99

Beispielraum aus Erdgeschoss: Wohnzimmer 001

100

Formblatt: Wohnzimmer 001

101

Beispielraum aus Dachgeschoss: Eltern 101

102

Formblatt: Eltern 101

103

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106

2.3 Wärmeerzeuger

Wärmeerzeuger werden heute üblicherweise genau nach der errechneten Heizlast ausgelegt (siehe Kapitel 2.2). Falls mit dem Eigentümer noch keine Zuschläge für die Wiederaufheizung der Räume vereinbart wurden, sollte dieser Aspekt bei der Bestimmung der Leistungsgröße genau geprüft werden. Übernimmt der Wärmeerzeuger auch die Trink-warm wasser erwärmung, sind ggf. Zuschläge auf die Heiz last notwendig. Dies gilt insbesondere für Anlagen mit einer Nenn leistung kleiner 20 kW. Die Höhe eines eventuellen Heiz leistungs zuschlags wird in Abhängigkeit von der Art des Wärme-erzeugers und der Auslegung des Warm wasser-bereitungssystems ermittelt.

2.3.1 EinteilungEine eindeutige Klassifizierung der Heizkessel ergibt sich aus ihrer Verwendung und Normzugehörigkeit, wobei die weitestgehende Einteilung von Heiz-kesseln in der Normreihe DIN 4702 durchgeführt wird. Die praktische Unterteilung erfolgt oft anhand folgender Kriterien:�� Typ: Standard- bzw. Konstanttemperatur-,

Niedertemperatur- oder Brennwert-Wärmeerzeuger

�� Bauform: bodenstehend oder wandhängend�� Ausführung: Einzelkomponenten (Kesselkörper,

Brenner, Regelung etc. separat) oder Unit-Bauweise (Wärmeerzeuger-Einheit mit integrierten, aufeinander abgestimmten Komponenten)�� Brennstoffart: gasförmig (z. B. Erdgas), flüssig

(z. B. Heizöl EL) oder fest (z. B. Holzpellets)�� Brennerart: Die Bezeichnungen und Verfüg-

bar keiten variieren und sind abhängig von der Brenn stoffart; Beispiele: Blau- und Gelbbrenner, Brenner mit und ohne Gebläse, atmosphärischer Brenner etc. (Abb. 2.305).�� Brennerausführung: einstufig, zwei- oder mehr-

stufig, (stufenlos) modulierend�� Anzahl: Ein- oder Mehrkesselanlage

Bei bodenstehenden Heizkesseln wird vielfach un-terschieden in Gussheizkessel und Stahlheizkessel.Stahlheizkessel (Abb. 2.301) bestehen meist aus ei-nem zylindrischen Brennraum, um den der Wasser-raum ringförmig (im kleinen Leistungs bereich) oder darüber (bei großen Leistungen) angeordnet ist. Die Mehrzahl der Stahlheizkessel im unteren Leistungs-bereich hat eine heiße Brennkammer. Zwischen dieser Brenn kammer und dem Wasser raum sind oftmals Rippen oder Ähnliches angeordnet, die

Abb. 2.301: Öl-Gas-Stahlheizkessel mit externem Brennwert-Wärmetauscher (Werkbild Brötje)

LC 54 – 196 kW

107

zusätzlich von Heizgasen umströmt sind. Stahl heiz-kessel werden als kompakte und fertige Einheiten – zumindest der Kesselblock – an die Baustelle an-geliefert.Gussheizkessel (Abb. 2.302 und 2.303) sind meist in Glieder bauweise ausgeführt. Hierbei sind die wasser durch strömten Einzelglieder durch Nippel verbunden. Die Brenn kammer ist direkt von den Heiz wasser kanälen umschlossen, sodass von einer gekühlten Brenn kammer gesprochen wird. Nach-schalt heizflächen sind mit in den Guss gliedern integriert.Die Gliederbauweise hat gerade im größeren Leistungs bereich den Vorteil, dass bei kleinen Ein-bring öffnungen der Kessel in losen Gliedern ange-liefert und dann im Auf stellraum auf der Baustelle zusammengenippelt werden kann. Dies ist z. B. bei Kessel modernisierungen in Bestandsgebäuden mit engen Türen und Treppenhäusern vorteilhaft.

2.3.2 Energetische Beurteilung von HeizkesselnIn eine energetische Beurteilung von Wärmeerzeugern gehen Wirkungsgrad

hk = Q.

k = 1 – (qA + qU + qF + qS) Q

.F

und Nutzungsgrad

ha = Q.

k

Q.

F

ein. Der Kesselwirkungsgrad hk ist das Verhältnis der Kes sel leistung zu der zugeführten Feuerungs-leistung (Brennstoffenergiestrom). In ihn gehen Ver-luste, die beim Heizbetrieb auftreten können, ein:qA Verlust durch freie Wärme der AbgaseqU Verlust durch unvollkommene Verbrennung

(bei Öl- oder Gasfeuerung gleich null)qF Verlust durch Brennbares im

Feuerungsrückstand (bei Öl- oder Gasfeuerung gleich null)

qS Verlust durch Strahlung, Konvektion, LeitungInsofern gilt für Öl- oder Gasfeuerung:hk = 1 – (qA + qS)

In Abb. 2.304 ist die Abhängigkeit des Nutzungs-grades verschiedener Heizkessel von den Betriebs-bedingungen aufgeführt.Der Nutzungsgrad eines Heizkessels ist das Ver-hältnis zwischen erzeugter Nutzwärme QK und zugeführter Feuerungs- bzw. Brennstoffwärme QF während eines bestimmten Zeitraumes.

Abb. 2.302: Öl-Brennwert-Standheizkessel (Werkbild Brötje)

BOB 14,2 – 40 kW

Abb. 2.303: Gas-Brennwert-Standheizkessel (Werkbild Brötje)

SGB 20 – 610 kW

Abb. 2.304: Abhängigkeit des Nutzungsgrades ver-schiedener Heizkessel von den Betriebs bedingungen

108

Norm-Nutzungsgrad

Bei neueren Heizkesseln wird als Vergleichs-kriterium der Norm-Nutzungsgrad (hN) nach DIN 4702 Teil 8 herangezogen. Dieser wird nach DIN 4702 Teil 8 auf dem Prüfstand un-ter festgelegten Bedingungen er mittelt. Der Norm-Nutzungs grad hängt u. a. von der Größe der Heiz flächen, von der Art des Brenners (ein-/mehrstufig/modulierend) und von der Art der Regelung (konstante oder gleitend dem Bedarf angepasste Wasser temperaturen im Heiz kessel) ab. Modulierende Feuerungen und gleitende Kesselwassertemperaturregelungen erhöhen u. a. den Norm-Nutzungsgrad.Analog dem Wirkungsgrad von Heizkesseln ist auch der Norm-Nutzungs grad in seiner Höhe als eine einzuhaltende Mindest anforderung anzusehen und dient ebenfalls zum Vergleich einzelner geprüfter Kessel typen. In der Vergangenheit wurden diese Angaben meistens auf den Heizwert Hi (früher: unterer Heizwert HU) bezogen. Deshalb haben sich bei Brenn wert geräten regelmäßig Norm-Nutzungs-grade von über 100 % ergeben, was physikalisch nicht korrekt ist. In vielen Wärme erzeuger-Daten-blättern wird inzwischen der Norm-Nutzungsgrad bezogen auf den Brennwert HS (früher: oberer Heizwert HO) entweder zusätzlich oder ausschließ-lich angegeben.

