Wasser/Luft/Benzin/Diesel/Gas inkl. Systeme
Wärmeerzeugung in Freizeitfahrzeugen war schon zu Anfangszeiten eine angenehme Sache, die es ermöglichte das Freizeitfahrzeug auch in kälteren Jahreszeiten zu nutzen.
So entwickelte TRUMA die ersten Luft-Gas-Heizungen mit atmosphärischem Brenner (Verbrennungsluft von aussen/Abgase mit Kamin nach aussen). Die ersten Modelle waren reine thermische Wärmespender, (statische Wärmeverteilung) d. h. die kalte Raumluft wurde am erwärmten Heizgehäuse entlang geführt und trat oben am Heizgehäuse in den Raum aus. Die Verteilung der Wärme wurde im Raum einzig durch das spezifische Gewicht der kalten/warmen Luft beeinflusst. (kalte Luft ist schwerer und fällt nach unten, warme Luft ist leichter und steigt nach oben). Der Nachteil ist, man hatte fast immer kalte Füsse und einen heissen Kopf bis die findigen Köpfe um TRUMA ein so genanntes Umluftsystem mit Ventilator entwickelten (dynamische Wärmeverteilung).
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Die kalte Raumluft wird nun vom Ventilator am Wärmetauscher (Aluminiumgehäuse mit Rippen) vorbeigeführt und am Ausgang auf zwei Rohre, die im Fahrzeug verlegt werden, verteilt. Ein grosser Vorteil der dynamischen Wärmeverteilung ist, dass alle Teile oder sogar Räume mit einer Heizung versorgt werden konnten. Hilfreicher Nebeneffekt, die wärmeführenden Rohre erwärmen sich und geben Wärme auch in Truhen und Schränken ab, was der Kondensation entgegenwirkt. Parallel dazu entwickelten Heizungshersteller wie WEBASTO oder EBERSPÄCHER Benzin- oder Diesel-Luft-Wärmeerzeuger, die auf rein dynamischem Prinzip basieren.
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Alle Warmluftheizungen, welche die Wärme an einem Brennergehäuse erzeugen, haben den Nachteil, dass die sehr hohen Ausblas-Temperaturen von 60 – 70 °C oder mehr die Luft extrem trocknen und das Wohlbefinden in solchen Räumen zu wünschen übrig lässt. Ebenfalls wird die Raumluft stark bewegt, was eine hohe Staubentwicklung nach sich zieht; dies ist für Allergiker kontraproduktiv.
So um 1985 entwickelten zwei Firmen (Primus und Alde) die ersten gasbetriebenen Warmwasserheizungen für Wohnmobile. Damals noch den Premiumklassen wie Vario und Niesmann Bischoff vorbehalten. Beide Systeme erzeugen mit einem elektronisch überwachten Gasbrenner in einem Behälter warmes Wasser, dies wird dann mit einer Pumpe in ein Rohrleitungssystem gepumpt. An genau definierten Stellen, meistens an Aussenwänden entlang, werden dann so genannte Konvektoren (Rohrstücke mit Aluminiumlamellen) am tiefsten Punkt der Räume montiert, die dann die kalte Raumluft rein statisch erwärmen und in Luftkanälen nach oben steigen lässt.
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Diese Systeme brachten einen enormen Komfortzuwachs, da die aufsteigende Luft oberhalb des Konvektors nur ca. 35 – 40°C beträgt, und so für ein angenehmeres Raum- und Wohlfühlklima sorgt.
Im groben habe ich nun die bekanntesten Systeme beschrieben. Betrachten wir nun die Sache etwas genauer vom heiztechnischen und installationstechnischen Standpunkt. Nehmen wir es vorneweg, Vor- und Nachteile haben beide Systeme, es muss jeder selber entscheiden welches er bevorzugt.
Luftheizungen haben in Freizeitfahrzeugen den höchsten Anteil. TRUMA ist hier marktführend, sei es nun die S-Heizungen (S-2200 bis 5002), die vorwiegend in Wohnwagen verbaut werden oder die C-Heizungen (Truma C-3402 bis 6002) oder die neuen Combi 4 bis Combi 6. Die letzten zwei werden mit Gas oder Diesel betrieben. Von TRUMA gibt es noch die E-Heizungen (E-2400 oder E-4000), die besonders für kleinere Fahrzeuge oder als Zusatzheizungen in grossen Fahrzeugen geeignet sind, diese können auch Unterflur montiert.
