Wohngebäude in unseren Breitengraden benötigen im Winter und häufig auch in den Übergangszeiten eine Heizung zur Temperierung von Innenräumen. Ganzjährig muss zudem die Versorgung mit Warmwasser sichergestellt sein. Die Matrix aus Energieträgern und Arten von Heizungsanlagen ergibt eine sehr große Zahl möglicher Kombinationen. Die wichtigsten Energieträger für Heizung und Warmwasser sind:
- fossile Brennstoffe auf Basis Gas, Öl oder Kohle,
- regenerative Energien, z. B. Stückholz, Pellets, Hackschnitzel,
- Wärmepumpen,
- Elektroheizungen,
- Biogas,
- Solarsysteme,
- Geothermie.
In älteren Bestandsgebäuden sind für die zu beheizenden Räume teils noch Einzelöfen oder Etagenheizungen anzutreffen. Gebäudezentrale Anlagen für Heizung und Warmwasser haben sich aber auch in Bestandsgebäuden zum Stand der Technik entwickelt.
Anschluss an Nah- oder Fernwärmenetz
Gebäudezentrale Versorgungssysteme für Heizung und Warmwasser sind eine notwendige Voraussetzung für einen möglichen Anschluss an Nah- oder Fernwärmenetze. Die nebenstehende Abbildung zeigt die verschiedenen Systeme im Überblick:
Arten von Wärmeversorgung in Mehrfamilienhäusern
Soweit Gebäude mit solchen externen Systemen versorgt werden, wird auch hier auf die oben genannten Energieträger zurückgegriffen. Neuere Anlagen für Nah- und Fernwärme arbeiten bevorzugt mit regenerativen Energien, Biogas oder mit Geothermie (hierzulande nur in Ausnahmefällen verfügbar).
Wärmeverteilung
Die Wärmeverteilung zu Heizzwecken in Innenräumen erfolgt durch Warmluftzufuhr, Konvektion oder Wärmestrahlung. Quellen für Wärmestrahlung sind u. a. warmwasserführende Fußbodenheizungen und Wandheizungen, dazu elektrische Heizflächen unterhalb von Fußböden oder Wänden sowie Infrarot-Strahler. In der nachstehenden Tabelle sind die Grundfunktionen beschrieben und bewertet:
Wärmeabgabe und -verteilung in Innenräumen
Das Funktionsprinzip zeigt die nachstehende Abbildung:
Funktionsprinzip Wärmeverteilung in Innenräumen
Nieder- und Hochtemperatur
Wasserbasierende Heizungen, für die eine Vorlauftemperatur von höchstens 35 °C ausreichend ist, werden als "Niedertemperaturheizungen" bezeichnet. Höhere erforderliche Vorlauftemperaturen sind "Hochtemperaturheizungen".
Wärmepumpe
Für den Betrieb von Wärmepumpen wird elektrischer Strom benötigt. Das Verhältnis zwischen eingesetzter Strommenge und produzierter Wärmemenge, also dem "Wirkungsgrad", hängt von zahlreichen Faktoren ab. Die wichtigsten hierbei sind die Art der Wärmequelle (Luft, Boden, Wasser), die Temperaturzone des Gebäudestandorts (Küstennähe versus Alpen oder Mittelgebirge) und erforderliche Zieltemperaturen (Fußbodenheizung 35 °C, Heizkörper 50-65 °C).
Für die Beschreibung der Effizienz von Wärmepumpen werden folgende Fachausdrücke verwendet:
COP
Coefficient of Performance. Beschreibung des Verhältnisses von Nutzwärme zur aufgewendeten elektrischen Energie. Beispiel: Für 100 kW Heizleistung müssen 33 kW elektrische Energie aufgewendet werden. Der COP liegt dann bei 100/33 = 3,03.
SCOP
Seasonal Coefficient of Performance. Aufbauend auf das COP, werden für die 4 Jahreszeiten die Außentemperaturen 12°, 7°, 2° und -7° C saisonal gewichtet.
JAZ
Jahresarbeitszahl. Aufbauend auf das COP, zusätzliche Berücksichtigung des Heizungssystems.
ETAs
Griechischer Buchstabe eta (η) für Wirkungsgrad in Verbindung mit "s" für saisonal (ausgesprochen: "eta es"). Aufbauend auf den SCOP unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads bei der Stromerzeugung.
Als Wärmequellen für Wärmepumpen können Luft, Erdreich oder Grundwasser herangezogen werden. Wärmepumpen auf Basis von Erdreich oder Grundwasser haben höhere Investitionskosten zur Folge als Systeme mit Außenluft. Zugleich erreichen diese Anlagetypen insbesondere bei kalten Außentemperaturen im Regelfall deutlich bessere Wirkungsgrade.
Die nachstehende Abbildung zeigt die prinzipielle Funktionsweise dieser Typen von Wärmepumpen.
Funktionsprinzip Wärmepumpen für Heizung und Warmwasser, Bildquelle: Bundesverband Wärmepumpen e.V.
Gas- und Ölheizungen
Definition Brennwerttechnik
Bei Heizungsanlagen auf Basis von Öl oder Gas wird unterschieden in Heizwert- und Brennwertkessel. Brennwertsysteme wandeln einen Teil der Energie aus den (heißen) Abgasen nochmals in Wärme um und haben somit einen besseren Wirkungsgrad als Heizwertanlagen.
Bei monovalenten Systemen wird für Heizung und Warmwasser ein einziger Energieträger verwendet. Bivalent bedeutet, dass 2 unterschiedliche Energieträger zum Einsatz kommen. Multivalente Anlagen arbeiten mit mehr als 2 unterschiedlichen Energiequellen. Nachstehend eine Übersicht mit Anwendungsbeispielen hierzu:
Heizungsbetriebsarten
| Betriebsart Heizung | Beispiel Wärmeerzeuger | Funktion |
|---|---|---|
| Monovalent | Kombitherme für Gas | Ein Heizgerät versorgt die Räume im Haus mit Wärme und Warmwasser. |
| Bivalent alternativ | Hybridheizung aus Wärmepumpe und Gastherme | Bivalente Wärmepumpe versorgt das Haus bis zum Bivalenzpunkt allein mit Wärme. Bei Unterschreitung einer Mindestaußentemperatur nimmt eine Gastherme den alleinigen Betrieb auf. |
| Bivalent... |
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