_Gebäudetechnik
Wärmeerzeugung
Heizkesselarten, KWK, Wärmepumpen und Solarthermie
Bei der Wahl einer Heizung ist neben dem Brennstoff und der Möglichkeit seiner Lagerung vor allem der geeignete Wärmeerzeuger von Bedeutung. Als Sammelbegriff steht er für alle Arten von Heizgeräten. Zum Einsatz kommen z.B. Systeme, bei denen die Wärme durch Verbrennung eines Energieträgers erzeugt wird. Dies erfolgt in Heizkesseln, die sich hinsichtlich ihrer energetischen Effizienz unterscheiden in Standardkessel, Niedertemperatur- und Brennwertkessel. Außerdem gibt es Kessel, die mit Brennstoffen aus Biomasse beheizt werden. Für den Gebäudebereich sind dies Pflanzenöl und vor allem Holz in Form von Scheitholz, Holzhackschnitzeln oder Holzpellets. Wird neben Wärme auch Strom produziert, handelt es sich um Kraft-Wärme-Kopplung.
Gallerie
Eine weitere Gruppe der Wärmeerzeuger wird ohne Verbrennung betrieben, zu ihnen zählen die Wärmepumpen und die Solarthermie, die keine Lagerflächen benötigen. Außerdem gibt es Geräte welche die haustechnischen Aufgaben Heizen, Lüften, Kühlen und Warmwasserbereiten komplett übernehmen, sie werden mit den Bezeichnungen Integralsystem, Kombigerät, Komplettsystem oder Zentralgerät angeboten.
Wärmepumpenheizungen
Wärmepumpen sind technische Heizeinrichtungen, die einen Wärmestrom
bei niedriger Temperatur aufnehmen und mittels Energiezufuhr bei
höherer Temperatur wieder abgeben. Dabei entzieht die Wärmepumpe
die in der Umgebung (Erdreich, Wasser, Luft) gespeicherte Wärme,
aber auch Prozesswärme aus Abwasser und Abluft. Diese
wird mit der Antriebsenergie in Form von Wärme an den Heiz- und
Warmwasserkreislauf weitergegeben (siehe auch Beitrag
Wärmepumpen im Kapitel Erneuerbare Energien).
Standardkessel
In konventionellen Heizkesseln wird die Energie der Brennstoffe Gas
oder Öl, die bei der Verbrennung in thermische Energie umgewandelt
wird, mithilfe eines Wärmeaustauschers an den Heizkreis übertragen.
Da sie mit konstanter Kesseltemperatur betrieben werden, ergeben
sich vergleichsweise hohe Abgas- und Wärmeabstrahlverluste. Aus
diesem Grund werden sie heute nicht mehr eingesetzt.
Niedertemperaturkessel
Niedertemperaturkessel eignen sich für die Verbrennung von
flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen, in der Regel Heizöl
oder Gas. Heizöl bildet bei der Verbrennung weniger Wasserdampf als
Erdgas, entsprechend geringer ist der energetische Zugewinn. Wegen
ihrer geringen Oberflächentemperaturen (Vorlauftemperatur 70° oder
55°C, Rücklauftemperatur ca. 55° oder 45°C) eignen sich
Niedertemperaturheizungen vor allem für Flächenheizungen. Da es im
normalen Betrieb zu keiner Kondensation des im Abgas enthaltenen
Wasserdampfes kommt, sind die Wirkungsgrade eines
Niedertemperaturkessels geringer als die eines
Brennwertkessels.
Brennwertkessel
Im Unterschied zu konventionellen Kesseln nutzen sie auch die
Kondensationswärme des Wasserdampfes im Abgas und bieten damit eine
höchstmögliche Brennstoffausnutzung. Brennwertkessel werden
temperaturveränderlich zwischen (theoretisch) Raumtemperatur und
maximal bis zu 80°C betrieben. Die wirtschaftlichste Ausnutzung
erzielen sie bei Außentemperaturen zwischen +10°C und –5°C, d.h.
bei einer Anlagenauslastung zwischen 30 und 80%. Je nach Brennstoff
wird zwischen Öl-, Gas- und Pellets-Brennwertkesseln
unterschieden.
