420 Wärmeversorgung

Schnelllinks: Wärmeerzeugung und -gewinnung, Wärmespeicher, Wärmeverteilung

421 Wärmeerzeugung und -gewinnung

Standard: Kennfarben Heizungsrohrleitungen (DIN 2404)

Es gibt eine Vielzahl an verschiedenen Brennstoffen und jede hat ihre Eigenart bzw. ihre Vor- und Nachteile. Je nach Marktzugänglichkeit, Aufstellmöglichkeiten und Kosten solltest du daher eine zukunftssichere Planung abgeben.

Brennstoffe und Brennstofflagerung

Rechtsnorm: Länderspezifikation der Musterfeuerungsverordnung (M-FeuVO), Feuerungsanordnung (FeuAO)

Ab einer bestimmten Menge an Vorrat ist ein dafür vorgesehener Lagerraum vorzusehen. Wieder andere können auch draußen wie der Flüssiggastank aufgestellt werden. Wäge ab und liste das Für und Wider auf und lasse den Bauherren selbst entscheiden.

Natürliche Wärmegewinne

Tageslicht (DIN 5034), Abwärme von elektrischen Geräten und Personen

Kohlen

Braunkohle, wenn nicht für Einzelöfen, dann vor allem in der Industrie, meistens als Briketts verwendet. Steinkohle in roher Form ist schwarz oder das graueres Steinkohlekoks wird ebenso verbrannt.

Holz in Form von Pellets

Heizöl und Dieselkraftstoff

Da es sich um einen wassergefährdenden Stoff handelt, ist bei jeder Tätigkeit die AwSV anzuwenden. Unterschieden wird zwischen Heizöl EL, L und S (DIN 51603) also von leichtflüssig zu schwer. Die DIN 4755 enthält die technischen Regeln zur Feuerung. Gebläsebrenner sorgen dabei für die kontrollierte Zufuhr des Brennstoffs (DIN EN 303).

Brenngase

Siehe Planung der Gasversorgung. In jedem Fall ist eine Genehmigung des Versorgers zum Betreiben erforderlich.

Fernwärme- und Nahwärmeeinspeisung

Zwar kein Brennstoff, aber durchaus mit erheblicher Wichtigkeit schafft es die dezentral gewonnene Energie große Teile der Bevölkerung zu versorgen. Gewonnen wird die Wärme aus allen möglichen Quellen wie Heizwerken, Blockheizkraftwerken, Solarkollektoren oder Erdwärmeanlagen. Als Transportmedium dient meistens Wasser.

Feuerung

Rechtsnorm: Länderspezifikation der Musterfeuerungsverordnung (M-FeuVO), Feuerungsanordnung (FeuAO)

Mit Feuerung bezeichnet man die Erzeugung von Wärme durch Verbrennung. Dazu benötigt man bekanntermaßen Sauerstoff, einen Brennstoff (s. o.) und eine Zündung. Die Sauerstoffzufuhr erfolgt über eine Öffnung zur umliegenden Luft, manchmal mit Gebläse unterstützt. Wie viel aus Brennstoffen rauszuholen ist, wird durch den Brennheizwert beschrieben. Dabei muss 1 kg (bzw. 1 m³ bei Gasen) des Brennstoffs vollständig aufgebraucht werden; die dabei frei werdende Energiemenge ist der Heizwert. Zusätzlich entstehen bei der Verbrennung auch Kondensate, was auch Energie vom Brennstoff verbraucht. Beide Energien zusammen werden als Brennwert bezeichnet.

Sogenannte Feuerstätten, wo die Verbrennung zur Energiegewinnung stattfindet, müssen als Kessel in einem Aufstellraum stehen, der besonderen Bedingungen unterliegt oder sie dienen gleichzeitig auch zum Heizen des Raumes und werden dann Einzelöfen genannt. Zum Einen muss dieser ausreichend belüftet sein, zum Anderen soll ein Überspringen von Flammen im Ernstfall möglichst lange hinaus gezögert werden. Je nach Nutzung und Größe gelten daher strengere Regelungen.

