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Themen rund um die Heizung

BeispielansichtWir möchten auf diesen Seiten einige Themen der Heizungstechnik aufgreifen, welche für den einen oder anderen von Nutzen sein können. Das Themengebiet an sich ist sehr viel komplexer, wir haben uns daher nur auf eine kleine Auswahl der Themen beschränkt. Die Rubriken versuchen häufig gestellte Fragen von Bauherren und Modernisierern zu beantworten, mit denen wir tagtäglich zu tun haben.

Brennstoffe

Erdgas

Der Brennstoff Erdgas ist in Deutschland der bevorzugte Energieträger und verdrängt das Heizöl zunehmend vom Markt. Erdgas besteht zum größten Teil aus Methan. Der hohe Wasserstoffanteil (ca. 20%) reagiert bei der Verbrennung zu Wasserdampf, dessen Kondensationswärme in Brennwertkesseln nutzbar gemacht wird.

BeispielansichtMan unterscheidet zwischen den Gasarten E und LL. Erdgas E hat einen Methananteil von ca. 94%, Erdgas LL von ca. 81%. Die Differenz besteht im Wesentlichen aus Stickstoff, welcher an der Verbrennung nicht teilnimmt.

Als Vorteile von Erdgas gelten die Nutzung der Brennwerttechnik, die schadstoffarme Verbrennung, Wegfall der Bevorratung sowie Platz- und Kostenvorteile. Nachteil: Neben dem Verbrauchspreis wird auch ein Grundpreis erhoben.

Flüssiggas

Flüssiggas ist ein Gemisch aus Propan und Butan und fällt bei der Gewinnung von Erdgas und Erdöl an.

Die Verbrennungseigenschaften sind vergleichbar mit Erdgas und eine Gasartenumstellung an Wärmeerzeugern ist meist kein Problem. Flüssiggas kommt oft zum Einsatz wenn noch keine Erdgasleitung besteht, jedoch für die nahe Zukunft geplant ist.

Heizöl

Heizöl ist neben dem Erdgas der wichtigste Energieträger für die Gebäudebeheizung. Es besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff, der Wasserstoffanteil ist mit 13 bis 16% geringer als bei Erdgas. Dadurch wird bei der Verbrennung weniger Wasserdampf gebildet und die Nutzung der Kondensationswärme würde geringer sein.

Wie Erdgas kann auch Heizöl relativ umweltschonend verbrannt werden. Vorraussetzung ist jedoch die Überführung von der flüssigen in die gasförmige Phase, um eine bessere Reaktion mit dem Sauerstoff der Verbrennungsluft zu ermöglichen (Prinzip Blaubrenner).

Als Vorteile von Heizöl gelten die universelle Einsetzbarkeit auch in abgelegenen Gegenden und das Ausnutzen der Marktlage bei der Bevorratung.

Nachteile gegenüber Erdgas: Geringere Brennwertnutzung möglich, höhere Stickoxidemissionen, mehr Platzbedarf, mehr Hilfsenergieverbrauch, kaum Wandgeräte auf dem Markt.

Festbrennstoffe

Zu dem Festbrennstoffen zählen unter anderem Steinkohle, Braunkohle, Koks, Torf und Holz.

Zunehmender Beliebtheit erfreut sich die Verwendung von Holz in Kachelöfen und Kaminen welche als Zusatzheizung betrieben werden. Land- und Forstwirtschaftliche Betriebe aber auch in verstärktem Maße andere Anwender nutzen Holz und Getreide, um die Grundlast der Wärmeversorgung zu decken.

Brennstoffe der Zukunft

Mit der Verknappung von fossilen, nicht nachwachsenden Rohstoffe besteht die Notwendigkeit auf andere Energiequellen wie z.B. Sonne, Wind, Biomasse zurückzugreifen. Bei der Erzeugung von Strom aus Sonnenkraft (Photovoltaik) könnte Wasserstoff als Speichermedium benutzt werden.

Durch die Vermischung von Wasserstoff und anderen Gasen wäre ein Ersatz von Erdgas möglich.

 

Heizkessel

BeispielansichtJe nach Anwendungsfall und örtlichen Gegebenheiten werden Heizkessel nach der Art des Brennstoffes, der Betriebsweise unterschieden wobei u.a. die Wahl des Aufstellortes und der Verbrennungsluftzuführung auch eine Rolle spielen.

Kriterium Brennstoff

Mann unterscheidet im wesentlichen zwischen Gas, Heizöl und Festbrennstoffen.