Raumheizungs-Energieeffizienz

Im Rahmen der Ökodesign-/ErP-Richtlinie (siehe Kapitel 1.1) wurde ein neuer Kennwert eingeführt: die jahres zeit bedingte Raum heizungs-Energie effizienz, auch Raum heizungs-(Jahres-)Nutzungs grad (hS)

genannt. Dieser wird im Gegensatz zum Norm-Nutzungs grad grundsätzlich auf den Brennwert bezogen.

Abgasverlust

Der Abgasverlust qA von Heizkesseln ist im Wesentlichen eine Funktion von Abgastemperatur und CO2-Gehalt im Abgas. Zudem ist er abhängig vom eingesetzten Brennstoff. Die Messung und Brechnung durch den Schornsteinfeger erfolgen nach den Vorschriften der 1. BImSchV, Abschn. 7, Anlage 2 (siehe Kap. 1.6). Einzuhalten sind zudem die Grenzwerte nach § 10 der 1. BImSchV. Abb. 2.306 verdeutlicht, wie sich mit der Brennwertnutzung die Abgasverluste von Öl- und Gasfeuerungen minimieren lassen,

Strahlungs- bzw. Oberflächenverlust

Zur Bestimmung des Kesselwirkungsgrads eines Wärme erzeugers gehört auch der Strahlungsverlust. Die Strahlungsverlustleistung ist der Wärmestrom, der während des Feuerungsbetriebes über die Ober-fläche des Wärmeerzeugers an den Aufstellraum abgegeben wird.

Betriebs-Bereitschaftsverlust

Die Beurteilung des Wärmeerzeugers ohne Nutz-wär me abgabe erfolgt durch den Betriebs-Be-reit schafts verlust. Dieser entsteht nur in der Betriebs bereit schafts zeit (Still stands zeit) der Feuerung durch Wär me abgabe der Ober flächen des Wärme erzeugers und durch Auskühlung infolge Schorn stein zugs. Dieser Verlust kann nur über die Feuerung ge deckt werden; er führt zu einem ent-

Öl-Blaubrenner K-Baureihe 14 – 70 kWLow-NOx-Öl-/Gasbrenner JET-Baureihe 14 – 45 kW

Abb. 2.305: Öl- und Gas-Gebläsebrenner (Werkbild Brötje)

109

sprechenden Brenn stoff verbrauch, der auch dann auftritt, wenn keine Nutz wärme an das Heiz system abgegeben wird.

2.3.3 Schadstoffemissions-GrenzwerteEmissionsgrenzwerte sind z. T. in den Normen DIN 4702 Teil 1, Teil 3, Teil 4 und Teil 6 aufgeführt. Auch die 1. BImSchV schreibt in § 6 ff. bestimmte

Emissions-Grenzwerte vor (siehe Kapitel 1.6), insbesondere für Stickstoffoxide (NOx) sowie für Koh len monoxid (CO). Beide Werte können mittels mo derner Feuerungs technik auch (deutlich) unter-schritten werden. Abb. 2.307 zeigt beispielhaft die Möglichkeiten im Zusammenhang mit der Eingrenzung von schädlichen Verbrennungs -produkten auf.

Abb. 2.306: Zusammenhang von Abgasverlust und Abgastemperatur (Quelle: IWO, Hamburg)

Abb. 2.307: Emissionswerte im Vergleich am Beispiel vom Gas-Brennwert-Wärmezentrum BBS EVO

110

2.4 Öl-/Gas-Brennwerttechnik

Brennwertkessel unterscheiden sich von konven-tionellen Kesseln durch integrierte oder zusätzliche Wärme tauscher, an denen das Abgas kondensiert (Abb. 2.401, 2.407, 2.409 und 2.410). Die Wärme-tauscher werden so bemessen, dass sie je nach Heizsystem ganzjährig oder über einen großen Teil des Jahres von Heiz wasser mit so niedriger Temperatur durchströmt werden, dass die Ober-flächentemperatur unter dem Taupunkt der Abgase liegt. Dabei kondensiert ein Teil der gasförmigen Bestandteile an der Wärme tauscher oberfläche. Die dabei frei werdende Konden sations wärme (latente Wärme) wird an das Heizwasser übertragen.

Weil zur Ermittlung des Norm-Nutzungsgrads in der Vergangenheit generell der Heizwert Hi eingesetzt wurde, bei dem der Kondensationswärmeanteil nicht betrachtet wird, ergaben sich regelmäßig Werte von über 100 % (siehe Kapitel 2.3.2). Die Höhe der theoretisch erzielbaren Mehrnutzung an Wärme ist aus dem Verhältnis Brenn- zu Heizwert ersicht-lich (Abb. 2.402 und 2.403).

CALENTA 3,4 – 35,9 kW

Abb. 2.401: Gas-Brennwert-Wandheizkessel (Werkbild Remeha GmbH)

Abb. 2.402: Verhältnis Hu,n/Ho,n und maximal theoretischer Wirkungsgrad bei verschiedenen Brennstoffen

111

Einfluss auf die Höhe des Nutzungsgrades hat neben der mittleren Kesseltemperatur auch die Feuerungsart (Abb. 2.404).Das anfallende Kondensat bei der Brenn wert-nutzung wird über das Entwässerungsnetz ab-geführt. Maßgeblich für die Beurteilung des Konden sates ist u. a. der pH-Wert, der den Säure-grad der Flüssigkeit angibt. Einige Stoffe aus dem täglichen Leben sind in Abb. 2.405 zusammen-gestellt. Eine Änderung des pH-Wertes um 6 1 entspricht einer Änderung des Säuregrades um den Faktor 10. Es wird deutlich, dass Haushaltsessig (pH = 3) z. B. zehnmal saurer als Kondensat mit pH = 4 aus einem Gas-Brennwertgerät ist. Für die Genehmigung zur Kondensateinleitung ins Abwassernetz sind die örtlichen Abwasserbehörden zuständig. Als verbindliche Richtlinie zum Umgang mit dem anfallenden Kondensat ist das ATV-Arbeits blatt A 251 zu nennen. Hierin werden sinn gemäß zwei Maßstäbe angesetzt. Zum einen wird der Umgang mit dem Kondensatanfall aus Gas feuerungen reglementiert (Abb. 2.406). Der

Abb. 2.403: Kenndaten verschiedener Brennstoffe

Benennung Formel Gase

Erdgas1) Stadt- Flüssiggase3) Heizöl EL4)

