- Heizungstechnik
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Eine Heizung ist eine Vorrichtung zur Erwärmung von Objekten oder Räumen.
Unter „Heizung“ subsumieren sich sowohl Begriffe wie Zentralheizung, Elektroheizung, Etagenheizung, Fahrzeugheizung, Fernheizung, Gasheizung, Holzheizung, Kohleheizung, Nachtspeicherheizung, Ölheizung, Pelletheizung, Wärmepumpenheizung, als auch Bezeichnungen für Anlagenkomponenten, zum Beispiel Heizkessel, Heizflächen und Heizkörper oder auch Heizung eines Objektes (kein Gebäude) wie Sitzheizung, Griffheizung oder Heizdecke.
Thermostatventil an einem HeizkörperInhaltsverzeichnis
Energiequellen
gebrauchte Zerstäuberdüse eines ÖlbrennersBrennstoffe
Als Brennstoffe kommen unter anderem Erdgas, Flüssiggas, Heizöl, Kohle, Stroh, Holz, Biogas oder Pflanzenöle zur Anwendung. Experimentell wird auch Getreide verwendet, zur Einhaltung der Abgaswerte und gegen Korrosion am Brenner muss es jedoch frei von Stroh- und Halmresten sein und Chlor- und Kaliumarm gedüngt sein.
- Moderne Zentralheizungen arbeiten heute zum Teil mit Brennwerttechnik. Die üblichen Brennstoffe sind hier Gas oder Öl
- Holzvergaserkessel haben die alten flammenden Holzheizungen weitgehend abgelöst
- Die vermehrt nachgefragten Pelletheizungen verbrennen - weitgehend CO2-neutral - Holzpellets. Es handelt sich dabei um Pressholz in länglicher Granulatform.
- Hackschnitzelanlagen werden in Gebieten mit hohem Waldanteil verwendet. Dazu wird meist Abfallholz, das für die Holzindustrie nicht brauchbar ist, gehäckselt. Da die Anlage mit relativ hohen Investitionen verbunden ist, eignet sich diese Heizart nur für mittlere und größere Abnehmer (z. B. Bauernhöfe, Heizwerke für Nah- und Fernwärmenetze).
Fernwärme
Wird die Wärme zentral in einem Heizkraftwerk erzeugt oder die Prozessabwärme von Industrieanlagen genutzt und an mehrere räumlich entfernte Wärmeabnehmer verteilt, so spricht man, je nach räumlicher Größe des Wärmeverbundes, von einer Nahwärme- beziehungsweise Fernwärmeversorgung. Derartige Wärmeverbundnetze finden bei der Wärmeversorgung von Stadtteilen und in Industrieanlagen Verwendung. Als Brennstoffe werden hier überwiegend Erdöl, Erdgas oder Kohle eingesetzt.
Elektrischer Strom
Elektrischer Strom als Energiequelle in Elektroheizungen wird oft für kurzzeitigen Bedarf in Heizlüftern eingesetzt. Als Heizung von Wohnungen sind zum Teil Nachtstrom-Speicher-Heizungen im Gebrauch, die die Energie des kostengünstigeren Stromes zum Nachttarif nachts zur Aufheizung eines wärmeisolierten Speichers nutzen und zu jeder Tageszeit bei Bedarf über Gebläse abgeben. Auch Radiatoren mit eingebautem Heizstab und angebautem Temperaturregler kommen für die Raumheizung zum Einsatz.
Erdwärme
Zur Gebäudeheizung mit Erdwärme werden in Verbindung mit Wärmepumpen und Niedertemperaturbeheizung wie z. B. der Fußbodenheizung nur relativ niedrige Temperaturen benötigt. Für ein Einfamilienhaus sind ein bis zwei oberflächennahe Bohrungen notwendig. Vorteil dabei ist, dass diese Anlagen im Sommer auch zur Gebäudekühlung eingesetzt werden können. Erstmals flächig erforscht werden soll der Einsatz von Erdwärme im Erdwärmepark in Neuweiler im Nordschwarzwald; einem Baugebiet, in dem ausschließlich Erdwärme zum Zweck der Gebäudeheizung und –kühlung verwendet wird.
Bivalente Heizungen
Heizanlagen für mehrere Brennstoffe werden als bivalente Heizung bezeichnet, so etwa kombinierte Solar/Brenner-Heizungen (Solar und Öl/Holz/Gas/ua.), Scheitholz-Kombianlagen (Holzvergaser mit Pelletsmodul), Allesbrenner (klassischer Holz/Koks-Kessel), und andere. Anlagen für mehr als zwei Energieformen sind nur in der Kraftwerkstechnik üblich.