Gasgeräte/Gaskessel

Innerhalb dieser Kategorie unterscheidet man zwischen Gaskesseln mit atmosphärischem Brenner, Gebläse-Vormischbrenner und Gebläsebrenner.

Atmosphärische Gaskessel

BeispielansichtStandkessel sind meist aus Gußeisen in Gliederbauweise und besitzen je nach Leistungsgröße eine unterschiedliche Anzahl von Gußgliedern und Brennerlanzen. Wandgeräte (Thermen) verfügen über einen kompakten, fächerförmigen Wärmetauscher und einer T-förmigen Brennereinheit. Der atmosphärische Vormischbrenner saugt die zur Verbrennung benötigte Luft mit der Energie des Gasstrahls durch ein Venturirohr an. Im Brennerrohr bildet sich ein homogenes Gemisch aus Gas und Luft, tritt aus der perforierten Oberfläche aus und verbrennt mit kurzen blauen Flammen. Die Abgase werden über eine Strömungssicherung (zum Ausgleich von Druckschwankungen) in den Kamin geleitet.

Insbesondere Gaskessel mit Brennwertnutzung verwenden Gas-Vormischbrenner mit Verbrennungsluftgebläse.

Die Luft wird über ein Gebläse der Mischkammer zugeführt, nach der Durchmischung folgt die Verbrennung an der Brenneroberfäche. Die Abgase werden mit Überdruck durch eine Abgasleitung abgeführt.

Gaskessel mit Gebläsebrenner

Bei Neuanlagen eher selten ist die Verwendung von sog. Gas-Units mit Gasgebläsebrennern. Bei diesem Brennertyp wird Gas und Luft erst im (Kessel) Brennraum zusammengeführt und verbrennt sofort (Diffusionsbrenner). Öl/Gas-Spezialheizkessel können sowohl mit Gas- oder Ölbrennern betrieben werden; von daher kommen Gebläsebrenner häufig bei einer Brennstoffumstellung vorhandener Anlagen zum Einsatz

Ölkessel

BeispielansichtWährend früher häufig Öl/Gas-Spezialheizkessel mit dem präferierten Brennerfabrikat kombiniert wurden geht der heutige Trend hin zu sogenannten Öl-Units. Units stellen eine Kessel-Brenner-Einheit mit einem auf den Kessel abgestimmten und voreingestelltem Ölbrenner dar. Öl-Units gibt es wahlweise mit Kesselkörpern aus Stahl oder Gußeisen sowie einem Gelbbrenner (Low Nox Brenner) oder Blaubrenner. Dominierend sind bodenstehende Ölkessel mit raumluftabhängiger Betriebsweise. Es gibt aber mittlerweile auch wandhängende, raumluftunabhängige Ölkessel mit oder ohne Brennwertnutzung. Der Marktanteil dieser Kessel ist jedoch gering und die zukünftige Entwicklung bleibt abzuwarten.

Hier dominieren vor allem Holzkessel. Eine schadstoffarme Verbrennung mit wenig Ruß und Rückständen erreicht man durch die Verwendung von Holzvergaserkesseln. Durch eine besondere Regelung der Verbrennung bildet sich eine Art Gasflamme aus und ermöglicht auch eine teilweise Anpassung der Kesselleistung an den momentanen Wärmebedarf. Auf dem Markt befindliche Kessel ermöglichen die Verbrennung von Scheitholz, Holzpellets, Getreide etc.

 

 

Heizkessel

Kriterium Betriebsweise

Innerhalb dieser Kategorie unterscheidet man zwischen Konstanttemperaturkessel, Niedertemperaturkessel und Brennwertkessel.

Konstanttemperaturkessel

Bis vor ca. 20 Jahren gab es keine entsprechende Techniken Heizkessel außentemperaturgeführt zu betreiben. Zum Schutz der Kessel vor Korrosion mussten ständig hohe Stütztemperaturen (70-80 °C) gehalten werden, die Vorlauftemperatur wurde manuell über einen Mischer gesteuert. Diese Betriebsweise führte zu hohen Abgasverlusten, Strahlungsverlusten und Betriebsbereitschaftsverlusten. Nach der Heizungsanlagenverordung ist der Einsatz von Konstantemperaturkesseln bei Neuanlagen nicht mehr gestattet. Vom deutschen Heiztechnik-Markt sind diese Kessel schon seit langem verschwunden, was allerdings nicht für einige andere europäische Länder gilt.