Bei der Installation von Luftheizungen gibt es einige Dinge zu beachten. So ist der Standort der Heizung sorgfältig auszuwählen, d. h. die wärmeführenden Rohre sollten alle etwa gleich lang sein, damit eine ausgewogene Temperaturverteilung garantiert ist. Massive Unterschiede in den Rohrlängen führen zu schlechter Wärmeverteilung, da die erwärmte, vom Ventilator beschleunigte Luft den Weg des geringsten Widerstandes geht. Dort wo die kürzeste Leitung endet wird es unbehaglich warm, währenddessen am Ende der längsten Leitung nur noch wenig und massiv abgekühlte Luft ausströmt. Ist es baulich nicht möglich die Heizung so zu positionieren, dass alle abgehenden Leitungen in etwa gleich lang sind, so sind Regelklappen oder Reduktionen in den kürzeren Leitungen vorzusehen. Entscheiden muss man sich auch, ob ein reines Umluft- (es wird nur die Raumluft umgewälzt) oder Frischluftsystem (Frischluft von aussen) verbaut wird. Oder es kann mit so genannten Luftklappen beides gewählt werden.
Der Raum für die Heizung sollte so gewählt werden, dass eventuell anfallende Reparaturen gut ausgeführt werden können. Insbesondere sollte die Steuerelektronik gut zugänglich sein. Da alle TRUMA Reparaturstützpunkte über interne Messpunkte in der Elektronik die Fehler rasch herausfinden können, muss aber zuerst, wie leider in den meisten Fällen die Heizung ausgebaut werden. Dadurch entstehen hohe Reparaturkosten, die nicht nötig sind. Auch der Stauwärme im Heizungsraum sollte Aufmerksamkeit geschenkt werden, da die entstehenden Temperaturen bei Dauerheizen sehr hoch sein können. Es macht zum Beispiel wenig Sinn oberhalb der Heizung den Kühlschrank zu positionieren, da dieser durch die Abwärme der Heizung im Dauerstress ist und wesentlich mehr Energie verbraucht.
Bei der Führung der Luftrohre ist nach Möglichkeit auf lange Bögen (grosser Radius) zu achten oder die Luftführungsteile von TRUMA zu verwenden. Denn enge Radien mit dem bekannten 65er Flexrohr bieten dem Luftstrom hohen Widerstand entgegen. Es sollten in Türbereichen dort wo die grössten Kältemengen entstehen genügend Ausströmer vorgesehen werden. Bei Verzweigungen sollten nicht T-Stücke, sondern Y-Stücke verwendet werden. Diese verteilen die Luft gleichmässiger und haben einen wesentlich kleineren Staugegendruck. Mit Querschnittreduzierungen kann mit dem von Truma lieferbaren Schlitzrohr eine Hinterlüftung der Polster erreicht werden, so dass zwischen Polster und Aussenwand keine Kondensation (Feuchtigkeit) stattfindet.
Bei allen Gasheizungen ist auf eine peinlich genaue und den Herstellervorschriften entsprechende Abgasführung zu achten, vor allem was die Längenquerschnitt- und Materialvorgaben betreffen, sind tunlichst einzuhalten.
Bei C- und E-Heizungen ist auch der Querschnitt der elektrischen Zuleitung zu beachten (Spannungsverlust durch lange und zu geringe Querschnitte). Auch die Gasleitung vom Verteiler zur Heizung sollte unbedingt von einem Fachmann berechnet und ausgeführt werden. Die häufigsten Störungen an Gasheizungen sind nicht korrekte Abgasführungen, zu geringer Querschnitt der Gas- und Stromleitungen, insbesondere bei den Modellen C 6000.
Bei Selbstmontagen von Gasheizungen sollte nach der Fertigstellung die Inbetriebnahme und Kontrolle von einem Gasfachbetrieb durchgeführt werden. (Siehe Gas-Arbeitsblatt DVGW für Deutschland und SUVA für die Schweiz Norm SN-EN 1949).
Kommen wir nun zu den Warmwasserheizungen, die wie oben bereits erwähnt, einen weit höheren Komfort bieten als Warmluftheizungen.
Auch bei Warmwasserheizungen gibt es verschiedene Hersteller und Systeme. Der für den Wohnmobilsektor bekannteste Hersteller ist ALDE (gehört heute zum TRUMA Konzern). Die ALDE Warmwasserheizungen bestehen aus einem Zentralwärmeerzeuger mit integriertem Brauchwarmwasser-Boiler. Das System von ALDE ist ein so genanntes offenes Einrohrsystem.