Passend dazu gehört die Abgasanlage (DIN 18160), welche mindestens aus einem Schacht besteht, die zum Schornstein führt. Die Teilnetze zur Ableitung des Gases werden hier Verbindungsstücke (DIN 1298) genannt und sollen mit Steigung zum Schornstein führen. Mehr zur Verteilung steht hier.

Auch der Aufbau ist vielerlei Hinsicht vom Brennstoff und den Anforderungen abhängig. Die einfachste Anlage ist wohl der traditionelle Ofen, der aus einer halboffenen Feuerstelle und eventuell einer Einrichtung zum Aufhängen oder Ablegen von Speisen besteht. Heutzutage verwendet man geschlossene Feuerstellen, um höhere Temperaturen zu erreichen. Daher sind allerdings auch Gebläse für die künstliche Luftzufuhr und eine Steuerung der Verbrennungsmenge von Nöten. Flüssiggas wird beispielsweise über eine Düse nachgeführt, wodurch es zerstäubt, also nebelartig verbrennt. Moderne Anlagen besitzen außerdem über eine Fülle von weiteren Mess- und Regelungseinrichtungen (Abgasklappe nach DIN 3388). Wie der Heizkessel im Prinzip funktioniert steht hier.

Wärmespeicherung und Wärmetausch

Regel: Wärmeschutz (DIN 4108)

Grundsätzlich geht man davon aus, dass nach gewisser Zeit sich die Temperaturen zweier nebeneinander liegender Räume einander angleichen. So besitzt jeder Baustoff einen Wärmeübergangswert, der angibt, wie lange Wärme (Energie) von der einen Seite des Baustoffs zur anderen Seite braucht, um das Gleichgewicht herzustellen. Ein gutes Beispiel ist die Wärmeübertragung von metallenen Gegenständen, die aufgrund ihrer Leitfähigkeit zum Kochen verwendet werden. Keramik oder Ton als Teller hingegen leitet wenig, weshalb dieser sich noch anfassen lässt, wenn heißes Essen mit ihm serviert wird. Für Wärmeeigenschaften im Bauwerk selbst (Wände, Dach, Türen, Fenster) und wie diese zustande kommen siehe KG 300.

Abluft und Schmutzwasser

In beiden Fällen kommt ein Wärmetauscher ins Spiel, wobei das Prinzip sogar das selbe ist, wie bei Wärmepumpen: ein kälteres Medium wird entlang eines wärmeren geleitet, wobei die Temperatur des wärmeren zum kälteren übergeht. Man unterteilt diese in die verschiedenen Möglichkeiten eine Strömung zu lenken. Gleichstrom - beide Medien fließen nebeneinander, aber von einer (Rohr-) Wand getrennt in die selbe Richtung; Gegenstrom - in die entgegengesetzte Richtung mit erhöhtem Wirkungsgrad und Kreuzstrom bietet eine gute Steuerung der Zieltemperatur.

Wärmepumpen allgemein

Kältemittel verwendet man deswegen, weil es früher kondensiert als Wasser und daher leichter die gewonnene Energie im späteren Prozess unter Druck wieder frei gibt.

Erdwärme / Geothermie

Obwohl der Boden nicht viel wärmer ist, als seine umgebende Luft, reicht dieser Unterschied aus, um sich diesen aneignen zu wollen. Es gibt daher die Möglichkeit eine Art Fußbodenheizung im Garten auszulegen, sogenannten Erdwärmekollektoren, wo "luftwarmes" Kältemittel durch die Heizschlangen fließt und sich dabei fast auf Bodentemperatur erwärmt. Anstelle der Schlangen werden Spiralkollektoren tiefer in die Erde eingelassen, brauchen aber weniger Gesamtfläche. Am effektivsten aber sind die Erdwärmesonden, weil sie auch an den kältesten Tagen leistungsstark arbeiten. Für sie wird eine (selten mehrere) Bohrung vorgenommen, die bis zu 200 m in den Boden reicht, weshalb es sich hierbei auch um die teurere Variante handelt. Dabei Kunststoffrohre zu verwenden, reduziert die Anfälligkeit des Transportswegs im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien gegen Korrosion.

