Heizungsanlagen

Unterschiedliche Heizungsanlagen: Heizwertkessel und Brennwertkessel

Das saure Kondensat führte in früheren Heizkesseln, Öfen und Abgasrohren, die aus einfachem Stahl bestanden, zu Korrosionen und in gemauerten Schornsteinen zur Versottung. Also sorgte man dafür, dass das Abgas den Kessel und den Schornstein mit einer so hohen Temperatur verließ, dass sich noch kein Kondenswasser bildete, dass also die Taupunkttemperatur bis zur Schornsteinspitze nicht unterschritten wurde. Der Taupunkt liegt beim Heizöl bei 47 °C und beim Erdgas bei 56 °C. Kühlt man das Abgas nur soweit ab, dass gerade noch kein flüssiges Wasser entsteht, gewinnt man den Heizwert, beim Erdgas LL beispielsweise 8,83 kWh je Kubikmeter.

Heute stehen uns Kunststoffe und Edelstahl zur Verfügung, die nicht korrodieren, wenn sie mit dem sauren Kondensat in Verbindung kommen. Damit lässt sich das Abgas bis auf Raumtemperatur herunterkühlen und man gewinnt den Brennwert: Beim Erdgas LL sind es 9,87 kWh je Kubikmeter. In Brennwertkesseln wird demnach die Kondensationswärme genutzt und ein um bis zu 11% höherer Wirkungsgrad erzielt.

Da Wirkungsgrade sich aus historischen Gründen immer auf den Heizwert beziehen, können Brennwertkessel sogar Wirkungsgrade über 100 erreichen (theoretisch: 111% beim Erdgas; in der Praxis bis zu 108%).

Witterungsgeführte Regelung oder Außentemperatur-Regelung von Heizungsanlagen

Der Heizwärmebedarf eines Wohnhauses ist witterungsabhängig. Bei niedrigen Außentemperaturen sollten die Heizkörper und damit auch das Heizwasser wärmer sein als bei mildem Wetter. Die folgende Abbildung zeigt die Heizkurven einer Heizungsanlage in einem schlecht und einem gut gedämmten Haus: Ist beispielsweise die Kennlinie 2,0 eingestellt, so erhitzt der Kessel das Heizwasser auf 80 °C, wenn die Außentemperatur bei -10 °C liegt. Ist es jedoch +10 °C warm, so fließt 45 °C warmes Wasser durch die Heizkörper. Für einen schlecht gedämmten Altbau kann diese Kennlinie zutreffen. Dagegen reicht in einem gut gedämmten Haus z.B. die Kennlinie 1,0. In diesem Fall wird das Heizwasser bei -10 °C nur auf 50 °C und bei +10 °C nur auf 32 °C aufgeheizt.

Da Uralt-Kessel vielfach nicht diese Regelung haben, wird ständig sehr heißes Wasser durch das Haus geschickt – mit entsprechend hohen Verlusten. Neue Kessel werden vom Hersteller mit einer Kennlinie um 1,5 ausgeliefert. Bei rund 60% der Häuser mag dies die richtige Kennlinie sein. Grundsätzlich sollte jedoch die Kennlinie an das Haus angepasst werden. Dies wird häufig „vergessen“. Zunächst sollte man eine flache Kennlinie wählen. Wird es an sehr kalten Tagen nicht warm genug im Haus, kann man die Steigung etwas erhöhen. Generell gilt: Je flacher die Kennlinie, desto sparsamer ist die Heizungsanlage.

In der Regel kann man nicht nur die Steilheit verändern, sondern auch den „Nullpunkt“ (in der obigen Abbildung: 20/20 °C). An diesem Punkt wird die Heizung abgeschaltet. In modernen gut gedämmten Häusern mit hoher Sonneneinstrahlung durch die Fenster kann die Heizung häufig schon bei +12 °C Außentemperatur abgeschaltet werden. Dagegen müssen Häuser mit geringen passiven Gewinnen noch bei +20 °C beheizt werden.

Heizkörperdimensionierung ist für die Heizungsanlage wichtig

Die Heizkörpergröße muss dem Wärmebedarf des jeweiligen Raums entsprechen. Folglich wird zunächst nach DIN 12831 der Wärmebedarf eines jeden Raums bestimmt und die maximale Vorlauftemperatur (Kennlinie) festgelegt. Entsprechend der Wärmebedarfsberechnung wird anschließend der passende Heizkörper ausgewählt. Analog erfolgt dies bei Fußboden- und Wandheizungen: Der Verlegeabstand der Heizrohre und die Heizkreistemperatur muss nach dem Wärmebedarf des Raums dimensioniert werden. Grundsätzlich sollte die Heizwassertemperatur so niedrig wie möglich sein, um ein behagliches Raumklima zu schaffen und den Wirkungsgrad des Heizgerätes zu erhöhen.

In Altbauten wurden (und werden) die Heizkörper oft nach Gutdünken (Pi x Daumen) oder z.B. nach Platz unter dem Fenster dimensioniert. Beim hydraulischen Abgleich fällt es häufig negativ auf, wenn Heizkörper zu groß oder zu klein sind. Ein zu kleiner Heizkörper sorgt dann dafür, dass wegen eines Raums eine steilere Kennlinie gewählt werden muss. In diesem Fall kann es sinnvoll sein den zu kleinen Heizkörper zu tauschen.