Niedertemperaturkessel

BeispielansichtBeim Niedertemperaturkessel wird die Kesseltemperatur in Abhängigkeit von der Aussentemperatur geregelt, d.h. es wird nur soviel Wärme produziert wie momentan benötigt wird. Durch das geringere Temperaturniveau, vor allem in der Übergangszeit, reduzieren sich die Energieverluste. Die Abgastemperatur ist deutlich geringer als bei Konstanttemperaturkesseln. Konstruktive Maßnahmen verhindern jedoch eine Kondensation der Abgase und die damit verbundene Korrosion im Kessel.

Bei der Umstellung von einem alten Konstanttemperaturkessel auf einen Niedertemperaturkessel ist in der Regel eine Schornsteinsanierung erforderlich, um bei diesen niedrigen Abgastemperaturen einer Versottung des Schornsteins entgegenzuwirken.

Brennwertkessel

Bei der Brennwerttechnik werden die Verbrennungsgase soweit abgekühlt, dass der in ihnen enthaltene Wasserdampf kondensiert, wodurch ein zusätzlicher Wärmeanteil frei und damit nutzbar wird.

In der Heiztechnik wird zwischen dem latenten Wärmeanteil, der die Kondensationswärme darstellt, und dem sensiblen Wärmeanteil, der sich allein auf das trockene Abgas bezieht, unterschieden. Bezogen auf den Brennstoff wird das sensible Wärmepotential als Heizwert als Heizwert und das sensible und latente Wärmepotential zusammen als Brennwert bezeichnet.

Wirkungsgrade bzw. Normnutzungsgrade werden bislang immer auf den Heizwert bezogen. Der Normnutzungsgrad stellt den Mittelwert von 5 Wirkungsgrade über den Jahres-Heizverlauf dar und reflektiert damit besser das reale Nutzverhalten.

Bei Niedertemperaturkesseln ist ein maximaler Normnutzungsgrad von 94% möglich. Die verlorene Wärme ist zum größten Teil der Abgasverlust und bei diesen Kesseln für eine sichere Abgasabführung unvermeidlich.

Bei Gas-Brennwertkesseln ist ein maximaler Normnutzungsgrad von 109% möglich. Es handelt sich hier nicht um Zauberei oder ein Perpetuum Mobile. In der Bezugsgröße Heizwert ist die Kondensationswärme nicht enthalten, welche bei Erdgas ca. 11%-Punkte und bei Heizöl ca. 7%-Punkte ausmacht.

Das heißt, von 111% chemisch gebundener Energie beim Gas entstehen durch die verbrennung nur 2% Verlust.

Dieser entsteht hauptsächlich durch die nicht ganz vollständige Kondensation des Abgases.

Das entstehende Kondenswasser ist leicht sauer und wird bis ca. 200 kW Heizleistung ohne Neutralisation über die Abwasserleitung abgeführt

Man unterscheidet zwischen Konstanttemperaturkessel, Niedertemperaturkessel und Brennwertkessel.

BeispielansichtBeispielansicht

Schadstoffe

Bei jeder Heizungsanlage werden Schadstoffe über das Abgas in die Umwelt emittiert. Bei Elektroheizungen gilt dies indirekt über die Stromerzeugung in den Kraftwerken.

Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen vermeidbare und weitgehend unvermeidbare Schadstoffemissionen.

Brennstoffe wie Erdgas, Heizöl oder Holz bestehen überwiegend aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Durch die Reaktion mit der Verbrennungsluft wird Kohlendioxid freigesetzt. Diese Reaktion ist nicht umkehrbar, das heißt die Menge an Kohlendioxid in den Abgasen läßt sich im nachhinein nicht reduzieren. Kohlendioxid gilt als Treibhausgas und ist mitverantwortlich für die globale Erwärmung. Eine Reduzierung ist nur durch Senkung des Energiebedarfs, z.B. durch Energiesparen oder den Einsatz von Brennwerttechnik möglich.

Schwefelhaltige Brennstoffe wie Heizöl oder Holz bilden bei der Verbrennung Schwefeldioxid, welches bei der Reaktion mit Wasser schwefelige Säure bildet, und verantwortlich für den sauren Regen und damit das Waldsterben ist. Eine Reduzierung ist nur durch Energiesparen und der Verwendung schwefelarmer Brennstoffe möglich.

Als vermeidbare Schadstoffemissionen gelten Stickoxide, Kohlenmonoxid und Ruß.

Stickoxide entstehen bei der Reaktion von Stickstoff und Sauerstoff, und sind für die Ausweitung des Ozonloches in der oberen Atmosphäre verantwortlich. Im Sommer reagieren Stickoxide häufig mit dem Luftsauerstoff der unteren Atmosphäre und bilden Ozon. Ozonalarm in den Sommermonaten ist aber mehr bedingt durch den Straßenverkehr als die selten in Betrieb befindliche Heizungsanlage.

