WHITEPAPER TECHNIK | Heizungsanlagen
In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Heiztechnik drastisch verändert. Zu den klassischen Heizstoffen sind Biomasse, Brennstoffzellen und Solarenergie hinzugekommen. Neue leistungsfähige Systeme wie Brennwertkessel, Blockheizkraftwerke und Wärmepumpen kommen zur Anwendung. Auch die alte DIN EN 12831-1 zur Heizlastberechnung wurde in mehreren Teilen ersetzt. Die neue Normversion passt sich als Modul M3-3 in das Schema der verbindlichen EU-Gebäude-Richtlinie EPBD ein.
Erfahren Sie mehr über den Inhalt:
Arten von Heizungsanlagen
Bestandteile einer Heizungsanlage
Arten von Heizungen
Heizungsplanung
Planungsfaktoren
Heizlastberechnung nach DIN 12831-1
Wärmeerzeuger
Heizkessel
Wärmepumpen
Solarthermie
Elektroheizungen
Andere Heizsysteme
Wärmeübergabe und Regelung
Wärmeübergabe
Heizungsregelung
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In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Heiztechnik drastisch verändert. Zu den klassischen Heizstoffen sind Biomasse, Brennstoffzellen und Solarenergie hinzugekommen, und die Heiztechniken wurden um neue, leistungsfähige Systeme wie Brennwertkessel, Blockheizkraftwerke und Wärmepumpen bereichert.
Arten von Heizungsanlagen
Bestandteile einer Heizungsanlage
Heizungssysteme lassen sich in drei Bereiche aufteilen:
- Wärmeerzeuger
- Wärmeverteilsysteme
- Wärmeübergabesysteme
Hinzu kommen gegebenenfalls:
- Abgasanlage
- Speicher- und Warmwassersystem
Arten von Heizungen
Einzelfeuerstätten
Bei diesen Feuerstätten befindet sich der Wärmeerzeuger unmittelbar in dem zu beheizenden Raum. Man unterscheidet offene Kamine, Pelletöfen, Kachelöfen, Ölöfen, Gasöfen und Dauerbrandöfen.
Warmwasserheizung
Zentralheizungen werden in der Regel als Warmwasserheizungen betrieben. Dabei wird das übertragende Medium Wasser erwärmt und mittels Pumpe durch Rohrleitungen (Vorlauf) zu den Heizflächen transportiert.
Lüftungsheizung
Die Erwärmung der Zuluft erfolgt zunächst durch Wärmerückgewinnung mittels Wärmeaustauscher. Daraufhin folgt eine zusätzliche Erwärmung der Zuluft.
Dampfheizung
Dampfheizungen verwenden Dampf als Wärmeträgermedium. Sie werden nur noch im Gewerbe- und Industriebereich eingesetzt.
Hybridheizungen
Hybridheizungen kombinieren unterschiedliche Energieträger und Heizsysteme und erzielen damit besonders effiziente Ergebnisse.
Mobile Heizgeräte
Mobile Heizgeräte können als Notheizung oder auch der Beheizung von Bürocontainern, als Baustellenheizung oder als Nahwärmeversorgung dienen.
Heizungsplanung
Planungsfaktoren
Die Auswahl des Wärmeerzeugers erfolgt nach folgenden Kriterien
- Brennstoff / Art des Heizmittels
- Heizleistung gemäß Heizlastberechnung
- Druck- und Temperaturvorgaben
- Form der Betriebsweise
- Wirtschaftlichkeitsanalyse
- Aufstellort des Wärmeerzeugersystems
Heizlastberechnung nach DIN EN 12831-1
Die alte DIN EN 12831 wird in mehreren Teilen ersetzt. Die Ausgabe von Teil 1 der DIN EN 12831 erfolgte im Jahr 2017 und enthält die Heizlastberechnung. Die Heizlastberechnung nach der neuen DIN EN 12831-1 passt sich als Modul M3-3 in das Schema der verbindlichen EU-Gebäude-Richtlinie EPBD (Energy Performance of Buildings Directive) ein. Mit der Veröffentlichung des nationalen Anhangs zu der Norm im April 2020 wurden die alten Beiblätter 1, 2 und 3 der Norm ungültig.
Heizlast
Die Heizlast eines Gebäudes errechnet sich aus dem Wärmeverlust eines Gebäudes oder Raumes. Die Heizlast wird berechnet anhand einer Norm-Außentemperatur und einer Norm-Innentemperatur.
Die Norm-Heizlast ΦHL setzt sich zusammen aus den Transmissionswärmeverlusten ΦT, den Lüftungswärmeverlusten ΦV und der zusätzlichen Aufheizleistung ΦRH. Wärmegewinne (solar, Personen, Maschinen) werden in Deutschland nicht berücksichtigt.
Wärmebrückenzuschläge
Für Bauteile, die nach Beiblatt 2 von DIN 4108 oder gleichwertig ausgeführt werden, gibt DIN EN 12831-1 alternative Wärmebrückenzuschläge vor.Wärmeerzeuger
Heizkessel
Die in den Brennstoffen gespeicherte Energie wird in Brennern in thermische Energie umgewandelt. Bei Ölbrennern wird der Brennstoff mittels einer Ölpumpe zum Brenner gepumpt, bei Gasbrennern wird das Gas durch den Druck im Gasnetz transportiert.
Nutzungsgrad/Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad eines Heizkessels beschreibt das Verhältnis von abgegebener Heizleistung zu der ihm zugeführten Brennstoffenergie. Über einen längeren Zeitraum gewichtet ergibt dies den Norm-Nutzungsgrad.
Öl- und Gas-Niedertemperaturheizkessel erreichen Norm-Nutzungsgrade von etwa 94%. Brennwertkessel erreichen hingegen Norm-Nutzungsgrade von 96%. Bezogen auf den Heizwert sind dies sogar bis zu 110% (Gas) und 105% (Öl).