L H gas2) Pro- Butan

kWh/m3 kWh/kg kWh/l

Brennwert Hon 10,14 11,09 5,48 28,11 37,17 12,61 10,67

Heizwert Hun 9,15 10,00 4,87 25,88 34,32 11,86 10,07

Verhältnis Hon/Hun 1,11 1,11 1,13 1,09 1,08 1,06 1,06

Abgastaupunkt5) tT 55,1 55,6 59,5 51,4 50,7 47,0 47,0

spez. Konden-6) mK 0,16 0,16 0,18 0,12 0,12 0,09 0,09satmenge

1) Quelle Ruhrgas, Durchschnittswerte der Bundesrepublik Deutschland, örtliche Abweichungen beachten2) Gastechnische Briefe Nr. 123) Technische Regeln Flüssiggas TRF 1988, Wirtschafts- und Verlagsgesellschaft Gas und Wasser mbH,

Bonn4) Recknagel, Sprenger, Hönmann: Taschenbuch für Heizung- und Klimatechnik 88/89, 64. Aufl.,

R. Oldenbourg Verlag München5) in °C bei einer Luftzahl von 1,26) spezifische Kondensatmenge in kg/kWh

Abb. 2.404: Einfluss der mittleren Kesseltemperatur und der Feuerungsart auf die Höhe des Nutzungs-grades

112

Schwefelanteil in Brenngasen und damit einher-gehend die Aggressivität wird hier als eher gering eingestuft. Beim Heizöl EL macht der enthaltene Schwefel den Umgang mit dem anfallenden Kondensat schwieriger und ruft umfangreichere Maßnahmen auf den Plan. Für Ölfeuerungen und Dieselmotoren für Heizöl EL und Heizöl EL schwefelarm gilt daher folgende Vorgabe: Einleitungen aus diesem Bereich bedürfen grundsätzlich der Neutralisation und der Genehmigung nach § 58 Landeswassergesetz. Für Öl-Brennwertanlagen, die ausschließlich mit schwe-felarmem Heizöl gemäß DIN 51603-1 betrieben

Abb. 2.405: Vergleich der pH-Werte verschiedener Stoffe

Abb. 2.406: Zum Umgang mit Kondensat aus Gasfeuerungen (z. B. Gas-Brennwertkessel)

Nennwärmebelastung (NB) Neutralisation erforderlich Genehmigungsart

NB < 25 kW nein 1) 3) genehmigungsfrei

NB > 25 kW bis 200 kW nein 1) 2) 3) nach § 58 (bei Einsatz einer Neutralisation)

NB > 200 kW ja nach § 58

Einschränkungen:1) Eine Neutralisation ist erforderlich bei Gebäuden und Grundstücken, deren Ent wäs se rungs leitungen die

Materialanforde rungen nach Abschnitt 5.3 des ATV-DVWK-Merkblattes A 251 nicht erfüllen.2) Eine Neutralisation ist erforderlich bei Ge bäuden, die die Bedingungen der ausreichenden Ver mischung

nach Abschnitt 4.1.1 des ATV-DVWK-Merkblattes A 251 nicht erfüllen.3) Wenn keine Kanalisation vorhanden ist, Absprache mit der Unteren Wasserbehör de (Bereich Wasser-

rechtliche Erlaubnis) erforderlich.

WGB 2,9 – 110 kW

Abb. 2.407: Gas-Brennwert-Wandheizkessel (Werkbild Brötje)

113

Abb. 2.408: Werkstoffe, die nach DIN 1986 Teil 4 gegenüber Kondensaten beständig sind

Werkstoff DIN-Norm oder Anwendungsbereich bauaufsichtliches Anschluss- Fall- Sammel- Grund- Grund- Prüfzeichen leitung leitung leitung leitung leitung im Bau- im Erd- körper reich

Steinzeugrohr DIN 1230-1 x x xmit DIN EN 295-1Steckmuffe DIN EN 295-2 DIN EN 295-3

Steinzeugrohr DIN 1230-6 x x x xmit glatten DIN EN 295-1Enden DIN EN 295-2 DIN EN 295-3

Steinzeugrohr DIN EN 295-1 x x x x xmit glatten DIN EN 295-2Enden, DIN EN 295-3dünnwandig und Zulassung

Glasrohr Zulassung x x x

Faserzement- DIN EN x x x x xRohr1) ISO 19840

Faserzement- DIN EN x x xRohr1) ISO 19840

Gusseisernes DIN 19522-1 x x x x xRohr ohne DIN 19522-2Muffe (SML)1)

Stahlrohr1) DIN EN 1123-2 x x x x x DIN EN 1123-1

Rohr aus nicht- Zulassung x x x x x2)

rostendem Stahl

PVC-U-Rohr DIN EN 1401-1 3) 3) x x

1) Darf für Leitungen verwendet werden, in denen planmäßig eine Verdünnung durch anderes Abwasser stattfindet. Andernfalls sind diese Rohre mit einer Sonderbeschichtung zu versehen.

2) Rohre und Formstücke sind außen mit einem Korrosionsschutz nach DIN 30670 zu versehen. Bauseitig aufgebrachter Korrosionsschutz muss DIN 30672-1 entsprechen.

3) Darf als Fall- und Sammelleitung verwendet werden, sofern keine höheren Abwassertemperaturen als 45 °C zu erwarten sind.

114

Abb. 2.408 Fortsetzung

Werkstoff DIN-Norm oder Anwendungsbereich bauaufsichtliches Anschluss- Fall- Sammel- Grund- Grund- Prüfzeichen leitung leitung leitung leitung leitung im Bau- im Erd- körper reich

PVC-U-Rohr Zulassung x xmit gewelltem Außenrohr

PVC-U-Rohr Zulassung x xprofiliert

PVC-U-Rohr Zulassung x xkerngeschäumt

PVC-C-Rohr DIN 19538 x x x x

PE-HD-Rohr DIN EN 1519-1 x x x x

PE-HD-Rohr DIN 19537-1 x x DIN 19537-2

PE-HD-Rohr Zulassung xmit profilierter Wandung

PP-Rohr DIN EN 1451-1 x x x x

PP-Rohr Zulassung x x x x mineralverstärkt

ABS/ASA/PVC- DIN EN 1455-1 x x x x Rohr DIN EN 1565-1

ABS/ASA/PVC- Zulassung x x x x Rohr mitmineral-verstärkterAußenschicht

UP-GF-Rohr DIN EN 1455-1 x x

115

werden, gelten die gleichen Anforderungen wie für Gas-Brennwertkessel.Wichtig: Bei der Verwendung von Kondensat füh-renden Abwasserleitungen ist auf eine entsprechen-de Verträglichkeit der verwendeten Werkstoffe zu achten (Abb. 2.408).

Hinweis: Um Betriebsstörungen durch

Steinbildung, insbesondere in wandhängen-

den Heizgeräten, zu vermeiden, müssen die

Bestimmungen der VDI-Richtlinie 2035 an das

Füll- und Ergänzungswasser eingehalten werden

(siehe Kap. 2.11).

