Heizung
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Eine Heizung ist eine Einrichtung zur Erwärmung von Objekten oder Räumen.
Unter "Heizung" subsumieren sich sowohl Begriffe wie Gebäudeheizung, Raumheizung, Zentralheizung, Fernheizung, Fahrzeugheizung, Kohleheizung, Gasheizung, Elektroheizung, Wärmepumpenheizung, Pelletheizung, als auch Bezeichnungen für Anlagenkomponenten, z. B. Heizkessel, Heizflächen, Heizkörper etc. .
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Energiequellen
[Bearbeiten] Brennstoffe
Als Brennstoffe kommen u. a. Erdgas, Flüssiggas, Heizöl, Kohle, Stroh, Holz oder Biogas zur Anwendung. Weitere Energiequellen sind elektrischer Strom oder gespeicherte Sonnenenergie.
- Moderne Zentralheizungen arbeiten heute zum Teil mit der so genannten Brennwerttechnik. Die üblichen Brennstoffe sind hier Gas oder Öl.
- Die vermehrt nachgefragten Pelletheizungen verbrennen 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 und Fernheizwerke)
[Bearbeiten] Fernwärme
Wird die Wärme zentral in einem Heiz- oder 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, bzw. Fernwärmeversorgung. Derartige Wärmeverbundnetze finden bei der Wärmeversorgung von Stadtteilen und in Industrieanlagen Verwendung. Als Brennstoffe werden hier überwiegend Erdöl, Erdgas oder Kohle eingesetzt.
[Bearbeiten] Elektrischer Strom
Elektrischer Strom als Energiequelle in Elektroheizungen wird oft nur 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.
[Bearbeiten] Sonne
Die älteste Heizung, die auf die Erde einwirkt, ist die Sonne. Sie strahlt aus einer mittleren Entfernung von 149,5 Millionen Kilometer. Neben dem sichtbaren Teil der Sonnenstrahlung heizt auch die unsichtbare Infrarotstrahlung die Erde auf. Als direkte Heizung für das menschliche Wärmebedürfnis hat die Sonne aber Nachteile. Tag- und Nachtwechsel, Wolken, Jahreszeiten verhindern eine beständige Wärmeversorgung. Durch die Nutzung des Feuers schufen sich die Menschen eine Heizung, die den Wunsch nach Wärme unabhängig vom Sonnenstand erfüllt. Das offene Lagerfeuer ist noch eine sehr einfache Form. Im freien Gelände, in der Höhle, im Zelt und in der Hütte diente es aber schon zum Kochen und Wärmen. Aus diesen Anfängen heraus entwickelten die Menschen weitere Formen der Heizung für die unterschiedlichsten Aufgaben.
- Bei guter Gebäudeausrichtung kann die Heizung durch eine thermische Solaranlage unterstützt werden.
[Bearbeiten] 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.
[Bearbeiten] Zentralheizung
Die Zentralheizung (Sammelheizung) sorgt für die Energieumwandlung für ein oder mehrere Räume oder Gebäude über eine Fernheizung zentral.
[Bearbeiten] Warmwasserheizung
Eine Warmwasserheizung besteht aus einem zentralen Wärmeerzeuger, der das Wärmeübertragermedium Wasser erwärmt und mit einer Pumpe 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.
Die Warmwasserheizung arbeitet mit Wassertemperaturen zwischen 30 °C und 90 °C. Das Wasser wird durch Rohrsysteme in Heizkörper (Heizleiste, Radiator), Fußbodenheizung oder Wandheizung gepumpt und gibt dort Wärme ab.
- Wirkungsgradverbesserung durch niedrige Rücklauftemperatur beim Brennwertkessel
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.
- Hydraulischer Abgleich
Unter dem hydraulischen Abgleich von Warmwasserheizungen versteht man Maßnahmen, die dazu führen, dass alle Räume gleichmäßig mit genau der gewünschten Wärmemenge versorgt werden. Je nachdem, welche Wärmeleistung ein Heizkörper abgeben soll, benötigt der Heizkörper bei gleicher Vorlauftemperatur einen größeren oder kleineren Volumenstrom. Dies wird beim hydraulischen Abgleich durch unterschiedliche Einstellungen an den Strangventilen, den Thermostatventilen oder den Rücklaufverschraubungen der einzelnen Heizflächen berücksichtigt. Dazu werden heute standardmäßig so genannte voreinstellbare Thermostatventile mit angepasstem Durchflusskennwert (angepasste kV-Kegel) eingesetzt.
Der hydraulische Abgleich ist Voraussetzung für:
- Senkung der Heizungswassermenge
- die Minimierung des Stromverbrauchs der Umwälzpumpe
- die Minimierung der Kosten für Rohrnetz und Armaturen
- Vermeidung von Strömungsgeräuschen an Thermostatventilen
- eine möglichst niedrige Rücklauftemperatur.
Jeder Handwerker ist nach der Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) Teil C verpflichtet, Heizungsrohrnetze hydraulisch abzugleichen, ansonsten ist sein Werk unvollständig. Seit dem 1.4.2004 gilt jedoch auch DIN EN 12828 (Juni 2003), danach ist eine fachgerechte Planung mit Heizlast-, Rohrnetz-, und Heizflächenberechnung von einem Planer erforderlich. Dem Handwerker sind die für den hydraulischen Abgleich notwendigen Berechnungen zur Verfügung zustellen bzw. zu honorieren.