Was heisst nun offenes System? Vom offenen System spricht man, wenn nur der atmosphärische Druck (barometrischer Luftdruck/Umgebungsdruck) auf das Wasser drückt. Der Expansionsbehälter hat keinen druckdichten Deckel. Jede Heizungsanlage braucht, um zu funktionieren einen dem System überlagerten Druck. Wenn kein überlagerter Druck vorhanden ist, hat das System dauernd mit Lufteinschlüssen und schlechter Zirkulation zu kämpfen. Das ALDE System hat am höchsten Punkt, meistens im Kleiderschrank, einen Ausgleichsbehälter mit integrierter Pumpe. Das Gefäss hat zwei Schläuche; der eine endet überhöht neben dem Behälter, der andere führt durch den Fahrzeugboden nach aussen.
Was passiert in einem offenen System, wenn die Heizung in unterschiedlichen Höhen betrieben wird:
Beispiel: Man befindet sich am Meer auf +/- 0 Meter ü. M.; hat einen theoretischen Luftdruck von 1’013 mbar, der auf die Wasseroberfläche des Systems drückt. Füllt man nun das System mit Flüssigkeit bis zur vorgegebenen Markierung auf und fährt von Meereshöhe +/- 0 auf zum Beispiel 2’000 M ü. M. und hat dort noch einen Luftdruck von 600 mbar je nach Wetterlage und Temperatur. Da sich durch die Fahrt ins Gebirge der atmosphärische Druck abbaut (Differenz 1’013 – 600 = 413) entsteht im Heizsystem ein Überdruck (Ausdehnung) das Wasser beginnt mit steigender Höhe durch den Schlauch zu entweichen. Betreibt man die Heizung nun, so dehnt sich das Volumen des Wassers bedingt durch die Erwärmung und den kleineren Luftdruck noch mehr aus und drückt das überflüssige Wasser ebenfalls nach aussen. Beim Heizen entsteht kein Problem, da der Wasserstand im Behälter korrekt ist. Fährt man aber wieder auf 0 Meter über Meer und hat den vollen atmosphärischen Druck auf dem System, so kann die Heizung nicht mehr in Betrieb genommen werden, da der Wasserstand im Behälter unter die minimale Markierung gefallen ist und somit die Pumpe keine Förderung zustande bringt.
Etwas kompliziert, aber dies ist bei offenen Systemen insbesondere bei der ALDE Heizung häufig zu beobachten und auch eine häufige Fehlerquelle. Deshalb wird in der Betriebsanleitung ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Wasserstand im Ausgleichsbehälter häufig kontrolliert werden muss.
Nun zum Einrohrsystem. Es wird eine so genannte Ringleitung erstellt. In dieser Ringleitung befinden sich dann die Konvektoren, die der Wärmeabgabe dienen. Das warme Wasser wird aus der Heizung in ein Rohr geführt, versorgt so die einzelnen Konvektoren, die dann die Wärme an die Raumluft abgeben. Das abgekühlte Wasser fliesst dann wieder in die Heizung und der Kreislauf beginnt von neuem. Die Warmluft wird rein statisch verteilt, was ein angenehmes und ausgeglichenes Raumklima ergibt.
Die Vorteile eines offenen Einrohrsystems liegen ganz klar auf der Hand. Da wäre einmal der minimale Aufwand der Rohrverlegung, zweitens keine notwendigen Berechnungen über Druckverluste, drittens der bereits erwähnte Komfort einer statischen Raumlufterwärmung.
Leider wie alles, hat das System auch gravierende Mängel. Da wäre der dauernde Wasserverlust erstens durch die natürliche Verdunstung und durch den oben erwähnten Druckunterschied in verschiedenen Höhen mit dem daraus resultierenden Wasserverlust. Sollte der Betreiber einmal vergessen den Wasserstand im Behälter nachzufüllen, so wird mit der Pumpe Luft in das Rohrsystem gepumpt und führt zu einem Totalausfall der Heizung. Wer schon mal versucht hat eine solche Heizung ohne speziellen unter Druck stehenden Behälter zu entlüften, weiss von was ich spreche. Also für einen Laien unterwegs ein fast aussichtsloses Unterfangen. Beim Entlüften von offenen Einrohrsystemen muss akribisch gearbeitet werden und kann nur mit einem unter Druck stehenden Behälter in vernünftiger Zeit erledigt werden. Ein weiterer negativer Punkt ist die schlechte Regelbarkeit. Man kann zum Beispiel nicht einen Konvektor mit einem Regelventil versehen, der dann bei Erreichen der Raumtemperatur den Wasserfluss drosselt. Denn dann würden alle nachfolgenden Konvektoren abkühlen und so für ein unangenehmes Klima sorgen.