Abb. 2.409: Gas-Brennwert-Wandkessel (Werkbild Bosch Thermotechnik Junkers)

CERAPUR Modul 9000i 3 – 30 kW ecoTEC plus VCW 206-266 4,0 – 25,8 kW

Abb. 2.410: Gas-Brennwert-Wandkessel mit integ-rierter Warmwasserbereitung ( Werkbild Vaillant )

116

2.5 Biomasseheizungen

Festbrennstoffe bleiben bei der Energieversorgung von Haushalten und Betrieben in Deutschland dauer haft im Gespräch. Insbesondere nachwachsen-de Rohstoffe aus Biomasse können einen Beitrag zur ökologischen, ökonomischen und nachhaltigen Energie versorgung beitragen.Im Wesentlichen hat sich der nachwachsende Roh-stoff Holz als ein vielseitig einsetzbarer Energie-lieferant etabliert, der quasi CO2-neutral verbrennt und so eine umweltschonende Nutzung bietet. Zudem geht die regionale Beschaffung der Roh-stoffe einher mit der Stärkung der heimischen Wirt schaft. Die unterschiedlichen Lieferformen wie z. B. Scheit holz, Hack schnitzel oder Pellets bedingen unterschiedliche Konzepte bei der Bereitstellung der thermischen Energie. Der Einsatz dieses Brennstoffes bedeutet daher auch immer einen höheren Planungs- und In vesti-tions kosten aufwand für die Beteiligten gegenüber vergleichbaren konventionellen Techniken. Die Wirt schaftlichkeit dieser Anlagen ergibt sich dann nur bei entsprechend kostengünstigem Bezug des Heizmaterials.

P4 Pellet 14,9 – 105,0 kW

Abb. 2.501: Festbrennstoffkessel für Holzpelletsfeuerung (Werkbild Fröling)

Abb. 2.502: Pelletfeuerungen in Deutschland (Quelle: DEPI e.V.)

117

2.5.1 PelletkesselBei Pelletheizungen handelt es sich um ein Heiz-system, das auf einem nachwachsenden Rohstoff basiert und einen ähnlich hohen Komfort bietet wie eine Öl-Zentralheizung. So sorgen u. a. eine auto matische Zündung und Entaschung für einen zu verlässigen Betrieb. Allerdings muss während der Heizperiode ab und zu der Aschebehälter entleert werden. Der modulierende Brennerbetrieb mo derner Anlagen führt zu einer effizienten Aus nutzung

des eingesetzten Brennstoffs und zu nied rigen Schadstoffemissionen, insbesondere beim Fein-staub.

Kesseltechnik

Pellet-Zentralheizkessel gibt es mit Nenn wärme-leistungen ab etwa 12 bis über 100 kW, wobei die Modulations stufe der kleinsten Kessel bis etwa 3 kW reichen kann. Viele Modelle lassen sich zu-dem als Kaskade mit bis zu etwa vier Einheiten

Austragung mit Universalsaugsystem

Austragung mit Schneckensystem

Austragung mit Saugsystem

Abb. 2.503: Holzpelletsfördersysteme (Werkbild Fröling)

118

betreiben, wodurch sich ein Leistungsbereich von über 400 kW ergibt. Abb. 2.501 zeigt den Schnitt eines vollautomatischen Heizkessels für Holzpellets mit Angabe der notwendigen Funktionsteile. Unterschiedliche Möglichkeiten der Pelletversorgung des Brenners zeigt Abb. 2.504.Pelletkessel in Brennwertausführung sind von be-stimmten Herstellern verfügbar. Im Vergleich zu den Heizwertmodellen bieten sie eine um etwa 10 bis 15 % höhere Energieeffizienz. Verfügbar sind nicht nur Kessel mit internem Brennwertwärmetauscher. Der externe, an der Kesselrückseite montierte Konden-sationswärmetauscher von Fröling besteht aus korrosions festem Edelstahl (Abb. 2.505). Ein erheb-licher Vorteil ist, dass es jederzeit nachrüstbar ist. Der Kondensationswärmetauscher kühlt das Rauchgas etwa 10 bis 15 Kelvin über den Rücklauf, so dass der

enthaltene Wasserdampf weitgehend kondensiert. Die dabei freigesetzte Energie wird dem Heizsystem zugeführt, was zu einer Energieeinsparung führt. Zusätzlich wird das Rauchgas ausgefiltert. Ablagerungen im Wärmetauscher werden durch die automatische Spüleinrichtung abgereinigt. Mit neuester Kessel- und Regelungstechnik kommen Pellet heizungen in kleinen Anlagen auch ohne Pufferspeicher aus. Mit Blick auf eine lange Kessel laufzeit und eine Förderung im Rahmen des Bafa-Markt anreiz programms (siehe Kap. 8) empfiehlt sich dennoch der Einsatz eines entspre-chend dimensionierten Speichers (Förder vor aus-setzung: mindestens 30 Liter pro kW Kessel nenn-wärmeleistung). Außerdem eröffnet sich so die Möglichkeit, eine weitere Wärmequelle, z. B. eine Solar thermie anlage, ins Heizsystem einzubinden.

Abb. 2.504: Varianten der Beschickung via Förderschnecke

Abb. 2.505: Externes Brennwertmodul (auch zur Nachrüstung) für bestimmte Pellet-, Stückholz-, Hackgut- und Kombi-Kesselmodelle (Werkbilder Fröling)

Fallschachtfeuerung Seitenschubfeuerung Unterschubfeuerung

Kondensations-

wärmetauscher

P4 Pellet 15 – 60 kW mit

Kondensations wärmetauscher

119

Pelletqualität

Holzpellets werden aus getrocknetem, naturbe-lassenem Rest holz (darunter Sägemehl, Hobel-späne, Hackschnitzel) hergestellt. Holzpellets sind ein genormter Brennstoff. Die technischen Anforderungen für Holz pellets sind in der interna-tional gültigen Norm ISO 17225-2 festgelegt. Sie werden ohne Zugabe von chemischen Bindemitteln unter hohem Druck gepresst. Pellets für Standard feuerungen besitzen einen Durchmesser von 6 bzw. 8 mm und haben eine Länge von etwa 3,15 bis 40 mm. Für einen zuverlässigen, störungsfreien Heizbetrieb ist eine hohe und verlässliche Brennstoffqualität sehr wichtig. Eine zusätzliche Sicherheit bieten Zerti fikate wie „DIN plus“ und „EN plus“. So wird z. B. im Programm „EN plus“ nicht nur die Qualität bei der Pellet produktion sichergestellt, sondern es werden auch der Handel und die Logistik/An-lieferung überprüft.Holzpellets weisen eine geringe Restfeuchte und einen minimalen Aschegehalt auf. Ein Kilogramm hat ein spezifisches Gewicht von ca. 650 kg/m3 und einen Heizwert von rund 5 kWh. Der Energieinhalt von 2 kg Pellets entspricht somit in etwa 1 l Heizöl EL oder 1 m³ Erdgas.