Öl-Brennwertkessel werden überwiegend zur Raumheizung und
zur Trinkwassererwärmung in Ein- und Mehrfamilienhäusern sowie
gewerblichen und kommunalen Gebäuden genutzt. Durch den niedrigeren
Wasserdampf-Taupunkt des Heizgases sollten Öl-Brennwertkessel nur
in Verbindung mit Niedertemperatur-Heizsystemen mit einer maximalen
Auslegungs-Rücklauftemperatur von 50°C eingesetzt werden.
Gas-Brennwertkessel werden überwiegend zur Raumheizung und
Trinkwassererwärmung in Mehrfamilienhäusern, kommunalen und
gewerblichen Gebäuden sowie zum indirekten Beheizen von
Schwimmbädern genutzt. Um den vollen Brennwert des Gases
auszunutzen, sind möglichst niedrige Rücklauftemperaturen
anzustreben, da hier die weitestgehende Kondensation erreicht wird.
Die Leistungsbandbreite geht bei wandhängenden Bauformen bis etwa
60 kW. Bodenstehend bis zu mehreren Tausend kW.
Festbrennstoffkessel
Das Spektrum an Wärmeerzeugern für Festbrennstoffe ist groß. Es
reicht vom Kohleofen über offene Kamine bis zum modernen Holzkessel
mit automatischer Beschickung.
Festbrennstoffkessel eignen sich zur Verbrennung von Koks, Stein- und Braunkohle, Briketts, Holz Hackschnitzel, Stroh und Ähnlichem. Durch ihren im Vergleich zu Öl- und Gasheizungen höheren Wartungsaufwand und dem geringeren Bedienkomfort sind sie mittlerweile eher selten anzutreffen. Eine Ausnahme bilden moderne Holzheiz-, Holzvergaser- und Holzhackschnitzelkessel, die über eine gute Leistungsregelung verfügen und hohe Wirkungsgrade erzielen. Sie finden häufig als Beistellkessel zu einem Öl- oder Gaskessel Verwendung. Grundsätzlich sollten sie mit einem Pufferspeicher betrieben werden, um überschüssige Wärme zwischenzuspeichern.
Pelletskessel sind Zentralheizungskessel für das Beheizen gesamter Gebäude sowie für die Warmwasserbereitung. Angeboten werden sie im Leistungsbereich von 4 bis 150 kW. Durch das automatische Beschicken mit industriell gefertigten und normierten Holzpellets unterscheiden sie sich im Komfort nicht von konventionellen Öl- und Gaskesseln. Mit Pelletskesseln lassen sich alle wasserführenden Wärmeabgabesysteme wie Radiatoren, Fußboden-, Wand- und Deckenheizungen betreiben.
Offene Kamine werden im Wesentlichen mit Holz betrieben. Durch den unvollständigen Verbrennungsprozess ist der Schadstoffausstoß relativ hoch. Obwohl sie hohe Wärmeleistungen erbringen können (allerdings sind sie dafür regelmäßig zu bestücken), werden sie eher aus „Behaglichkeitsgründen“ zur Raumheizung verwendet.
Kraft-Wärme-Kopplung
Als Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) wird die gleichzeitige Gewinnung von
Strom und Wärme für Heizung und Warmwasser in einer Anlage
bezeichnet. Dabei werden drei verschiedene Techniken unterschieden:
die Wärmeauskopplung aus Kraftwerken, Blockheizkraftwerken (BHKW)
und Brennstoffzellen.