Einzelheizung
Eine einfache Form der Raumheizung ist die der Einzelheizung. Sie hat den Zweck, die direkte Umgebung, in der sie steht, zu beheizen. Sie kann aus einem offenen Kamin, einem geschlossenen Ofen (z. B. Kachelofen, Grundofen, Dauerbrandofen mit angeschlossenem Öltank) oder aus einer elektrisch betriebenen Widerstandsheizung (z. B. Heizlüfter, Heizstrahler oder Elektrospeicher-Heizung) bestehen.
Infrarot - Einzelheizung
Eine besondere Form der Einzelheizung ist die Erzeugung von Infrarot-C-Strahlung aus elektrischem Strom. Bei diesem Verfahren wird durch ein Kohlefasergewebe Infrarotstrahlung erzeugt und ausgesendet. Infrarot-C erwärmt in erster Linie lebende Organismen im Abstrahlungsbereich und nicht die Räume selbst. Dadurch wird ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht, der Energie spart. Die langfristige Ungefährlichkeit von Infrarot-C wurde wissenschaftlich durch das Institut Biolicht an der Berliner Charité nachgewiesen.[1] Allerdings wirkt Infrarot-C nur auf der Hautoberfläche, somit dauert es deutlich länger, bis sich ein Wärmeempfinden einstellt, als mit den tiefer eindringenden IR-A oder IR-B.[2]
Zentralheizung
Eine Zentralheizung (Sammelheizung) hat eine zentrale Heizstelle und versorgt über Wasser als Trägermedium einen oder mehrere Räume oder Gebäude.
Warmwasserheizung
Eine Warmwasserheizung besteht aus einem zentralen Wärmeerzeuger, der das Wärmeübertragermedium Wasser erwärmt und mit einer Umwälzpumpe oder durch den Dichteunterschied des Wassers (Schwerkraftheizung) durch Rohrleitungen (Vorlauf) zu den Heizflächen fördert, die die Wärme durch Konvektion der Luft an den Heizkörperoberflächen an den zu beheizenden Raum abgeben. Anschließend fließt das abgekühlte Wasser über die Rücklaufleitungen zurück zum Wärmeerzeuger.
Zur Druckhaltung im System wird in aktuellen Heizungsanlagen meist ein Membranausdehnungsgefäß genutzt, das auch Druckschwankungen infolge Erwärmung/Abkühlung und Leckagen in bestimmten Grenzen ausgleicht. In älteren Heizungsanlagen findet man aber auch offene Reservoirs am höchsten Punkt der Heizungsanlage. Zum Befüllen des Heizungssystems wird i.d.R. Leitungswasser genutzt, das über eine Füllarmatur in den Heizkreis eingespeist wird. Die Verbindung Trinkwassernetz/Heizung darf dabei nur temporär zum Befüllen hergestellt werden, um Rückspeisung von Wasser aus dem Heizungs-Rohrnetz bei Druckabfall im Trinkwassernetz zu verhindern. Im Leitungsnetz befindliche Luft muss über Entlüfter an den einzelnen Heizkörpern und bei größeren Anlagen an Luftabscheidern aus dem Wasserkreislauf entfernt werden, damit alle Heizkörper vollflächig mit Heißwasser versorgt werden können und es nicht zu Geräuschbelästigungen kommt.
Die Warmwasserheizung arbeitet mit Wassertemperaturen zwischen 30 °C (Niedertemperaturheizsystem) und 90 °C. Das Wasser wird durch Rohrsysteme in Heizkörper (Heizleiste, Radiator), Fußbodenheizung oder Wandheizung gepumpt und gibt dort Wärme ab.
Durch Auslegung der Heizflächen und des Rohrnetzes mit niedriger Rücklauftemperatur (unter 50 °C bei Gas bzw. unter 40 °C bei Heizöl) kann ganzjährig die Energie aus dem Wasserdampf des Rauchgases genutzt werden.
Für den optimalen Betrieb einer Warmwasserheizung ist ein hydraulischer Abgleich erforderlich. Hierzu wird im Vorfeld eine Rohrnetzberechnung durchgeführt. Obwohl der hydraulische Abgleich in der (VOB) Teil C und in der Energieeinsparverordnung gefordert ist, wird er in der Praxis von Heizungsmonteuren fast nie ausgeführt und auch von der Bauleitung selten überprüft.
In größeren Heizungsanlagen mit mehreren Wärmeerzeugern und Verbraucherkreisen wird die hydraulische Weiche oder ein Zortströmverteiler eingesetzt, um Heiz- und Verbraucherkreise hydraulisch zu entkoppeln.
