Bestandteile einer Heizungsanlage

Heizungsanlagen sind Systeme der Gebäudetechnik, mit denen Wärme produziert und anschließend im Gebäude verteilt wird. Sie bestehen aus einem Wärmeerzeuger (alternativ einem Anschluss an ein Wärmenetz), den Rohrleitungen (Vor- und Rücklauf) zum Verteilen der Wärme im Gebäude, einer Fläche zum Abgeben der Wärme an den Raum sowie einer Regelung, die das gesamte System steuert. Oftmals ist ebenfalls ein Pufferspeicher ins System integriert, mit dem die Wärme für eine spätere Nutzung vorgehalten werden kann. Ebenfalls ist es möglich, mit demselben System Warmwasser zu produzieren und bereitzustellen. Funktioniert der Wärmeerzeuger durch Verbrennung, benötigt man zusätzlich ein separates Abgassystem wie einen Schornstein.

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In Abbildung 1 ist schematisch das prinzipielle System eines traditionellen Heizkreislaufs mit fossilem Brennstoff dargestellt: Der Brenner (2) verbrennt den Brennstoff (in der Regel Gas oder Öl) und erwärmt das im Heizkessel befindliche Heizungswasser. Dieses Heizungswasser wird von der Pumpe (3) durch die Vorlaufleitung (4) zu den Heizkörpern (6) gepumpt. Die Thermostate (5) an den Heizkörpern sorgen für eine individuelle Regelung abhängig von der jeweils gewünschten Raumwärme. Das Heizungswasser durchströmt die Heizkörper, dessen Oberfläche um ein Vielfaches vergrößert ist, und gibt dabei einen Großteil seiner Wärme an den Raum ab. Über die Rücklaufleitung (7) fließt das abgekühlte Heizungswasser wieder zurück zum Heizkessel – und der Heizkreislauf beginnt von vorn.

Bei Heizungsanlagen mit anderen Wärmequellen, etwa Wärmepumpen, befindet sich diese Wärmequelle an der Stelle des Brenners im obigen Beispiel. Die Verteilung der Wärme erfolgt ebenso wie bei konventionellen Systemen, die Abgabe an den Raum in der Regel über Flächenheizungen (meist in Form von Fußbodenheizungen). Diese erlauben eine wesentlich niedrigere Vorlauftemperatur, wodurch weniger Wärme produziert werden muss.

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Wärmeerzeugung

Der Wärmeerzeuger ist das Herz einer Heizungsanlage. Hier wird die Wärme produziert, mit der das Gebäude beheizt werden soll. In Bestandsbauten wird dafür oft noch Erdgas oder Heizöl verbrannt. Bei Sanierungen oder im Neubau hingegen kommen überwiegend Wärmepumpen zum Einsatz (manchmal noch in Kombination mit Brennwert-Kesseln), die Energie aus regenerativen Quellen wie Luft, Erdwärme oder Grundwasser nutzen. Im aktuellen Gebäudeenergiegesetz GEG ist die anteilige Nutzung regenerativer Energien bei neuen Anlagen mittlerweile vorgeschrieben.

Neben Wärmepumpen ist auch die Nutzung von Solarthermie oder Biomasse (etwa Holz) möglich. Ein Gebäude kann aber ebenso an ein externes Wärmenetz angeschlossen sein, wie die Fernwärme, bei der die Wärme über lange Leitungen von einem Kraftwerk (das größtenteils nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung funktioniert) zu den Gebäuden geleitet wird. Auch Quartierslösungen sind möglich, bei denen ein Blockheizkraftwerk (BHKW) zum Einsatz kommt. Die Möglichkeiten, Wärme in einem Gebäude zur Verfügung zu stellen, sind heute sehr vielfältig und müssen je nach örtlicher Gegebenheit angepasst werden. Ein besonderer Fokus bei der Planung sollte dabei vor allem auf den Einsatz klimafreundlicher und ressourcenschonender Systeme gelegt werden.