Schauen wir nun mal ein geschlossenes Zweirohrsystem an. Was heisst jetzt geschlossenes System? Das ganze Heizsystem ist gegen die Atmosphäre dicht verschlossen und steht unter minimalem statischen Druck (0.2 – 0.5 Bar). Auch hier wird ein Ausgleichsbehälter am höchsten Punkt installiert. Die Grösse des Behälters hängt vom gesamten Volumen der in der Heizung befindlichen Flüssigkeit ab. Zur Absicherung muss bei geschlossenen Systemen entweder ein Überdruckventil eingebaut werden oder man verwendet ein Expansionsbehälterdeckel mit eingebautem Überdruck- und Rückstromventil. Vorteil eines geschlossenen Systems ist ganz klar die Unempfindlichkeit bei Höhenunterschieden, keine Verdunstung, keine Lufteinschlüsse (dichtes Rohrnetz vorausgesetzt).
Zweirohrsystem heisst, von der Heizung werden Vor- und Rücklauf mit grossem Querschnitt auf einen Heizverteiler geführt. Von dort wird jeder Heizkörper mit zwei Rohren einzeln versorgt.
Die hydraulische Abgleichung erfolgt entweder am Heizverteiler oder am Heizkörper selber, aber immer im Rücklauf. Hydraulischer Abgleich heisst, dass kurze Leitungen gegenüber langen Leitungen weniger Widerstand haben und deshalb mit einer Drossel abgeglichen werden müssen. Wird kein hydraulischer Abgleich erstellt, so fällt auch die Wärmeverteilung schlecht aus. Das geschlossene Zweirohrsystem ist auch viel einfacher zu entlüften. Es gilt beim Bau solcher Heizungen an überhöhten Punkten, wo sich Luft ansammeln könnte, ein Entlüfterventil vorzusehen. Bei langen Leitungen ist es sogar ratsam eine Entlüfterflasche vorzusehen.
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Bei Zweirohrsystemen sind auch Konvektoren zu verwenden oder sogar Radiatoren. Nur sind Radiatoren vom Gewicht und Platzverhältnis her nicht zu empfehlen. Was bei Zweirohrsystemen der absolute Komforthit ist, sind so genannte Heizlüfter. Diese haben einen eingebauten Wärmetauscher mit Elektroventilator. Die angesaugte Kaltluft wird durch den Wärmetauscher erwärmt und kann mit Luftführungsschläuchen im Möbelbereich durch verstellbare Luftaustrittsdüsen in den Raum geführt werden. Der Elektroventilator kann über einen Raumthermostat ein und ausgeschaltet werden. Da diese Ventilatoren meistens dreistufig schaltbar sind, kann mit kleiner Drehzahl praktisch geräuschlos Warmluft in den Raum geblasen werden. Durch die thermostatische Regelung wird die Raumtemperatur sehr konstant auf der eingestellten Temperatur gehalten. Durch Einsatz eines programmierbaren Thermostaten können auch verschiedene Temperaturen z. B. Tag-Normaltemperatur und Nachttemperatur mit Absenkung eingehalten werden, was nicht zuletzt dem Energieverbrauch zugute kommt. Bei Wärmetauscher mit Ventilator kann auch z. B. gefilterte Aussenluft (Pollenfilter) erwärmt und in den Raum geblasen werden, was eine Lüftung der Räume auf ein Minimum begrenzt.
Bilder 05/06: Wärmetauscher
Bei Warmwasserheizungen ist jeweils auch zu überlegen, ob die Abwärme vom Fahrzeugmotor zu nutzen wäre, da diese Wärmeenergie eigentlich «gratis» vorhanden ist. Es gilt aber hier zu bedenken, dass immer und in jedem Fall ein Platten- oder Rohrwärmetauscher vorzusehen ist. Da beim Fahrzeugmotor andere Druckverhältnisse als im Heizkreislauf herrschen, nicht zuletzt, und das ist der wichtigste Punkt die Systemtrennung verhindert bei einer Leckage in der Heizung das Auslaufen der Kühlflüssigkeit am Motorkreislauf. Den fahren ohne Heizung ist möglich. Wenn jedoch die Kühlflüssigkeit ausgelaufen ist, kann von einer Weiterfahrt abgesehen werden.