Geschichte
Die Warmwasserheizung setzte sich im privaten Wohnungsbau erst nach und nach ab 1900 durch. Die älteste bekannte Warmwasserheizung entwickelte 1716 der Schwede Marten Trifvald. Sie diente zu Beheizung eines Treibhauses im englischen Newcastle. Ab 1850 ließen sich bald einige Fürsten und wohlhabende Bürger Warmwasserheizungen in ihre Schlösser und Villen einbauen. Erwähnenswert sind hier das 1867/68 von August Orth erbaute Palais Strousberg in Berlin.
Dampfheizung
Bei der Heißwasserheizung und der Dampfheizung wird das Wasser auf über 100 °C erwärmt. Der erzeugte Wasserdampf wird durch Rohrleitungen transportiert und kondensiert in den Heizkörpern unter Wärmeabgabe, das Kondensat fließt zum Heizkessel zurück. Die bei der Kondensation frei werdende latente Wärme bewirkt eine sehr große freigesetzte Heizleistung.
Warmluftheizung
Die Warmluftheizung verwendet die Raumluft als Wärmeträger. Dabei wird die in einem Heizautomaten erzeugte Warmluft über Luftkanäle in die Räume geleitet. Auch als Warmluftheizung angelegt, jedoch im Detail anders aufgebaut, ist die im 1. Jahrhundert v. Chr. erfundene und heute in Ausgrabungsstätten rekonstruierte Hypokausten-Luftheizung.
Wirtschaftlichkeit und Betriebskosten
Die Wirtschaftlichkeit einer Heizanlage hängt neben Anschaffungs- und Betriebskosten auch von den zur Verfügung stehenden finanziellen Förderungen ab.
Für die Bewertung der Gesamteffizienz ist der Jahresnutzungsgrad wichtiger als der Wirkungsgrad.
- Der Jahresnutzungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen bereitgestellter Nutzwärme zur aufgewandten eingesetzten Brennstoffmenge. Die Angabe des Jahres-Nutzungsgrads oder auch Norm-Nutzungsgrads berücksichtigt nicht nur die Verluste, die bei laufendem Brenner auftreten, sondern auch alle Verluste, die während des Brennerstillstands auftreten.
- Der Wirkungsgrad beinhaltet nur die Verluste bei laufendem Brenner. In einem Jahr werden jedoch nur Brennerlaufzeiten von ca. 1.800 Stunden erreicht, die restliche Zeit steht der Brenner. Eine Wirkungsgradangabe ist stets nur eine Momentaufnahme, die sich auf Leistungen bezieht. Der Nutzungsgrad betrachtet jedoch die energetische Effizienz über einen bestimmten Zeitraum, z. B. ein Jahr.
- Eine Verbesserung des Wirkungsgrades ist durch Einsatz von Brennwertkesseln möglich. In ihnen wird noch die Kondensationswärme des bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampfes genutzt. Eine relativ niedrige Rücklauftemperatur im Heizkreislauf ist hier allerdings vorausgesetzt.
Berechnung einer Raumheizung
Um den Leistungsbedarf einer Heizung für einen geschlossenen Raum zu ermitteln, ist die Berechnung des Wärmedurchgangs der Raumbegrenzungsflächen (Wände, Decke, Fußboden, Türen, Fenster) nötig. Die über die Flächen abströmende Wärme muss als Heizleistung zugeführt werden.
= Leistung in W (1 Nm/s = 1 J/s = 1 W)- U = Wärmedurchgangszahl in W/(K * m²)
- A = Fläche in m²
- t2 = Außentemperatur in °C
- t1 = Zimmertemperatur in °C
Für Räume mit mehreren Außenwänden ist ein Leistungszuschlag von 10 bis 15 Prozent erforderlich. Der Leistungsbedarf wird für alle Flächen des Raumes getrennt berechnet und später addiert. Siehe auch Wärmeklau.
Ferner müssen für die Auslegung von Heizungsanlagen Lüftungswärmeverluste (Fenster oder maschinell), Nachtabsenkung, Wiederaufheizfaktor etc. im Rahmen der anerkannten Regeln der Technik berücksichtigt werden. Die Berechnung wird durch EN 12831 (Heizlast) festgelegt. Bis Oktober 2004 galt die DIN 4701 für Wärmebedarf, mit der der sogenannte Norm-Wärmebedarf berechnet wird.
Kann ein Gebäude durch sehr gute Wärmedämmung seinen Wärmebedarf so weit reduzieren, dass es ohne eine aktive Raumheizung auskommt (Energiezufuhr nur durch Bewohner, solare Gewinne, Lüftungsvorwärmung usw.), so spricht man von einem Passivhaus.