Solarthermie

Solarkollektoren

Wasserspeicher

Pools

Brunnen

Grundwasserspeicher

422 Wärmeverteilung

Heizlast

--> empfangen von Architekt: Angaben zum Wärmedurchgang (R-/ U-Wert), Brandschutzzoneneinteilung

Standard: Heizlastberechnung (DIN 12831), Wärmedurchgang (ISO 6946)

Bevor man damit beginnt die Wärme zu verteilen, muss man herausfinden, wie viel Wärme wo benötigt wird. Durch die Heizlastberechnung wird angegeben

1. wie kalt es draußen wird
2. wie warm es drinnen sein soll (Raumtemperaturen nach DIN 4701)
3. wie viel Wärme vom Gebäude gespeichert wird, bzw. wie viel verloren geht
4. daraus folgernd, wie viel Energie in 3. hinzugeführt werden muss, damit die Anforderungen aus 2. unter den äußeren Gegebenheiten aus 1. eingehalten werden

Außenabschirmung

Im Gegensatz zur Kälteberechnung gehen hier nur Negativeinflüsse in die Berechnung ein. Dabei spielt die Lage in Hinsicht auf örtliche Windstärke und wie stark es sich diesem aussetzt eine große Rolle: z. B. ob es auf einer freien Ebene, umgeben von Bäumen oder anderen Gebäuden ist.

Gebäudeeinteilung

Man könnte sich das gesamte Gebäude als einen Körper vorstellen und diesen den äußeren Einflüssen gegenrechnen - und so wird es auch in anderen Teilen der Welt von statten gehen - aber in Deutschland gelten erhöhte Anforderungen. Ein großer Faktor ist die thermische Hülle: dabei wird das Gebäude in Zonen eingeteilt (üblicherweise Brandschutzzonen), welche Luftdicht voneinander abgetrennt sind. Das sind z. B. Geschosse und Wohneinheiten oder Bereiche mit unterschiedlichen Nutzanforderungen in Gewerbe und Industrie.

Anforderungen an die Innentemperatur

Jeder der eben eingeteilten Räume erhält nun je nach Nutzung eine andere Temperaturanforderung. Bei einer Modernisieren muss die Umnutzung mit ins Gewicht fallen, sonst kann es dazu kommen, dass der Wärmebedarf nicht hoch genug angesetzt wird. Räume, in denen man sich auszieht, also Bäder, Untersuchungsräume beim Arzt und Umkleiden, werden

Man berechnet zuerst die Differenz zwischen jeder Fläche des Raumes (Wände, Boden, Decke) mit der vorgegebenen Innentemperatur und der daran liegenden Temperatur an der Außenseite der Fläche. Der Temperaturabstieg in der gewählten Fläche lässt sich dann mit einem Wärmeübergangsgraphen darstellen. Dieser zeigt auf, in welcher Schicht die Temperatur am stärksten abfällt (abhängig vom R- bzw. U-wert des Materials). Im Graphen nicht ersichtlich ist allerdings die Zeit, die die Wärme braucht, um überzuwandern. So benötigt die Wärme länger die Dämmung zu durchdringen, als Putz oder Mauerwerk.

Wenn ein Dachraum nicht genutzt wird, dient er als unbeheizter Nebenraum, hier ein Rechenbeispiel. So verhält es sich auch bei anderen unbeheizt leerstehenden Nachbarräumen. Denn es liegt ja nicht nur eine zweite Wand zwischen dem Innenraum und der Außenluft, sondern auch Raumluft, diese besitzt einen erstaunlich niedrigen Wärmeleitwert. Man beachte auch Einflüsse durch saisonal Benutzung und Nutzungsart. Unterschieden wird Benutzung, ohne dass sich die Personen bewegen (Bürogebäude), jene mit Bewegtheit (Kaufhaus) und solche mit viel Bewegung (Lagerhaus) neben vielen weiteren Faktoren.