In nicht hydraulisch abgeglichenen Anlagen werden die Volumenströme der einzelnen Heizkörper nicht auf die erforderliche (geplante) Heizlast begrenzt. Vollständig geöffnete Thermostatventile führen vorübergehend zu hydraulischen Kurzschlüssen, wodurch in diesen Momenten eine Unterversorgung in anderen Räumen entstehen kann. Dies wird in der Praxis oft durch zu große Umwälzpumpen kompensiert - wenngleich diese "Lösung" einen erhöhten Hilfsenergiebedarf (Stromverbrauch) und häufig auch starke Fließgeräusche mit sich bringt.
Der hydraulische Abgleich wird in der (VOB) Teil C gefordert, wird aber in der Praxis von Heizungsbauern fast nie ausgeführt und auch vom Fachplaner fast nie überprüft.
In größeren Heizungsanlagen mit mehreren Wärmeerzeugern und Verbraucherkreisen wird die hydraulische Weiche oder ein Zortströmverteiler eingesetzt, um Heiz- und Verbraucherkreise hydraulisch zu entkoppeln.
- Heizungs-Umwälzpumpe
In heutigen Warmwasserheizungen wird der Transport der Wärme vom Kessel zu den Heizkörpern durch eine Umwälzpumpe sichergestellt. Im Einfamilienhaus reichen in der Regel kleinste Pumpenleistungen aus. Die energiesparendsten Umwälzpumpen für den Ein- und Zweifamilienhausbereich kommen heute mit einer elektrischen niedrigsten Leistungsaufnahme von 5 bis 7 Watt aus, oft werden Pumpen mit 40 Watt und mehr eingesetzt. In der Regel sind die Pumpen heute 3fach zu groß dimensioniert. Es gibt bereits Hocheffiziez-Pumpen der Energieklasse A, die Stromeinsparungen bis zu 80 % ermöglichen.
[Bearbeiten] Dampfheizung
Bei der Heißwasserheizung und der Dampfheizung wird das Wasser 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 freiwerdende latente Wärme bewirkt eine sehr große freigesetzte Heizleistung.
[Bearbeiten] 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.
[Bearbeiten] 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
t1 = Außentemperatur in °C
t2 = Zimmertemperatur in °C
Für Räume mit mehreren Außenwänden ist ein Leistungszuschlag von 10 bis 15% erforderlich. Der Leistungsbedarf wird für alle Flächen des Raumes getrennt berechnet und später addiert. Siehe auch Wärmeklau.
Die Berechnung wird in der DIN EN 12831 (Heizlast) geregelt (bis Okt. 2004 galt DIN 4701 Wärmebedarf).
Kann ein Gebäude durch sehr gute Wärmedämmung seinen Wärmebedarf soweit reduzieren, dass es ohne eine aktive Raumheizung auskommt (Energiezufuhr nur durch Bewohner, solare Gewinne, Lüftungsvorwärmung, etc.), so spricht man von einem Passivhaus.
[Bearbeiten] Steuerung und Regelung
Die Einhaltung der angestrebten Temperatur wird durch Steuerung / 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 Reglung hängt dabei von der Größe der Heizungsanlage ab.
In Ein- und Zweifamilienhäusern wird in der Regel die Heizungs- und Warm Wasserbereitung 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, d. h. es wird eine konstante oder variable Vorlauftemperatur in das Netz eingespeist. In diesen Anlagen stehen dann 2 oder mehr Heizkessel. Diese werden dann 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, d. h. die Vorlauftemperatur des Heiznetzes wird über eine Heizkurve parametriert. Die Vorlauftemperatur des Heizkreises wird dabei wärmer, je kälter es wird. Zudem werden Parameter wie Nachtabsenkung und verlängerte Nutzungszeiten von Räumen über die Partytaste genutzt um in die Regelung einzugreifen.
[Bearbeiten] Vernetzung
Heutzutage geht der Trend nicht nur bei der Weißen Ware in Richtung "vernetzte Hausgeräte", meist über Powerline-Lösungen. So entwickelt Siemens serve@Home, von Miele gibt es Miele@home-Produkte und in der Schweiz findet man ZUG-Home von der V-ZUG AG.
Ähnlich sieht es bei der Braunen und Roten Ware aus.
Das Ziel der Vernetzung bei der Weißen, Braunen und Roten Ware ist jeweils, den Mehrwert bei der Gerätenutzung zu steigern und neue (Fern-)Bedienmöglichkeiten zu schaffen. Die zugrundeliegende Technologie ist meist LON, UPnP oder EHS (Powerline) wobei der Embedded Software-Stack häufig auf OSGi (Java) aufsetzt.
[Bearbeiten] Entwicklung
[Bearbeiten] 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% 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 2 Wohneinheiten (WE) handelt. Bei vom Eigentümer genutzten Wohngebäuden bis zu 2 WE müssen solche Heizkessel erst nach einem Eigentümerwechsel innerhalb von 2 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.
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Alte Bauformen
- Feuerstelle
- Grundofen
- Kotatsu (beheizter Tisch bzw. Erdloch in Japan)
[Bearbeiten] Energiequellen
- Holzheizung
- Ölheizung
- Gasöfen (frühes 19. Jahrhundert)
- Elektroheizung
- Heizgeräte mit Brennstoffzelle
- Wärmepumpenheizung
- Geothermale Warmwasserheizung
[Bearbeiten] Technik
[Bearbeiten] Wärmeerzeugung
[Bearbeiten] Wärmeverteilung
- Hydraulische Weiche
- Hypokaustum
- Kachelofen
- Warmwasserheizung (1716 in England)
- Flächenheizung
- Dampfheizung (1784 (James Watt)
[Bearbeiten] Dienstleistungen
- Fernheizwerk (seit 1880, New York)
- Contracting