Heizkraftwerke
Im Gegensatz zu Heizwerken, die ausschließlich Wärme erzeugen,
liefert ein Heizkraftwerk auch elektrische Energie in Form von
Strom. Wie bei einem thermischen Kraftwerk erfolgt die
Wärmeerzeugung durch Verbrennung fossiler oder biogener
Brennstoffe, durch einen Kernreaktor oder die Sonne. Mit dieser
Wärme wird heißer Dampf zum Antrieb einer Turbine erzeugt. Dabei
kühlt er ab, weist aber immer noch Temperaturen zwischen 50 und
100°C auf. In einem Heizkraftwerk wird diese Abwärme genutzt. Dabei
verringert sich jedoch die Stromausbeute. Der Wirkungsgrad der Stromerzeugung liegt bei etwa 30
bis 35%, der eines reinen Kraftwerks bei etwa 40%. Der Anteil der
Wärmeauskopplung beträgt rund 35%. Damit erreichen sie einen
Gesamtnutzungsgrad der Primärenergie von bis zu 80%. Der Transport
der Heizwärme zu den Verbrauchern erfolgt über Fernwärmeleitungen,
weshalb Heizkraftwerke auch in der Nähe von städtischen
Verdichtungsräumen angeordnet werden.
Blockheizkraftwerke
Blockheizkraftwerke (BHKW) sind kompakte
Kraft-Wärme-Kopplungs-Anlagen, die Strom und Wärme vorzugsweise am
Ort des Wärmeverbrauchs erzeugen. Als Antrieb kommen Diesel- und
Gas-Ottomotoren, aber auch Pflanzenöl- und Stirlingmotoren zum
Einsatz. Die Abwärme dieser Motoren entweicht nicht ungenutzt,
sondern wird zu Heizzwecken verwendet. Dabei wird die Stromausbeute
nicht beeinflusst. Auf diese Weise lassen sich bis zu 40% der
eingesetzten Primärenergie einsparen. Blockheizkraftwerke gibt es
in verschiedenen Ausführungen. Große Anlagen eignen sich für die
Strom- und Wärmeversorgung z.B. einer Schule oder eines
Krankenhauses, kleinere, die sogenannten Mini- oder
Mikro-BHKW, für die Versorgung von Ein- und kleinen
Mehrfamilienhäusern.
Brennstoffzellen
Bei einer Brennstoffzelle wird Strom auf elektrochemischem Weg aus
dem Energieträger Wasserstoff gewonnen. Bei der Reaktion von
Wasserstoff mit Sauerstoff entsteht Wärme, die ausgekoppelt und zu
Heizzwecken genutzt werden kann. Ebenso wie bei einem Blockheizkraftwerk wird durch die Wärmeentnahme
die Stromausbeute nicht beeinflusst. Der
Brennstoffzellentechnologie für die Beheizung von Ein- und
Mehrfamilienhäusern ist noch neu, ihr wird aber eine große Zukunft
in der Gebäudetechnik als Mini-Kraftwerk im Keller
vorausgesagt.
Solarthermie
Thermische Solaranlagen verwandeln die Strahlungsenergie der Sonne
in Wärme, die zur Trinkwassererwärmung oder/und zur
Heizungsunterstützung verwendet werden kann. Als alleinige Heizung
reicht sie nicht aus (siehe auch Beitrag Solarthermie im
Kapitel Erneuerbare Energien).
Komplettsysteme
Bei diesen Systemen sind die Wärmeerzeugung und Lüftung gekoppelt.
Auch die Kühlung und Warmwasserbereitung können integriert werden.
Die Geräte/Systeme werden mit Wärmepumpen betrieben und nutzen die
Wärmerückgewinnung. Der warmen Gebäudeabluft wird
in einem Luft/Luft-Wärmeüberträger Energie entzogen, danach
nochmals über die Wärmepumpe. Die zurückgewonnene Energie wird an
das Warmwassr oder den Heizungskreislauf übertragen. Als
zusätzliche Wärmequelle dient die Außenluft, außerdem können
Solarkollektoren als zusätzliche Wärmequelle mit angeschlossen
werden. Die Produkte werden als Integralsystem, Kombigerät,
Komplettsystem, Lüftungsheizung oder Zentralgerät angeboten.
Ausführliche Informationen über Heizkessel und die verschiedenen Möglichkeiten der Wärmeerzeugung haben wir im Baunetz Wissen Heizung zusammengestellt (siehe Surftipps).
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