Verteilungsnetz der Wärmeversorgung

Technikzentrale

Die wohl wichtigste Instanz der Gebäudetechnik ist die Technikzentrale (VDI 2050); hier findet die große, sperrige Technik und dazugehörige Steuerung ihren Platz. Einige wichtige Belange sind zu klären in Sachen, wo steht was, und wie kommt man ran. Denn Schaltkästen, Pumpen, Filter möchten gewartet werden, weshalb man einen Arbeitsraum freihält. Auch die Medieneinspeisung kommt hier meistens durch das Fundament. Für Solarthermie, siehe KG 440 Elektrotechnik.

Verteilungssysteme

Ganz typisch ist die Zentralheizung. Daran denkt man auch, wenn man von Technikzentralen spricht, denn nur hier wird in diesem Fall die Wärme erzeugt bzw. eingespeist. Andereseits kann es auch seine Vorteile haben bei unterschiedlichen Eigentümern pro Stockwerk oder pro Gebäudeabschnitt eine eigene Wärmeversorgung einzuplanen, damit sie diese unabhängig voneinander steuern können.

Heizkessel

Für jeden Brennstoff eine eigene Bauart: allerdings haben die Speicher alle - zumindest die moderneren - einige Dinge gemein. Außen herum liegt eine Wärmedämmung, damit die Hitze so wenig wie möglich verloren geht. Es gibt eine Luke, Trichter oder andere Einführung, womit der Brennstoff in die Verbrennungskammer kommt. Dies geschieht je nach Aggregatzustand über verschiedene Techniken z. B. dem Einspritzen bei Flüssigöl, um einen möglichst hohen Nutzungsgrad zu erreichen. Für viele Brennstoffe wurden sogar ganze Fördermethoden entwickelt, um sie über längere Strecken zu transportieren und vollautomatisch in den Kessel nachzufüllen, siehe KG 460. Das Wasser, das durch die Verbrennung erhitzt, befindet sich in einer sogenannten Kammer. Hier werden Vor- und Zulauf des Heizungsnetzes angeschlossen. Sie haben außerdem eine manuelle Absperrvorrichtung, um die Verbrennung abzuschalten, eine Druckregulierung, eine Flammenüberwachung (bei Gas: thermoelektrische Zündsicherung oder Flammenwächter mit Steuergerät). Bei größeren Anlagen wird eine Absperreinrichtung außerhalb des Heizraumes gefordert.

Rohrnetzsysteme

Ein Zweirohrnetz besteht aus mindestens einem Vorlauf, der Leitung, die das Medium zum Verbraucher führt und dem Rücklauf, der dieses wieder zurück zum Erwärmer bringt. Ein Dreiwegeventil ermöglicht das Mischen des zum Kessel zurückfließenden Wassers in den Vorlauf, falls es zu heiß wird. Für den Fall, dass der Druck im Netz zu groß wird ist ein Druckentlastungsventil vorgesehen, dass Wasser ablässt (über ein Spülbecken, Auffangbehälter oder Bodenablauf), welches manuell wieder nachgefüllt werden muss. Dafür darf eine Verbindung mit dem Trinkwassernetz nur über einen freien Auslauf erfolgen, idealerweise wird aber spezielles Heizungswasser verwendet, um eine Verunreinigung zu verhindern.

Bei der oberen Verteilung

Im Gegensatz dazu bietet die Versorgung über eine untere Verteilung

Einrohrnetz verbindet alle Verbraucher mit einer Ringleitung, weshalb nur halb soviel Rohr benötigt wird, wie beim herkömmlichen Zweirohrnetz. Dabei sind beide Anschlüsse des Verbrauchers an die selbe Strecke angebunden. Dafür kann ein Ring aber nur als ganzes geregelt werden - ein einzelner Verbaucher kann z. B. also nicht abschaltet werden, wenn kein Bedarf besteht.

Einrohr-Nebenanschlußsystem

Einrohr-Zwangsumlauf

423 Raumheizflächen

Heizkörper

Radiator (Guss/Rippen, Glieder, Röhren)

Standard: Radiatoren und Konvektoren (DIN EN 442), Gliederheizkörper (DIN 4703)

Radiatoren sind vor allem Wärmestrahler, das heißt, sie emittieren die Wärme über Wellen. Diese lösen ein angenehmes Wärmeempfinden aus. Aber erst dadurch, dass durch Wärmeleitung allmählich die Luft, die Raumobjekte und Wände/Decken nach und nach aufwärmen, steigt auch die tatsächliche Temperatur. Das Resultat ist eine allgemeine Raum- / Gebäudewärme, die diesem erst wieder entzogen werden muss - es also länger dauert, bis es wieder kalt wird.

Konvektor

Standard: Radiatoren und Konvektoren (DIN EN 442)

Bei der Konvektion entströmen hauptsächlich energiegeladene Teilchen als Fluid dem Wärmeträger, weshalb die Luft im Raum kreisende Bewegungen ausführt, weil sich auf der Seite des Konvektors die Luft erwärmt und aufsteigt, um sich auf der anderen Seite wieder als kältere abzusetzen. Die streng monoton aufsteigende Warmluft erzeugt eine Art Wand, welche man z.B. oft an Eingängen von Einkaufshäusern antrifft, da sie Innen- und Außenluft voneinander abschirmen. Hierbei kommen Konvektoren mit einem eingebauten Gebläse zum Einsatz, um den Prozess zu beschleunigen.

Platten-, Flach- und Kompaktheizkörper

Sowohl bei einem Radiator, als auch beim Konvektor kommt die Wärmeleitung (Konduktion) zum Tragen. Im klassischen Sinne wird die Energie über die Berührung verbreitet; in unserem Falle also die Raumluft. Vom Prinzip her funktionieren Plattenheizkörper wie die Radiatoren, allerdings je mehr Platten dieser hat und wenn ein Konvektionsblech vorgesehen ist, desto mehr Konvektion entsteht.

Heizkörperauslegung

Regel: Heizkörperauslegung (VDI 6030)

Flächenheizung

Standard: Planung flächenintegrierte Strahlheizung (DIN EN ISO 11855)

Fußbodenheizung

Die erste Frage, die man sich bei einer Zentralheizung stellt, ist, wo der Verteiler sitzen soll. Denn für jede Wohnungseinheit wird separat der Verbrauch gemessen und auch gesteuert. Dabei kann bei großen Wohnungen auch eine Zusammenführung mehrerer Verteiler und entsprechend die Verbrauchsmessung erst im Keller stattfinden. Verteiler sind gerne gesehen in einer Trockenbauwand z. B. des Abstellraumes. Hier kann der umgebende Kasten an die Schienen befestigt werden und man hat direkten Anschlusszugang unter den Fertigfußboden, wo die Vor- und Rückläufe liegen. Das sind zum einen die Versorgungsleitungen für den Verteiler selbst, die aus der Zentrale kommen und jeweils ein Vor- und Rücklauf für jeden Kreis. In der Regel wird versucht einen Kreis pro Raum zu verwenden, um diesen möglichst einfach steuern zu können. Je nach Größe können aber auch mehrere Kreise notwendig sein: diese haben nämlich nur eine begrenzte Länge und werden mit einem gewissen Rohrabstand verlegt, um die Leistung zur berechneten Heizlast zu erbringen.