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Regelung

Die Regelung einer Heizungsanlage sorgt dafür, dass die Heizungsanlage immer genau so viel Wärme bereitstellt, wie im Haus benötigt wird. Mit einer Regelung, in der alle Geräte in einer Heizungsanlage gut aufeinander abgestimmt sind, lassen sich die Kosten für die Heizung minimieren und gleichzeitig der Komfort maximieren. Einfache Regelungen orientieren sich am Wärmebedarf, der gerade von den Heizleitungen angefragt wird. Dieser Wärmebedarf wird in der Regel von (analogen oder digitalen) Thermostatventilen an den Heizkörpern oder Raumtemperaturmessgeräten in Abhängigkeit von der gewünschten Raumtemperatur bestimmt. Ein intelligentes System (Smart Building) kann noch viele weitere Faktoren einbeziehen, etwa die Wettervorhersage oder Nutzungsprofile, wodurch die Effizienz einer Heizungsanlage noch einmal merklich gesteigert werden kann.

Wärmeverteilung und Pumpe

Über Rohrleitungen, in denen das Heizwasser fließt, wird die Wärme im Gebäude verteilt und zu den Heizflächen bzw. Wärmeverbrauchern transportiert. Das Leitungssystem ist als Kreislauf mit Vorlauf zu den Verbrauchern und Rücklauf zum Wärmeerzeuger aufgebaut. Mindestens eine Pumpe sorgt dafür, dass das Heizwasser im Heizkreislauf zirkuliert. Die Pumpe sollte regelmäßig auf ihre Funktion kontrolliert werden, denn eine schlecht oder gar nicht funktionierende Pumpe kann dazu führen, dass weit vom Wärmeerzeuger entfernte Heizkörper nicht richtig mit Wärme versorgt werden, während andere überversorgt werden.

Früher erfolgt die Verteilung manchmal über zirkulierende Luft, vor allem bei Einzelöfen, mithilfe kleiner Luftschächte. Heutzutage ist das Wärmeträgermedium der Wahl Wasser, da Wasser eine hohe Wärmekapazität aufweist und außerdem verhältnismäßig günstig zur Verfügung steht. Zum Vergleich: Die Wärmekapazität von Wasser ist ungefähr um den Faktor 4 höher als die von Luft. Gegenüber dem Medium Luft muss man mit Wasser also nur ein Viertel der Menge umwälzen. Wasser ist zudem fast gänzlich inkompressibel, was vorteilhaft beim Pumpen in den Verteilerleitungen ist.

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Wärmeverbraucher und Heizflächen

Die Übergabe der Wärmeenergie an den Raum erfolgt über Wärmeverbraucher, etwa Flächenheizungen oder Radiatoren. Heizkörper (Radiatoren) sind kompakte Bauteile, die die Wärme über Konvektion an die Luft und über Wärmestrahlung an Gegenstände in der Nähe abgeben. Infrarotheizungen hingegen erwärmen die Raumluft ausschließlich indirekt über Strahlungswärme, indem sie direkt die Gegenstände und Personen in einem Zimmer erwärmen, die dann wiederum die Luft erwärmen. Flächenheizungen sind in den meisten Fällen im Fußboden verbaut, aber auch Wand- und Deckenheizungen sind möglich. Sie können mit einer niedrigeren Vorlauftemperatur betrieben werden, da ihre wärmeabgebende Fläche in der Regel wesentlich größer ist als die von Radiatoren.

Für Heizungsanlagen mit niedrigen Vorlauftemperaturen gibt es außerdem spezielle Niedertemperatur-Heizkörper mit einer größeren Fläche zur Wärmeabgabe. In Bürogebäuden oder ähnlichen Bauwerken findet die Wärmeübergabe an den Raum zunehmend auch über eine Bauteilaktivierung statt. Dabei werden in Betondecken Rohrleitungen verlegt, die dann mit dem Wärmeträgermedium durchströmt werden. Die Bauteilaktivierung kann auch zur Raumkühlung genutzt werden.

Welche Art der Wärmeübergabe am sinnvollsten ist, hängt von den räumlichen Gegebenheiten und der Nutzung ab. Mit einer guten geplanten Heizungsanlage lässt sich ohne Komforteinbußen Heizenergie sparen. Dafür ist es unerlässlich, Fachleute heranzuziehen.

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