den Sollwert (in Heizkörpernähe) je nach Modell genauer einhalten, weisen aber in der Praxis unterschiedliches Regelverhalten auf, je nach Modell mit deutlicherHysterese eineZweipunktreglers.[14]
Thermostate mit Funkkommunikation (sogenannte Funkthermostate) lassen sich aus der Ferne einstellen. Dazu kommunizieren sie viaBluetooth,ZigBee oderThread mit Smartphones, Tablets oder Computern.[18]
Während Nutzer bei einfachen Funkthermostaten auf diese Weise ein Zeitprogramm einstellen können, sind herstellerübergreifende Systeme mit weiteren Funktionalitäten für dieGebäudeautomation undEnergieeinsparung ausgestattet. Dievernetzte Heizungsregelung übernimmt die Umsetzung der Nutzerwünsche, indem sie Befehle an die elektronischen Thermostatventile sendet. Dies ermöglicht zahlreiche Sonderfunktionen:[16]
Elektronische Thermostatventile können durch programmierteAlgorithmen (z. B. Automatisierung mitHome Assistant)[19] nahezu ohne Nutzerhand sparsam für optimale Komfortbedingungen sorgen. Möglich ist das, indem die digitalen Regelprogramme verschiedenste Parameter aufgreifen, miteinander verknüpfen und Erfahrungen sammeln. Sie lernen beispielsweise, wie sich ein Gebäude thermisch verhält (Aufheizphasen, Absenkphasen etc.) und ermitteln so automatisch, wann die Heizflächen wie viel Wärme abgeben müssen, um zur erwarteten Nutzungszeit die gewünschte Temperatur bereitstellen zu können.
Eine bedeutende Bedienungserleichterung ergibt sich durch dieSprachsteuerung via Smartphone oder Smart Speaker. Nutzer kommunizieren dabei mit digitalen Assistenten auf mobilen Endgeräten wie Alexa von Amazon, Siri von Apple, Cortana von Microsoft oder Google Assistant. Die Softwarelösungen wandeln Sprache in technische Befehle um, die sie dann an die Regelung der Thermostate übermitteln. Möglich ist das in der Regel mit sogenannten Actions oderSkills, den Schnittstellen zwischen Sprachassistenten und digitaler Steuerung der Thermostatventile.
Die digitalen Technologien ermöglichen zahlreiche weitere Funktionen, welche die Energieeffizienz und die Einsparungen steigern, zum Beispiel:
