Heizung und Warmwasser

Das Prinzip

Eine Heizungsanlage ist nichts anderes als ein Energiewandler. Im Heizkessel wird der Brennstoff (Öl oder Gas, seltener Holz oder Kohle) verbrannt. Die dabei frei werdende Wärme wird an das Wärmeübertragungsmedium Wasser weitergegeben, das entweder in die Heizkörper strömt oder direkt als Warmwasser verwendet wird. Das heiße Abgas wird bei normalen Heizungsanlagen ungenutzt über den Schornstein nach außen geleitet. Bei neueren Anlagen (siehe Abschnitt 9.2.4) wird die Wärme des Abgases weitergenutzt. Das erhöht den Wirkungsgrad des Kessels. Als weitere Verluste sind zu nennen Stillstandsverluste und die
Wärmeabstrahlung des Kessels (nach HIRSCH und LOHR 1996, S. 77).

Heizung

Verteilersysteme

Mittels einer Umwälzpumpe wird das warme Wasser in die Rohleitungen befördert. Man unterscheidet zwischen Ein- und Zweirohrsystemen. Bei Einrohrsystemen werden alle Heizkörper im Haus hintereinander in Reihe geschaltet. Dieses Prinzip ist sehr kostengünstig, da wenig Rohre benötigt werden. Die Nachteile sind, dass man einzelne Heizkörper nicht regeln kann (es sei denn man benutzt Bypassventile) und dass der Druck der Umwälzpumpe und die Vorlauftemperatur sehr hoch sein müssen, damit auch der letzte Heizkörper in der Reihe noch etwas abbekommt. Einrohrsysteme lohnen sich eigentlich nur bei sehr kleinen Gebäuden. Bei Zweirohrsystemen bekommt jeder Heizkörper seinen eigenen Vorlauf und Rücklauf. Zwar werden so viel mehr Rohrleitungen benötigt, aber ein niedrigerer Pumpendruck spart Energie. Außerdem kann man jeden Heizkörper einzeln regeln und dem Bedarf anpassen. Für Energiesparhäuser ist das zuletzt genannte System sinnvoller (nach HIRSCH und LOHR S. 79).

Anordnung der Heizkörper

In alten, schlecht gedämmten Gebäuden befinden sich die Heizkörper meist unter den Fenstern, da so der Raum „gleichmäßig erwärmt wird, und auch im Winter vollständig, bis vor das Fenster, ohne große Komforteinbuße“ genutzt werden kann (HIRSCH und LOHR 1996, S. 79). Bei gut gedämmten Energiesparhäusern hingegen ist man in der Anordnung der Heizkörper ziemlich frei. Man kann die Heizkörper im Haus möglichst nah beisammen anordnen, um eine Verkürzungen der Rohrleitungen zu erreichen. Da somit die benötigte Heizleistung geringer wird, genügt auch ein kleinerer Heizkessel und man spart Energie (nach HIRSCH und LOHR 1996, S. 79).

Strahlungs- und Konvektionsanteil

Heizkörper geben Wärme durch Konvektion und durch Wärmestrahlung ab. Konvektion erwärmt die Raumluft, Wärmestrahlung hingegen eher die Oberflächen der Gegenstände, Wände etc. Warme Oberflächen empfinden Bewohner im Allgemeinen als angenehmer als warme Luft. Da bei Energiesparhäusern die Wände ohnehin gut gedämmt und deren Oberflächentemperatur behaglich sind, kann auf große, flache Heizkörper mit großen Strahlungsanteil verzichtet werden. Heizkörper mit höherem Konvektionsanteil können auch kleiner dimensioniert werden, was zu Energieeinsparungen führt (nach FEIST 1997, S. 123).

Moderne Heizkessel

Das bei der Verbrennung entstehende Abgas ist bei Heizkesseln sehr heiß. Es liegt daher nahe, diese Wärme weiter sinnvoll zu nutzen. Niedertemperaturkessel zum Beispiel verfügen über eine große Wärmetauscherfläche, die die freiwerdende Wärme um bis zu 90 % ausnutzt. Brennwertkessel gehen noch einen Schritt weiter: Eines der Verbrennungsprodukte ist Wasserdampf. Kühlt man das Abgas (z.B. mit einem Gebläse), kondensiert der Wasserdampf. Dabei wird zusätzlich noch Kondensationswärme frei. Die Gesamtwärmemenge einschließlich der Kondensationswärme nennt man auch oberer Brennwert (nach HISCH und LOHR 1996, S. 83).