Niedertemperaturkessel
Niedertemperaturkessel werden temperaturveränderlich zwischen 30/40°C und ca. 80°C betrieben.
Brennwertkessel
Brennwert-Heizkessel sind stark verbesserte Niedertemperaturkessel. In ihnen wird die im Wasserdampf des Heizgases enthaltene Wärme durch Kondensation nutzbar gemacht.
Holzkessel
Pelletkessel werden als Zentralheizungskessel sowie für die Warmwasserbereitung eingesetzt. Sie werden mit Holzpellets befeuert und verfügen über beschickende Förderanlagen sowie oft auch über Tagesbehälter und Lagerräume. In anderen Festbrennstoffkesseln werden Holzscheite, Feinhackgut oder Hackschnitzel verbrannt.
Wärmepumpen
Wärmepumpen können zu Heizung oder Kühlung eingesetzt werden. Als Wärmequelle für den chemisch-physikalischen Prozess der Wärmepumpe können die Außenluft, Grundwasser oder das Erdreich dienen.
Solarthermie
Solarthermieanlagen verfügen über einen eigenen Solarkreislauf, in dem ein Wasser-Glykol-Gemisch zirkuliert. Diese Solarflüssigkeit transportiert solare Wärme vom Kollektor zum Wärmespeicher.
Elektroheizungen
Elektroheizungen sind i.d.R. Einzelraumheizer. Die Heizung kann als Direkt- oder als Speicherheizung ausgeführt sein.
Andere Heizsysteme
Kraft-Wärme-Kopplung
Kraft-Wärme-Kopplung bedeutet die gleichzeitige Gewinnung von elektrischer und thermischer Energie. Die bei der Stromerzeugung anfallende Abwärme wird in KWK-Anlagen für Heizzwecke genutzt.
Blockheizkraftwerke
Blockheizkraftwerke (BHKW) sind KWK-Anlagen mit geringeren Leistungen als Heizkraftwerke. Sie werden zur Beheizung von Mehrfamilienhäusern, Krankenhäusern, Hotels oder auch Gewerbebetrieben eingesetzt.
Brennstoffzellenheizgeräte
Bei Brennstoffzellenheizgeräten handelt es sich um Mikro-Blockheizkraftwerke. Die Brennstoffzelleneinheit ist an das Erdgasnetz angeschlossen. Aus dem Erdgas gewonnener Wasserstoff reagiert in den Brennstoffzellen mit Luftsauerstoff zu Wasser, wobei Elektrizität und Wärme gewonnen wird.
Wärmeübergabe und Regelung
Wärmeübergabe
Die Wärmeübergabe an den Raum oder das Gebäude erfolgt in fast allen Fällen entweder über Heizflächen (Boden, Wand, Decke) oder Heizkörper. Auch das Belüftungssystem kann zur Wärmeübertragung genutzt werden.
Arten von Heizkörpern:
- Gliederheizkörper (Radiatoren)
- Plattenheizkörper/Flachheizkörper
- Konvektoren
- Rohrheizkörper und Rippenrohrheizkörper
- Heizrohr mit lamellenartigen Metallverteilern
- Sockelheizkörper (Fußleistenheizung)
Gliederheizkörper (Radiatoren)
Gliederheizkörper bzw. Radiatoren gelten als die Urform des Heizkörpers. Die Regelung erfolgt über Thermostatventile.
Plattenheizkörper/Flachheizkörper
Platten- und Flachheizkörper sind die am häufigsten eingebauten Heizkörper. Sie geben Wärme überwiegend als Strahlung ab. Bei mehrlagigen Heizkörpern nimmt der Konvektionsanteil stark zu.
Konvektoren
Konvektoren geben kaum Strahlungswärme ab. Wie Radiatoren werden sie zur Vermeidung von Zugluft unterhalb von Fenstern eingebaut.
Fußleistenheizung
Fußleistenheizungen oder Sockelheizkörper werden oft nachträglich eingebaut.
Heizflächen
Die Wärmeabgabe erfolgt über Boden, Decke oder Wand, in denen vom Heizmedium durchströmte Heizrohre verlegt werden.
Fußbodenheizung
Bei Fußbodenheizungen werden meist im Estrich/Fußboden Heizrohre oder Flächenelemente u.dgl. verlegt, die von Wasser durchströmt werden.
Deckenheizung
Deckenheizungen werden häufig in Industriehallen, Sportbauten und Werkstätten eingesetzt. Eine Sonderform der Deckenheizung ist die Bauteilaktivierung in Betondecken mit kombinierter Heizung/Kühlung.
Wandheizung
Bei Wandheizungen werden auch Luftkanäle in die Wände integriert. Sie können aber auch als Vorsatzschalensystem im Bestand eingesetzt werden.
Heizungsregelung
Die Heizungsregelung ermittelt die erforderliche Heizkesselleistung. Diese wird geregelt über Raumtemperatur oder die Außentemperatur.
Die Heizkennlinie
Die Heizkennlinie ist eine mathematische Kurve, welche die Wärmeabgabe eines Heizkessels in Abhängigkeit von den Außentemperaturen zeigt. Die Kurve ist also die Beziehung zwischen der Außentemperatur und der Vorlauftemperatur.
Außentemperaturregelung
Außentemperaturfühler dienen der Regelung der Vorlauftemperatur. Abhängig von Witterung bzw. Außentemperatur wird die Heizungsanlage durch sie geführt.
Digitale Steuerung
Moderne Systeme lassen die Steuerung der Raumtemperatur über digitale Vernetzung mit Computern, Smartphones unter Einbeziehung von Klimadaten und Wettervorhersagen etc. zu.