Pelletlager

Holzpellets werden in einem separaten Lagerraum oder -behälter bevorratet (Sack silo-/Gewebe tank-System, gemauertes Schräg boden lager etc.), der

sich auch in direkter Nähe zum Kessel befinden kann. Der auto matische Transport vom Lager zum Wärme erzeuger erfolgt entweder über ein Schnecken austragungs- oder ein Saug system (Abb. 2.503). Die mechanische Pellet-Förder-schnecke wird für kurze Wege bis ca. 6 m Länge und einer maximalen Steigung bis zu 30 % eingesetzt. Entfernungen bis etwa 25 m und Höhen differenzen

S4 Turbo 22 – 60 kW

Abb. 2.506: Festbrennstoffkessel für Scheitholzfeuerung (Werkbild Fröling)

Abb. 2.507: Feuerungsprinzip Scheitholz-/Stückholzkessel

oberer Abbrand unterer Abbrand

120

bis ca. 5 m können Pellet-Saug systeme per Luft-strom technik überbrücken. Damit eignen sie sich auch zur Ent leerung von Pelletsbehältern, die in Neben gebäuden oder Car ports aufgestellt sind, sowie von unterirdischen Speichern. Die Befüllung erfolgt mit losen Pellets, die per Spezial-Tank wagen angeliefert und dann über einen Schlauch ins Lager geblasen werden.Alternativ ist auch eine regelmäßige Handbefüllung in Verbindung mit einem an den Kessel angebau-ten Pellet-Vorratsbehälter möglich. Dazu werden meistens in Säcken abgefüllte Pellets genutzt. Aus Komfort- und Kostengründen ist diese Vor gehens-weise jedoch nur bei Gebäuden mit geringem Brenn-stoffbedarf empfehlenswert.

Wirtschaftlichkeit

In Abb. 2.502 sind die Zahlen für installierte Pel lets-Anlagen in Deutschland dargestellt. Die An schaff ungs kosten von Pellet zentral heiz sys temen sind deutlich höher als z. B. die von Öl- und Gas-Zentralheizungen. Hinweis: Attraktive Zu schüsse gibt es im Rahmen des Bafa-Markt anreiz programms (siehe Kap. 8). Deshalb hängt die Wirt schaftlich keit der Investition erheblich von der Brenn stoff kosten-ein sparung im Vergleich zu den anderen Heiz-

systemen ab. In der Vergangen heit lagen die spezi-fischen Energiepreise von Pellets deutlich unterhalb der Energiepreise von Heizöl und Erdgas. Seit Ende 2014 gilt dies für die Preisdifferenz zum Heizöl nicht mehr (Abb. 2.505). Allerdings handelt es sich hier um eine Moment aufnahme bzw. einen Rück blick. Hinzu kommen, wie oben bereits erwähnt, weitere gute Gründe für Haus besitzer, um in ein erneuerbares Heiz technik system auf Holzbasis zu investieren.

2.5.2 Scheitholz-/StückholzkesselBei den Scheitholz- bzw. Stückholzkesseln (Abb. 2.506) wird meist zwischen Modellen mit oberem und unterem Abbrand unterschieden (Abb. 2.507). Beide werden in der Regel von schräg oben oder von vorn mit stückigem Holz beschickt. Die maximalen Längen dieses Stück holzes betragen bei kleinen Leistungen bis ca. 35 cm und größeren Leistungen bis 50 cm. Der bessere Wirkungs grad und das geringere Emissions auf kommen beim unte-ren Abbrand verschaffen diesem Prinzip einen öko-logischen und ökonomischen Vorteil gegenüber dem Verfahren mit oberem Abbrand. Zudem besteht die Option, einen externen Brennwertwärmetauscher anzuschließen, der die Energieeffizienz erhöht ( siehe auch Abb. 2.505).

Abb. 2.508: Anlagenbeispiel „Autarke Holzfeuerungsanlage mit Modul-Solarschicht- und Pufferspeicher“ (Werkbild Fröling)

121

Dem jeweiligen Nutzer eines solchen Kessel typs obliegt es hauptsächlich, eine sinnvolle Betriebs-weise sicherzustellen. Zum einen muss das ein-gesetzte Brenn material z. B. für den Kessel ge-eignet sein. Diese Aussage bezieht sich u. a. auf die Eigen schaften wie Länge und Rest feuchte der ein gesetzten Hölzer. Zum anderen verlangt das Befüllen des Kessels ebenso eine gewisse Vor ausschau wie auch die zeitweise notwendige Entaschung der Anlage. Hinzu kommt, dass ein Scheit holz kessel weder kurzfristig in Betrieb gehen noch den Heiz betrieb einstellen kann. Um einen durch gehenden und komfortablen Heiz betrieb zu gewährleisten, ist deshalb der Einsatz eines Puffer-speichers notwendig (Abb. 2.508). Erhöhen lässt sich der Bedienkomfort mit Kesselmodellen, die über eine automatische Zündung verfügen. Erhältlich sind darüber hinaus spezielle Scheitholzkessel-Modelle, an die sich bei Bedarf (auch nachträglich) ein Pelletheizkessel-Modul anflanschen lässt, was einen automatisierten Heizbetrieb ermöglicht. So entsteht eine platz-sparende Kombination aus zwei Kessel einheiten mit getrennten Brenn räumen, welche von einer gemein-samen Regelung bedarfsweise gesteuert werden können (Abb. 2.509).

2.5.3 HackschnitzelkesselDer Hackschnitzel- bzw. Hackgutkessel (Abb. 2.510) liegt in seinen Eigenschaften zwischen dem Stück-holz- und dem Pellet kessel. Hack schnitzel beste-hen aus Restholz in Form von Ästen, Wipfeln und Säge werk abfällen, welche mit Hackern zerkleinert werden. Je nach verwendetem Holz ergeben sich ver schiedene Qualitätsklassen. Die Beschickung mit Hack schnitzeln kann, wie bei einem Pelletkessel, auto matisiert via Förderschnecke erfolgen.Das Abbrandverhalten entspricht eher dem Stück holzkessel, was in der Regel einen Pufferspeicher notwendig macht. Moderne Anlagen erreichen bei der Verwertung von Hackschnitzeln, aber auch von Pellets hohe Wirkungsgrade bei vergleichsweise geringen Emissionen. Zudem sind für bestimmte Kesselmodelle externe Brennwertwärmetauscher verfügbar, welche die Energieausbeute erhöhen (siehe auch Abb. 2.505). Der wachsende Markt für Nahwärmekonzepte

ins besondere im Bereich von Biomasse- und Hack-

schnitzel anlagen macht eine effiziente Verteilung

der angebotenen Wärme in den angeschlossenen

Haus halten der Verbraucher notwendig. Wie solche

Konzepte umgesetzt werden können, wird im

Kapitel 2.9 beschrieben.