Steuerung und Regelung
Die Einhaltung der angestrebten Temperatur wird durch Steuerung und Regelung der Heizung erreicht.
Die Kontrolle über das Heizverhalten der Anlagen ging mit dem Stand der Technik mit. Gab es bei den ersten großen Heizungsanlagen noch Heizer zur Unterhaltung und Kontrolle des Verbrennungsvorgangs, so wird dies heute von elektronischen Regelungen mit automatischer Kontrolle der Brenngutzufuhr übernommen.
Die Art der eingesetzten Regelung hängt dabei von der Größe der Heizungsanlage ab.
In Ein- und Zweifamilienhäusern wird die Heizung und Warmwasserbereitung in der Regel komplett durch die Regelung im Kessel realisiert.
Bei größeren Anlagen, bei denen ein Heiznetz mehrere Häuser oder Wohngebiete versorgt, wird im Heizhaus nur die Regelung für das Heiznetz realisiert, das heißt, es wird eine konstante oder variable Vorlauftemperatur in das Netz eingespeist. In diesen Anlagen stehen dann zwei oder mehr Heizkessel. Diese werden nicht mehr über die brennereigene Steuerung, sondern über DDC-Steuerungen gesteuert.
Die Regelung der Heizungen und der Warmwasserbereitung erfolgt dann separat in den Hausanschlussstationen (HAST) der einzelnen Häusern. Die Regelung im Haus erfolgt dann über Kompaktregler oder DDC-Steuerungen.
Die Regelstrategie erfolgt bei Heizungen außentemperaturgeführt, das heißt, die Vorlauftemperatur des Heiznetzes wird über eine Heizkurve parametriert. Die Vorlauftemperatur des Heizkreises wird dabei wärmer, je kälter es wird. Bei einer Regelung mit einem meist im Wohnzimmer angebrachten Temperaturfühler wird die Vorlauftemperatur des Heizkreises zusätzlich durch die Raumtemperatur beeinflusst, damit auch die Fremdwärme durch Sonneneinstrahlung etc. berücksichtigt wird. Zudem werden Parameter wie Nachtabsenkung und verlängerte Nutzungszeiten von Räumen über die Partytaste genutzt, um in die Regelung einzugreifen. Am bequemsten geschieht dies über eine Fernbedienung im Wohnbereich.
Entwicklung
Deutschland
Viele alte Heizkessel müssen laut Bundes-Immissionsschutzverordnung kurzfristig ausgetauscht werden, denn seit dem 1. November 2004 gelten strengere Abgasverlustwerte für Gas- und Ölheizungen: Heizkessel mit einer thermischen Leistung von 4 bis 25 kW dürfen einen Abgasverlustwert von 11 Prozent nicht überschreiten. Bis zum 31. Dezember 2006 sind laut Energieeinsparverordnung (EnEV) solche Öl- und Gasheizkessel (nur Standardheizkessel) auszutauschen, die vor Oktober 1978 eingebaut wurden, sofern es sich um Wohngebäude mit mehr als zwei Wohneinheiten handelt. Bei vom Eigentümer genutzten Wohngebäuden mit bis zu zwei Wohneinheiten müssen solche Heizkessel erst nach einem Eigentümerwechsel innerhalb von zwei Jahren, jedoch nicht vor dem 31. Dezember 2008 erneuert werden. Niedertemperatur- und Brennwertkessel, sowie Festbrennstoffkessel, direkt befeuerte Warmwasserbereiter und Einzelraumheizer sind von der Nachrüstpflicht der EnEV nicht betroffen. Unabhängig von diesen Vorschriften dient als Orientierung für die Nutzungsdauer von Anlagenkomponenten die VDI 2067. Demnach sind Heizkessel nach 18 bis 20 Jahren verbraucht, Gebläsebrenner nach 12 bis 15 Jahren sowie Armaturen und Tank (Stahlblech) nach 20 Jahren.
Literatur
- Alfred Faber: Entwicklungsstufen der häuslichen Heizung. Oldenbourg 1957
- Recknagel-Sprenger-Schramek, Taschenbuch für Heizung + Klimatechnik (erscheint jährlich)
Siehe auch
Alte Bauformen
Steuerung und Regelung
Technik
Wärmeerzeugung
Wärmeverteilung
- Hypokaustum
- Warmwasserheizung (1700 in Russland, 1716 in England)
- Flächenheizung
- Dampfheizung (1784, James Watt)
- Wärmezähler und Heizkostenverteiler zur Verbrauchsbestimmung
Dienstleistungen
- Fernheizwerk (seit 1880, New York)
- Contracting
Weblinks
Einzelnachweise
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