Warmwasserbereitung

Warmes Wasser kann entweder zentral oder dezentral bereitet werden. Die gängigsten dezentralen Geräte sind Boiler oder Elektro-Durchlauferhitzer, die aber in der Regel einen „schlechten primärenergetischen Nutzungsgrad“ (FEIST 1997, S. 129) haben (Bereitstellungsverluste bei Boilern und hoher Stromverbrauch bei Elektro-Durchlauferhitzern). Gas-Durchlauferhitzer stellen energetisch gesehen eine Alternative dar. Zentrale Warmwasserbereitung findet entweder im Heizkessel oder in einem separaten Warmwasserkessel statt. Außerdem können Solaranlagen (vor allem im Sommer) als sinnvolle Ergänzung zum Heizkessel verwendet werden und bis zu 50 % des Warmwasserbedarfs decken. Welche Warmwasserzubereitungsart am sinnvollsten ist, hängt zu sehr von den Randbedingungen ab, um „das Optimale“ nennen zu können. In jedem Fall sollten, gleiches gilt auch für die Heizung, der Kessel und die Rohrleitungen wärmeisoliert werden. Außerdem solltendie Bereitstellungsverluste möglichst gering gehalten werden (nach FEIST 1997, S. 129). In jedem Falle zu bevorzugen sind Verfahren wie Kraft-Wärme-Kopplung oderBlockheizkraftwerke, die ganze Wohngebiete mit Strom und Wärme versorgen. Hierauf kann indiesem Referat allerdings nicht eingegangen werden.
Zusammenfassung des Themas „Heizung“

Allein durch die gute Wärmedämmung und die Nutzung passiver Solarenergie wird im Energiesparhaus eine Kettenreaktion ausgelöst: Aufgrund der geringeren Wärmeverluste der guten Dämmung und der passiven Wärmegewinne der Sonne wird im Haus weniger Heizenergie benötigt. Eine sinnvolle Anordnung der Heizkörper hat kürzere Rohrleitungen und somit eine geringere benötigte Pumpleistung zur Folge, was den Stromverbrauch senkt. Außerdem muss aufgrund der guten Dämmung der Strahlungsanteil der Heizkörper nicht so groß sein. Ein somit größerer Konvektionsanteil bewirkt, dass die Heizkörper kleiner ausfallen können und weniger Energie verbrauchen. Durch den geringeren Energieverbrauch wird auch nur noch ein kleinerer Heizkessel benötigt. Der geringere absolute Energieverbrauch bringt auch mit sich, dass der relative Anteil der solaren und inneren Gewinne steigt. Allerdings steigt auch der relative Anteil der Verluste des Heizsystems durch Abstrahlung und das Abgas. Eine gute Isolation desselben, sowie die Benutzung von Niedertemperatur- oder Brennwertkessel, die die Wärme des Abgases nutzen, lohnen sich also allemal, und: sparen wiederum Energie.

Die „Heizung“ im Passivhaus

Passivhäuser besitzen keine Heizungsanlage, in der ein Brennstoff verbrannt wird. Lediglich die hereinscheinende Sonne und innere Gewinne dienen als Wärmequelle. Der Restheizwärmebedarf ist in einem Passivhaus so gering, dass diese Energie ausreicht. Vorraussetzung ist selbstverständlich eine optimale Wärmedämmung. Sogenannte Luft-Luft-Wärmetauscher (siehe Abbildung 3) stellen Heizung, Lüftung und Warmwasserkessel in einem dar. Aus Abbildung 3 wird deutlich, dass die Wärme der Fortluft aus Wohnräumen, Bad, Küche etc. mittels einer Wärmepumpe an Wasser weitergeleitet wird, welches die Wärme speichert und sowohl die frische Zuluft erwärmt, als auch an sich Warmwasser zum Duschen etc. darstellt (nach FEIST 1996, S. 42f.).

Abbildung 3 (Quelle: FEIST 1996, S. 43)