SP Dual 15 –40/34 kW T4 24 – 150 kW

Abb. 2.509: Festbrennstoff-Kombikessel für Scheitholz- und Holzpelletsfeuerung ( Werkbild Fröling)

Abb. 2.510: Festbrennstoffkessel für Holzhackschnitzel- und Holzpelletsfeuerung (Werkbild Fröling)

122

2.6 Schornsteine und Abgasleitungen

2.6.1 AllgemeinesBei der Modernisierung von Heizungsanlagen bzw. beim Austausch eines alten Kes sels durch einen neuen Nieder temperatur- oder Brenn wert-kessel ist besonders auf eine ge eignete Schorn-stein ausführung zu achten. Um generell späteren Schwierig keiten vorzubeugen, ist es nicht nur bei Neu anlagen, sondern gerade auch bei einer Heiz-kessel erneuerung unbedingt notwendig, den Schorn stein in die Planung einzubeziehen. Empfeh-lens wert ist es zudem, bezüglich der Schorn stein-eignung möglichst frühzeitig den bevollmächtigten Bezirks schorn stein feger meister zurate zu ziehen.Moderne Wärmeerzeuger haben zum einen wesent-lich niedrigere Abgas temperaturen. Zum anderen reduziert sich die Abgas menge deutlich, falls die Nenn wärme leistung des neuen Wärme erzeugers aufgrund der Anpassung an die tatsächliche Heiz-last markant geringer ist. Diese Faktoren bewirken, dass sich der Auftrieb im Schornstein verringert. Die Abgase kühlen schneller ab, und der im Abgas ent-haltene Wasser dampf schlägt sich an den Schorn-stein-Innenflächen als „saures Kondensat“ nieder. Bei herkömmlichen, alten Haus schorn steinen, die zu groß und zudem noch schlecht wärmegedämmt sind, würde dies eine Durch feuchtung und Ver-sottung nach sich ziehen und letztendlich die Bau-substanz gefährden. Die Berechnung von Schornstein bemessungen erfolgt nach DIN EN 13384: Teil 1 bezieht sich auf das ausführliche Berechnungs verfahren; Teil 2 enthält ein Näherungs verfahren für einfache be-legte Schorn steine; Teil 3 enthält ein Näherungs-verfahren für mehrfach belegte Schorn steine. Die Hersteller von Montage schorn steinen bieten meist in ihren technischen Unterlagen auf ihr System be zogene Diagramme an, aus denen sich der erfor-

derliche Schorn stein quer schnitt ermitteln lässt: in Abhängigkeit von der Nenn wärme leistung und der wirksamen Schorn stein höhe und bezogen auf einen festgelegten Brenn stoff und auf eine vorgegebe-ne Abgas temperatur sowie auf den notwendigen Unter druck an der Abgas einführung in den Schorn-stein (Gesamt-Zugbedarf).Nieder temperatur kessel mit Abgastemperaturen unter 160 °C bzw. unter 80 °C sind an bauaufsichtlich zugelassene oder CE-gekennzeichnete, feuchte-unempfindliche Schornsteine oder Abgasanlagen an zuschließen. Herkömmliche Schornsteine gelt-en mehr oder weniger als feuchteempfindlich (Abb. 2.601). Beim Anschluss eines neuen Nieder-temperatur kessels helfen manchmal noch Zug-begrenzer bzw. Neben luft ein richtungen, um eine Schorn stein versottung zu vermeiden (Abb. 2.602). Derartige Neben luft einrichtungen sind in Schorn-steinen mindestens 40 cm oberhalb der Sohle oder im Abgasrohr anzuordnen. Außerhalb des Heiz-raumes dürfen keine Neben luft einrichtungen in den Schorn stein eingebracht werden. Selbsttätig arbei-tende Neben luft vorrichtungen nach DIN 4795 wer-den nicht nach der Leistung des Wärme erzeugers, sondern ent sprechend Quer schnitt und Bauart des Schorn steins nach der Luft leistungs gruppe ein-gesetzt.Um einer Versottung vorzubeugen, bietet es sich oft ergänzend an, im kalten Dachbodenbereich eine zu-sätzliche Wärme dämmung außen am Schornstein anzubringen. Wichtig ist bei feuchte empfindlichen Schorn steinen zudem die Ausgestaltung des Schorn stein kopfes, der Reinigungs öffnungen, der Ab gas einführung und des Schorn stein sockels.Jeder Schornstein ist zumindest an der Sohle mit einer stets zugänglichen, bauteilgeprüften Reinigungs öffnung (Breite 10 cm, Höhe 18 cm) aus-

Abb. 2.601: Feuchteempfindlichkeit herkömmlicher Schornsteine

Bauart Feuchteempfindlichkeit

Einschalig gemauert sehr großEinschalig, Formstücke nach DIN 18 150, Teil 1 sehr großGemauert mit Leichtbetonauskleidung sehr großZweischalig mit Schamotte-Innenschale relativ geringDreischalig mit Schamotte-Innenschale gering

Quelle: TÜV Bayern

123

zurüsten. Die Reinigungs öffnung muss mindestens 20 cm unterhalb des untersten Durchbruches für das Abgasrohr oder für die Nebenlufteinrichtung liegen.Brennwertgeräte werden aufgrund der sehr niedri-gen Abgas temperaturen und des Kondens wasser-anfalls überwiegend an entsprechend zugelassenen Abgasanlagen betrieben (siehe Kapitel 2.6.2). Ist es erforderlich oder unumgänglich, beim Einbau eines neuen Kessels den Querschnitt des vorhande-nen Schorn steins zu vermindern, erfolgt dies durch

das Einbringen von Rohren z. B. aus starrem oder flexiblem Edelstahl (Achtung: auf Säure beständig-keit des Materials achten), Keramik, Schamotte, Leichtbeton oder Leichtmörtel sowie aus Kunststoff. Insbesondere in Verbindung mit Brennwertkesseln werden häufig überdruckdichte Kunststoff-Abgas leitungen für eine raumluftunabhängige Betriebs weise (LAS-Systeme) eingesetzt, die viele Kesselhersteller im Zubehörprogramm haben.Falls der vorhandene Schornstein nicht zu retten ist, kann z. B. im Rahmen einer Altbaumodernisierung

Abb. 2.602: Prinzip einer Nebenluftvorrichtung (NLV) bzw. eines Schornsteinzugbegrenzers

1. Nebenluft2. Nebenluftklappe3. Gegengewicht4. Abgas

1

2

3

4

124

Abb. 2.603: Schornsteinsystem aus Edelstahl, hochgezogen an der Außenfassade (Werkbild Vogel + Noot Wärmetechnik)

125

ein neuer Leichtbau-Schornstein errichtet werden. Auch ein an der Außenwand des Gebäudes plat-zierter Edelstahlschornstein, der z. B. dreischalig ausgeführt ist (Abb. 2.603), kann zum Problemlöser werden: falls das Gebäude keinen Schornstein hat oder falls der neue Kessel an einem anderen Ort auf-gestellt werden soll.Hinweis: Wechselbrand-Heizkessel-Kombinationen mit Fest brennstoff- und Öl- oder Gaskesseln werden normalerweise an einen Schornstein an-geschlossen. Hier ist die DIN 4759-1, Ausgabe: 1986-04 („Wärme erzeugungs anlagen für mehrere Energiearten“) zu beachten.