Durch moderne Brennertechnik werden diese Schadstoffemissionen bei Erdgas und Heizöl auf ein Minimum reduziert. Moderne Kraftfahrzeuge mit geregeltem Katalysator weisen wesentlich höhere Schadstoffemissionen auf.

Regelung

Die Heizungsregelung sorgt für eine angenehme und raumindividuelle Wärmeversorgung. Sie regelt ein oder mehrere Heizkreise mit unterschiedlichen Vor- und Rücklauftemperaturen. Weiterhin kann auch die Warmwasserbereitung oder eine weitere Energiequelle (Sonnenenergie, Holzkessel) in die Regelung einbezogen werden.

Nach der Heizungsanlagenverordnung fordert der Gesetzgeber energiesparende und wirtschaftliche Heizungsanlagen. Das bedeutet in der Regel eine raumweise Temperaturregelung über Thermostatventile und eine zentrale Regelung über eine geeignete Führungsgröße. Als zentrale Führungsgrößen dienen meist die Außentemperatur und die Raumtemperatur eines Referenzraumes.

Außentemperaturgeführte Regelung

BeispielansichtDie erforderliche Heizleistung wird durch die aktuelle Außentemperatur bestimmt. Zur Übertragung der Heizleistung durch die Heizkörper ist eine bestimmte Vorlauftemperatur des Heizwassers erfolderlich. Den Zusammenhang zwischen momentaner Außentemperatur und erforderlicher Vorlauftemperatur bildet die an der Regelung eingestellte Heizkurve. Je nach Außentemperatur erzeugt der Heizkessel nur die Vorlauftemperatur, die gemäß Heizkurve eingestellt ist. Durch Verschiebung der Heizkurve ist eine Korrektur der Temperaturwerte möglich. Über Zeitprogramme werden Heizzeiten, Nachtabsenkung, Warmwasserbereitung etc. entsprechend den Nutzgewohnheiten eingestellt.

Raumtemperaturgeführte Regelung

Hier dient die Raumtemperatur eines Referenzraumes als Führungsgröße. Der Referenzraum sollte der Haupt-Aufenthaltsraum (z.B. Wohnzimmer) und nicht mit Thermostatventilen geregelt sein. An einer geeigneten Stelle wird ein Temperaturfühler mit Thermostat angebracht welcher mit dem Heizkessel kommuniziert. Im Referenzraum stellt sich die eingestellte Temperatur ein, in den anderen Räumen ist ein Feinabgleich mit Thermostatventilen möglich. Diese Art der Regelung eignet sich insbesondere, wenn nur eine Partei das Heizsystem benutzt. Bei Nutzung durch meherere Parteien empfiehlt sich aufgrund der unterschiedlichen Gewohnheiten eine zentrale Regelung über die Außentemperatur.

Thermostatventile

Zusätzlich zur zentralen Regelung ermöglichen Thermostatventile eine individuelle Einzelraumregelung, die unter anderem von der Nutzung der Räume abhängig ist. So kann z.B. im Badezimmer eine Raumtemperatur von 24°C, im Wohnzimmer von 20°C oder im Schlafzimmer von 18°C gewählt werden.

Weiterhin wird durch Thermostatventile der Fremdwärmeeinfluß durch Sonneneinstrahlung sowie Abwärme von Geräten und Menschen ausgeglichen. Insbesondere bei Mehrfamilienhäusern ist der hydraulische Abgleich der einzelnen Thermostatventile zu beachten. Näheres hierzu in der Profi-Info "Geregelte Ströme".

Warmwasserbereitung

Die Erwärmung von Trinkwasser kann prinzipiell auf zwei Arten erfolgen: mittel Durchflusserwärmung und mittels Speichererwärmung.

Durchflusserwärmung

Durchflusserwärmung ist für Einfamilienhäuser und Etagenwohnungen interessant, wenn jeweils Einzelduschen oder Waschbecken zu versorgen sind.

Für Wannenbäder dürften dagegen die in der Regel deutlich über 10 Minuten liegenden Füllzeiten als wenig komfortabel empfunden werden.

Bei der Gerätetechnik unterscheidet man zwischen Durchlaufwasserheizern und Kombiwasserheizern.

Durchlaufwasserheizer dienen ausschließlich der dezentralen Warmwasserbereitung entweder gasbeheizt oder als elektrischer Durchlauferhitzer.