Wärmeverteilung und Flächenheizungen

Heizkörper geben ihre Wärme durch Wärmeleitung, Konvektion (Strömung von Luft) oder Strahlung ab, wobei letztere die angenehmste Art der Wärmeübertragung auf Menschen ist. Dies spricht dafür, nach Möglichkeit Heizkörper zu installieren, die einen hohen Anteil Strahlungswärme abgeben. Dazu zählen Plattenheizkörper und vor allem Flächenheizungen (Fußboden- und Wandheizungen). Vor rund 30 Jahren gerieten Fußbodenheizungen in Verruf, weil sie für ein unbehagliches und ungesundes Raumklima verantwortlich gemacht wurden und außerdem schlecht regelbar waren. Ursache dafür war, dass die Häuser schlecht gedämmt waren und die Fußbodenheizungen mit hoher Temperatur durchströmt werden mussten, um genügend Wärme in die Wohnung zu bringen. Zudem gab es keine Einzelraumregelungen.

Das ist heute anders: Bei gut gedämmten Häusern reicht eine Heizungs-Vorlauftemperatur von maximal 35 (Rücklauf 28) °C aus, so dass die Temperaturen der Böden kaum merklich erhöht sind. In jedem Raum muss nach Energieeinsparverordnung ein Temperatursensor installiert sein, an dem die Raumlufttemperatur einstellbar ist. Per Kabel oder per Funk öffnet oder schließt dieser den Heizkreis des Raums über einen Stellmotor am Heizkreisverteiler. Doch Vorsicht: Es gibt gute und schlechte Raumtemperaturregler. Wird in einem Raum eine Lufttemperatur von 21 °C gewünscht, schaltet ein guter Regler die Heizung ein, wenn 20,75 °C unterschritten und aus, wenn 21,25 °C überschritten werden (Hysterese 0,5 K). Ein schlechter Regler würde die Heizung erst einschalten, wenn z.B. 19 °C unterschritten und abschalten, wenn 23 °C überschritten werden (Hysterese 4 K). Ein solcher Regler führt zu unbehaglichen Temperaturschwankungen im Raum und verschwendet Energie, da der Raum oft zu stark geheizt wird.

Da Flächenheizungen mit sehr niedrigen Temperaturen gefahren werden können, steigt mit ihnen der Wirkungsgrad von Brennwertkesseln, Wärmepumpen, thermischen Solaranlagen usw. wesentlich an.

Hydraulischer Abgleich der Heizungsanlage

Wasser sucht sich in einem Heizsystem immer den Weg des geringsten Widerstandes. Dies hat zur Folge, dass oft die ersten Heizkörper stark durchströmt, die letzten aber nur gering – zu gering – durchströmt werden. Die Folge ist, dass abgelegene Räume nicht warm werden. Zur Behebung dieser Probleme wurden und werden – nicht fachgerecht – stärkere Pumpen eingesetzt, die nicht nur mehr Strom, sondern auch Heizungsgeräusche verursachen. Die ohnehin schon stark durchströmten Heizkörper werden nun noch stärker durchströmt. Diese erhöhte Durchströmung hat zur Folge, dass der Heizungsrücklauf wesentlich erhöht wird, was wiederum den Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers vermindert. Der Wirkungsgrad sinkt besonders stark bei Wärmepumpen und Brennwertkesseln.

Sinnvoller ist der hydraulische Abgleich: In der Regel müssen für den Abgleich die Thermostatventile gegen voreinstellbare Ventile getauscht werden. Bei diesen Ventilen sitzt unter dem Thermostatkopf ein kleines Schräubchen, an dem der maximale Wasserdurchfluss des Heizkörpers gedrosselt werden kann. Man reduziert also den Wasserdurchfluss durch die zu stark durchströmten Heizkörper, so dass für die schlechter durchströmten Ventile mehr Wasser übrig bleibt.

Zur Durchführung des hydraulischen Abgleichs wird ein PC-Programm (z.B. Optimus) verwendet, in das die Hüllflächen der einzelnen Räume, die Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Werte) der Bauteile und die Maße der Heizkörper, bzw. der Abstand der Fußbodenheizungsrohre eingegeben werden müssen. Heraus kommt aus der Berechnung eine Liste mit Werten, die dann an den einzelnen Ventilen eingestellt werden müssen.

Die Kosten für den hydraulischen Abgleich liegen in einem Einfamilienhaus bei 700 bis 1.000 € (für neue Thermostatventile und die Berechnung). Diese Investition amortisiert sich in der Regel aber in wenigen Jahren durch den eingesparten Brennstoff und Strom. Es verschwinden auch die Heizkörpergeräusche und die Heizkörper lassen sich besser regeln. Wer Fördermittel vom BAFA oder von der KFW erhalten möchte, kommt um den hydraulischen Abgleich nicht herum. Im Rahmen der Baubegleitung übernimmt die KFW 50% der Kosten für die Berechnung.