Den Abstand verringert der Monteur auf der Fensterseite, wodurch eine Art Wärmewand gegen die Kaltseite entsteht. Weitere Variationen bringt er ein bei der Art, wie er die „Schlingen“ dreht. Am einfachsten zu verlegen ist die Schlangenform im Zick-Zack (mäandernd) durch den Raum, womit eine kontrollierte Dichte auf Fensterseite gelegt werden kann. Sie ist allerdings weniger üblich, da keine gleichmäßige Wärmeverteilung dadurch erfolgt, was in kleinen Räumen widerum nicht spürbar ist. Bifilar - in Schneckenform - schafft hier Abhilfe.

Beim Verlegen helfen Noppenplatten aus Gummi, um welche sich das Kunstoffrohr biegen lässt sowie andere formvorgebende Platten aus Kork oder Kunstoff. Außerdem gibt es Klett- und Tackerverfahren zur Befestigung, die ihren Nutzen auch bei metallenem Rohr erbringen. Einige Fräsen aber auch den Estrich vor, um einen möglichst geringen Fußbodenaufbau beizubehalten.

Der Bodenaufbau kann sich hiernach insofern unterscheiden, dass die Rohre auf einer Ebene mit der Dämmung liegen (Trockensystem) oder oben auf mit dem flüssig aufgetragenen Heizestrich (DIN 18560-2) in einer Ebene (Nasssystem). Bevor die Rohre allerdings im Boden verschwinden ist eine Druckprüfung durchzuführen und zu protokollieren. Je nach möglicher Aufbauhöhe und gewünschter Nutzungsweise (bzw. Architektenplanung) musst du hier abwägen, was am besten geeignet ist.

Durch die Regelventile und durch eine vom hydraulischen Abgleich bestimmte Einstellung dieser wird der Wasserdurchfluss geregelt.

Deckenheizung

Aufgrund ihrer Eigenschaften eignet sich die Deckenstrahlungsheizung vor allem in Kombination mit einer Kühlungsfunktion oder wo im Boden kein Platz mehr ist. Und das Gebäude sollte bereits gut gedämmt sein, denn die träge Heizung lässt bei starken Außentemperaturschwankungen auf sich warten, weil zuerst die Decke vollständig erwärmt werden muss, bevor es zur Luftumwälzung kommt. Zur Unterstützung werden allerdings auch Radiatoren oder Heizregister an die Fensterseite ausgelegt.

Verschiedene Ausführungen sind die Rohrdeckenheizung (in Beton oder Putz), diese in Kombination mit Metallblechen zur erhöhten Wärmeabgabe genannt Lamellenrohrdeckenheizung, Strahlplattenheizung für eine kontrolliert ortsspezifische Wärmeabgabe, Hohraumdecken für den Raum zwischen Trag- und Abhangdecke und elektrische Deckenheizfolien.

Elektrische Raumheizung

Deckenheizfolien sind so dünn, dass sie in Bahnen von unten an die Decke geklebt und danach nur noch verputzt werden. Der treibende Motor dafür montiert man an die Wand, um sie dann zu verkabeln.

429 Sonstige Wärmeversorgungsanlagen

Schornsteine

Unabhängig vom gewählten Brennstoff führen Schornsteine nach DIN 18160 Abgas über Dach ins Freie. Man unterscheidet zwischen Rauchgasschornsteinen für feste und flüssige Brennstoffe und Abgasschornsteinen für gasförmige Brennstoffe. Für die Reinigung ist der Schornsteinfeger zuständig.

Bauart wie ein- oder mehrschalig. Feuchtigkeitsbeständig wegen Kondensatanfall.

Abstände zu technischen Installationen und Dachfirst.

Einrichtungen zum zur Instandhaltung.

Umnutzung eines Schornsteins für die Lüftung

--> 420 Wärmeversorgungsplanung weitergeben an: 440 Elektroplaner zum Potenzialausgleich

--> 420 Wärmeversorgungsplanung weitergeben an: 740 Gutachten / Beratung zur Stellungnahme zur Energieeffizienz