Kombiwasserheizer sind Gaswandgeräte für die Gebäudeheizung und Warmwasserbereitung. Bei der Zapfung schaltet das Gerät von Heizung auf Warmwasserbereitung um. Um einen entsprechenden Warmwasserkomfort zu gewährleisten ist auf die richtige Dimensionierung zu achten, da in der Regel die benötigte Warmwasserleistung wesentlich höher ist als die Heizleistung für die Gebäudeheizung.

Um die Zapfrate während der Entnahme konstant zu halten, muss die Erwärmleistung auf jede Veränderung der Zapfrate reagieren. Komfortable Durchflusserwärmung erfordert deshalb hochwertige Regelungstechniken.

Speichererwärmung

Ist die zentrale Warmwasserversorgung an den Heiz-Wärmeerzeuger gekoppelt, stehen wandhängende, auf- und untergesetzte oder nebenstehende Speicher-Bauformen zur Wahl. Warmwasserspeicher bestehen meist aus einem Zylinder mit innenliegendem Rohrbündel-Wärmetauscher und sind aus emailliertem Stahl oder Edelstahl gefertigt.

BeispielansichtWandhängende Warmwasserspeicher sind in Verbindung mit Gas-Wandkesseln oder Thermen anzutreffen. Sie eignen sich zur Gruppenversorgung von Waschbecken mit Dusche. Bei größerem Warmwasserbedarf sind Gas-Wandkessel auch mit bodenstehenden Speichern nahezu beliebigen Inhalts kombinierbar.

Aufgesetzte Warmwasserspeicher werden auf den bodenstehenden Heizkessel gesetzt und bilden mit diesem eine Einheit. Alle Rohrleitungen werden in dieser Einheit geführt und sind nicht sichtbar. Der Platzbedarf für diese Einheit ist sehr gering.

Untergesetzte Speicher werden unter den Heizkessel gestellt, bilden aber mit diesem keine Einheit und werden außerhalb verrohrt. Auch hier wird wenig Stellplatz benötigt und durch die angehobene Position des Kessel wird die Brennerwartung erleichtert.

Nebenstehende Speicher können links oder rechts vom Heizkessel aufgestellt werden und sind für Inhalte von 80 bis 500 Liter auf dem Markt erhältlich.

Solaranlage

Mit einer Solaranlage lassen sich bis zu 60% des Jahres-Energiebedarfs für die Warmwasserbereitung sparen.

So werden zum Beispiel in einem Einfamilienhaus mit 4 Personen ca. 230 bis 350 Liter Heizöl bzw. Kubikmeter Erdgas weniger verbraucht und ca. 600 bis 800 kg weniger Kohlendioxid im Jahr emittiert.

Die Solaranlage wandelt die Strahlungsenergie der Sonne in Wärmeenergie um, so dass diese zur Trinkwassererwärmung und/oder zur Heizungsunterstützung genutzt werden kann. Wesentliche Bestandteile einer Solaranlage sind die Sonnenkollektoren, der Wärmespeicher, das verbindende Rohrnetz mit Pumpe und Sicherheitseinrichtungen sowie das Regelsystem.

Funktion einer Solaranlage:

BeispielansichtGroße Bedeutung kommt dem Flächenabsorber des Sonnenkollektors zu. Der Absorber ist eine dunkel eingefärbte Metall- oder Kunststoffplatte mit einem Rohrregister auf dessen Rückseite.

Durch das Auftreffen von Sonnenstrahlen heizt sich die Absorberfläche und die im Rohrregister befindliche Wärmeträgerflüssigkeit auf. Die im Absorber herrschende Temperatur wird von einem Regelgerät erfasst und mit der Temperatur beispielsweise im Warmwasserspeicher verglichen. Bei einer entsprechenden Temperaturdifferenz schaltet die Umwälzpumpe ein. Die erwärmte Wärmeträgerflüssigkeit wird vom Absorber zum Warmwasserspeicher gefördert und die abgekühlte Trägerflüssigkeit vom Warmwasserspeicher zurück zum Absorber.

Falls die Sonnenenergie nicht ausreicht, um das Wasser im Warmwasserspeicher entsprechend zu temperieren, wird die Trinkwassererwärmung über den Heizkessel sichergestellt.

Je nach Verwendung der Solaranlage - ob für die Trinkwassererwärmung und/oder Heizungsunterstützung - kommt anstelle eines Speichers mit 2 Heizschlangen ein Puffer- oder Kombispeicher zum Einsatz.