Solche Plattenwärmetauscher sind in zwei Kreise unterteilt, ein Primär- und ein Sekundärkreis. Die Anschlüsse sind jeweils versetzt zueinander angeordnet. Die nutzbare Heizleistung am Sekundärkreislauf (Heizungsseite) hängt von der Eingangstemperatur (Primärseite), Temperaturunterschied (Delta t in °C), und von der Strömungsgeschwindigkeit im Primär- und Sekundärkreislauf ab. Es gibt im Internet unter www.reflex.de Tabellen zum Berechnen von Wärmetauschern. Es ist bei Fahrzeugen ab 7 Meter Länge bei guter Isolation mit ca. 9 kW und bei Fahrzeugen ab 10 Meter mit 12 kW zu rechnen.
Wichtig ist, dass die Fahrerkabinenheizung am Motorkreislauf bleibt und nicht vom Wärmetauscher gespiesen wird, ansonsten die Vorlauftemperatur in der werkseitigen Heizung zu gering ist, und so keine zufrieden stellende Heizleistung erzeugt werden kann.
Die Dimension der Leitungen (Vor-Rücklauf) sollte mindestens 22 mm betragen, da auf möglichst geringen Rohrwiderstand zu achten ist. Je kleiner der Durchflusswiderstand, desto kleiner kann die Zirkulationspumpe gewählt werden, was wiederum dem elektrischen Energieverbrauch zugutekommt. Es sollten möglichst kurze Stücke mit Schlauch ausgeführt werden. Denn Schläuche haben konstruktionsbedingt durch die raue Oberfläche einen hohen Durchflusswiderstand. Es sollten Weichkupferrohre mit Isolationsüberzug (weisse Hülle) verwendet werden, denn diese lassen Biegungen in eingeschränktem Masse zu und können so gut im Fahrzeug verlegt werden. Beim Übergang von Rohr auf Schlauch kann entweder mit der Bördelzange gearbeitet werden, so braucht es nur eine Schlauchbride, oder man schiebt den Schlauch etwas weiter übers Rohr und setzt zwei Schlauchbriden.
Bei Warmwasserheizungen ist besonders auf die Dichtigkeit der ganzen Installation zu achten. Denn Undichtigkeiten ziehen auch immer Lufteinschlüsse mit sich, die dann zu Störungen der Heizung führen. Um gefrierendes Wasser in den Rohrleitungen zu verhindern, muss das System mit Frostschutzgemisch gefüllt werden, d. h. der Frostpunkt sollte bei Minus 20 – 25 °Celsius gewählt werden. Ob man nun Propylen oder Ethylen Glykol verwendet hängt nur von den verwendeten Dichtungen, so genannte EPDM Verträglichkeit ab. Wird falsches oder gemischtes Frostschutz mittel verwendet kann das Dichtungen in Pumpen, Wärmetauscher, Ventilen usw. zerstören.
Kommen wir noch zu den Originalheizungen, die normalerweise in Bussen verbaut werden. Ob es sich um eine Luftheizung oder Warmwasserheizung handelt, ist zweitrangig. Aber eines ist klar, sie sind drei bis viermal überdimensioniert, laut und verbrauchsungünstig. Wenn zudem z. B. eine 30 kW Warmwasser-Heizung nur als Wohnraumheizung benutzt wird, ist das Wasservolumen zu klein. Die Heizung schaltet kurz ein und erreicht durch die grosse Leistung sofort wieder die Ausschalttemperatur. Dies ist für die Heizung ungeeignet und führt häufig zu Ausfällen des Brenners. In diesen Fällen ist es ratsam die Originalheizung durch eine kleinere Heizung zu ersetzen.
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Noch etwas zu den modulierenden Dieselheizungen mit Vliesbrenner, (z. B. Webasto Thermo 90 S/ST) diese haben konstruktionsbedingt einen Nachteil gegenüber Normalbrennern, denn sie verrussen gerne. Um diesen Nachteil zu kompensieren, ist es ratsam bei einem 24-stündigen Betrieb die Heizung in der Nacht über eine Zeituhr eine Stunde abzustellen, damit die Heizung wieder mit voller Last anlaufen muss, so wird das Verrussen verhindert.
Verfasser : PWE Plüss Wohnmobilelektronik
Plüss Bernhard
Dipl. Fahrzeugelektriker/Elektroniker/Diagnostiker
Gummweg 112
CH-3612 Steffisburg
Mail: pluess.wt@bluewin.ch