2.6.2 Abgasanlage und Schornsteinsysteme für BrennwertkesselBei der Abkühlung des Abgases fällt in der Ab gas-führung Kondensat an. Dieses Kondensat würde bei herkömmlichen Schorn steinen zu einer Durch-feuchtung des Mauerwerks führen. Das stark abge-kühlte Abgas besitzt nur geringe Auftriebskräfte, sodass in der Regel eine Zwangsabführung erfor-derlich ist. Aus diesen Gründen sind herkömmliche Haus schorn steine für Brenn wert geräte nicht zu-gelassen. Die Abgasführung kann entweder über feuchte unempfindliche Schorn steine oder beson-dere Abgas leitungen erfolgen, welche aus einem geeigneten Werkstoff, zum Beispiel aus Edelstahl oder Kunststoff, bestehen (Abb. 2.604). Kunststoff-systeme haben den Vorteil, dass die Materialkosten ver gleichsweise niedrig sind und sie sich rasch mon-tieren lassen.Abgasleitungen unterscheiden sich durch be-grenzte Temperatur beständig keit in drei Zu-lassungs gruppen, die in Abb. 2.605 aufgeführt sind. Und sie verfügen über eine entsprechende Ver bindungs technik zum Betrieb mit Über druck. Ein Brenn wert kessel ist als integrierter Bestand-teil der Funktions einheit Heiz kessel, Brenner, Neutralisations einrichtung einschließlich Abgas-anlage zu betrachten.Feuchtigkeitsunempfindliche Schornsteinsysteme dürfen nicht mit Überdruck betrieben werden. Sie müssen den Anforderungen der DIN 4705 Teil 1 ent-sprechen und für den Einsatz bei Brenn wert kesseln zugelassen sein. Diese Schorn stein systeme werden zum Teil mit Wärme dämmung angeboten, um eine Verschiebung der Kondensations zone und der Kondensat mengen zu bewirken.Die Überwachung der Abgasanlagen bzw. Schorn-stein systeme für Brenn wert kessel muss entspre-chend der 1. BlmSchV erfolgen:

Eine Erstmessung ist innerhalb von vier Wochen nach Inbetriebnahme der Anlage durchzuführen. Bei ölbefeuerten Brennwertkesseln erfolgt jährlich ein-mal die Überwachung der Auswurfbegrenzung (zum Beispiel Ruß) nach §§ 14 und 15 sowie eine Über-prüfung der sicherheitstechnischen Aspekte; eine Messung der Abgasverluste erfolgt jedoch nicht. Bei Gasbrennwertgeräten erfolgt keine Überprüfung nach der BlmSchV, eine Begehung der Anlage ist jedoch in der Kehrordnung festgelegt.

2.6.3 Luft-Abgas-SystemeZur Verbrennung brauchen Feuerstätten generell Ver brennungs luft. Deshalb regeln die Feuerungs-ver ordnungen, dass bei Aufstell- oder Heizräumen genügend und ausreichend große Öffnungen vor-handen sind. Für raumluft unabhängige Gas feuer-stätten werden zur Ver brennungs luftversorgung auch sogenannte Luft-Abgas-Systeme (LAS) an geboten, durch die neben der Ab gas abführung auch die Zuluftversorgung der Feuerstätte erfolgt (Abb. 2.604). Dies können sogenannte Luft-Abgasschornsteine mit getrennten Schächten sein oder konzentrische Rohrsysteme. In der aktualisierten TRGI 2008 sind die Gasgeräte – je nach Ver brennungs luft ver sorgung und Abgas-abführung – in Bauarten A bis D32 eingeteilt. Als wesentliche Merkmale, die die Inhalte der Muster-FeuVO und der europäischen Normung betreffen, sind in der TRGI 2008 zu nennen:�� Keine Heizraumanforderung für Gas feuer-

stätten > 50 kW; damit erheblich verein-fachte Auf stell möglichkeit und Wegfall der Gasabsperreinrichtung außerhalb des Heizraumes. �� Forderung einer thermisch auslösenden Ab-

sperr einrichtung in der Gasleitung unmittelbar vor dem Gasgerät oder als Gerätebestandteil.�� Verbrennungsluftzuführung über Ver brennungs-

luft verbund nur noch bis 35 kW Gesamt nenn-wärme leistung möglich. �� Abgasüberwachungseinrichtung für Gas feuer-

stätten mit Strömungssicherung ab 7 kW.�� Besondere Aufstellanforderung für Gasgeräte

ohne Flammenüberwachungseinrichtung und für Gas-Wasserheizer ohne Abgasanlage.

Zudem enthält die TRGI 2008 umfänglich neuge-ordnete Aussagen und erleichterte Anforderungen zur Abgasabführung, wie z. B.:�� neue Begriffsverwendung für den gesamten

Bereich der Abgasabführung

126

Abb. 2.604: Schornstein- und Abgassysteme aus Edelstahl und Kunststoff (Werkbild Vogel und Noot Wärmetechnik)

127

�� Belegungsmöglichkeiten der Abgasanlage je nach Berechnung�� für den Schacht zur Führung der Abgasleitung

ist F 90-Qualität – in Gebäuden geringer Höhe F 30 – ausreichend�� für die ausreichende Lüftung bei Überdruck-

Abgasabführung ist eine Lüftungsöffnung von 1 × 150 cm2 oder 2 × 75 cm2 ausreichend�� als Mündungshöhe über Dach ist bei Feuer-

stätten allgemein 1 m über Dach fläche oder 40 cm über First ausreichend; bei

raumluft unabhängigen Gas feuer stätten (bis 50 kW, mit Gebläse unter stützung) ist 40 cm über Dach fläche ausreichend.

Erweitert worden sind die Gasgeräteart-Bezeichnungen mit detaillierter Unter aufteilung je nach Verbrennungs luft ver sorgung und Abgasabführung. Geblieben ist die Unterteilung in folgende Gruppen

A Gasgeräte ohne Abgasanlagen A1 bis A3

Beispiel: GasherdB Gasgeräte mit Abgasabführung, B1 bis B53

raumluftabhängig Beispiel: HeizkesselC Gasgeräte mit Abgasabführung, C1 bis C93x

raumluftunabhängig Beispiel: Außenwandgerät

Nachfolgend werden die in der Praxis üblichen Gasgeräte anhand von Abbildungen mit kurzen Erläuterungen vorgestellt (ab Abb. 2.606).

Abb. 2.605: Einteilung der Abgasleitungen in drei Typgruppen

Typgruppe maximal zulässige Abgastemperatur

A 80 °CB 120 °CC 160 °C

Art A

�� Gasgerät ohne Abgasanlage, die Verbrennungsluft wird dem Aufstellraum entnommen

Abb. 2.606: Art A1 Raumluftabhängiges Gasgerät ohne Gebläse, z. B. Gasherd (Quelle: www.dvgw.de)

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Art B1

�� Gasgerät mit Abgasabführung, das die Verbrennungsluft dem Aufstellraum entnimmt�� Gasgerät mit Strömungssicherung

Abb. 2.607: Art B11 Raumluftabhängiges Gasgerät mit Strömungssicherung ohne Gebläse, z. B. Gas-Durchlaufwasserheizer (Quelle: www.dvgw.de)

Abb. 2.608: Art B13 Raumluftabhängiges Gasgerät mit Strömungssicherung und Gebläse vor dem Brenner, z. B. Kombitherme mit Vormischbrenner (Quelle: www.dvgw.de)

129

Art B2

�� Gasgerät mit Abgasabführung, das die Verbrennungsluft dem Aufstellraum entnimmt�� Gasgerät ohne Strömungssicherung

Abb. 2.609: Art B22P Raumluftabhängiges Gasgerät ohne Strömungssicherung mit Gebläse hinter dem Wärmetauscher; Abgasabführung mit Überdruck ohne besondere Dichtheitsanforderung, deshalb Lüftungsöffnung erforderlich (Quelle: www.dvgw.de)

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Abb. 2.610: Art B23 Raumluftabhängiges Gasgerät ohne Strömungssicherung mit Gebläse vor dem Brenner (z. B. Gaskessel-Unit, Gas-Gebläsebrenner), Abgasabführung mit Unterdruck (Quelle: www.dvgw.de)

Abb. 2.611: Art B23P Raumluftabhängiges Gasgerät ohne Strömungssicherung mit Gebläse vor dem Brenner; Abgasabführung mit Überdruck ohne besondere Dichtheits anforderung, deshalb Lüftungsöffnung erforderlich (Quelle: www.dvgw.de)

131

Art B3

�� Gasgerät ohne Strömungssicherung, bei dem alle unter Überdruck stehenden Teile des Abgasweges von Verbrennungsluft umspült sind

Abb. 2.613: Art B33 Raumluftabhängiges Gasgerät ohne Strömungssicherung mit Gebläse vor dem Brenner. Alle unter Überdruck stehenden Teile des Abgasweges sind verbrennungsluftumspült (Quelle: www.dvgw.de)

Abb. 2.612: Art B32 Raumluftabhängiges Gasgerät ohne Strömungssicherung mit Gebläse hinter dem Wärmetauscher. Alle unter Überdruck stehenden Teile des Abgasweges sind verbrennungsluftumspült, z. B. Gas-Brennwerttherme (Quelle: www.dvgw.de)

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Art B4

�� Gasgerät wie Art B1: Abgassystem gehört zum Gasgerät (Systemzertifizierung)

Art B5

�� Gasgerät wie Art B2: Abgassystem gehört zum Gasgerät (Systemzertifizierung)

Art C

�� Gasgerät, das die Verbrennungsluft über ein geschlossenes System dem Freien entnimmt ( raumluft unabhängiges Gasgerät)

Art C1

�� Gasgerät mit horizontaler Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung durch die Außenwand. Die Mün dungen befinden sich nahe beieinander im gleichen Druckbereich.

Abb. 2.614: Art C11 Raumluftunabhängiges Gasgerät ohne Gebläse; Mündungen für Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung im gleichen Druckbereich, z. B. Außenwand-Raumheizer (Quelle: www.dvgw.de)

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Abb. 2.615: Art C12x Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse hinter dem Wärmetauscher; waagerechte Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung durch die Außen wand; verbrennungsluftumspülte Abgasabführung; Mündungen im gleichen Druckbereich, z. B. Außenwandgerät für die Beheizung mit maximal 11 kW Nennleistung, für Warmwasserbereitung mit maximal 28 kW Nennleistung (Quelle: www.dvgw.de)

Abb. 2.616: Art C13x Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse vor dem Brenner; waagerechte Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung durch die Außenwand; Mündungen im gleichen Druckbereich; verbrennungsluftumspülte Abgas abführung (Quelle: www.dvgw.de)

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Art C2

�� Gasgerät mit Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung zum Anschluss an einen gemeinsamen Schacht für Luft und Abgas (Gasgeräteart ist nach baurechtlichen Bestimmungen in Deutschland nicht zulässig)

Art C3

�� Gasgerät mit Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung über das Dach. Die Mündungen befinden sich nahe beieinander im gleichen Druckbereich.

Abb. 2.617: Art C32x Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse hinter dem Wärmetauscher; senkrechte Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung über das Dach; Mündungen im gleichen Druckbereich; Abgasweg verbrennungsluftumspült, z. B. Brennwertgerät in Dachaufstellung (Quelle: www.dvgw.de)

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Abb. 2.618: Art C33x Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse vor dem Brenner; senkrechte Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung über das Dach; Mündungen im gleichen Druckbereich und Abgasweg verbrennungsluftumspült (Quelle: www.dvgw.de)

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Art C4

�� Gasgerät mit Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung zum Anschluss an ein Luft-Abgas-System

Abb. 2.619: Art C42x Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse hinter dem Wärmetauscher; Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung zum Anschluss an ein Luft- Abgas-System. Alle unter Überdruck stehenden Teile des Abgasweges sind verbrennungsluftumspült, z. B. wandhängende Kombigeräte, Mehrfach belegung mög-lich (Quelle: www.dvgw.de)

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Abb. 2.620: Art C43x Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse vor dem Brenner; Verbrennungs luftzu- und Abgasabführung zum Anschluss an ein Luft-Abgas-System. Alle unter Überdruck stehenden Teile des Abgasweges sind verbrennungsluftumspült (Quelle: www.dvgw.de)

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Art C5

�� Gasgerät mit getrennter Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung. Die Mündungen befinden sich in unterschiedlichen Druckbereichen.

Abb. 2.621: Art C52 Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse hinter dem Wärmetauscher; getrennte Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung; Mündungen in unterschiedlichen Druckbereichen; Abgasabführung mit Überdruck ohne besondere Dichtheitsanforderung, deshalb Lüftungsöffnung erforderlich (Quelle: www.dvgw.de)

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Abb. 2.622: Art C53 Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse vor dem Brenner; getrennte Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung; Mündungen in unterschiedlichen Druckbereichen; Abgasabführung mit Überdruck ohne besondere Dichtheits-anforderung, deshalb Lüftungsöffnung erforderlich (Quelle: www.dvgw.de)

140

Art C6

�� Gasgerät separat zertifiziert: Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung wurden getrennt von dem Gas gerät zugelassen.

Abb. 2.623: Art C62x/C63x Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse hinter dem Wärmetauscher; raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse vor dem Brenner und Ver-brennungsluftzu- und Abgasabführung nicht mit dem Gasgerät gemeinsam geprüft; Bauartzulassung erforderlich; entweder verbrennungs luftumspülter Abgasweg als Bauteil oder Verbrennungsluft aus dem Ringspalt, z. B. Brennwertgerät (Quelle: www.dvgw.de)

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Art C7

�� Gasgerät mit vertikaler Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung (zurzeit ist diese Geräteart nicht in den deutschen Aufstellregeln erfasst)

Art C8

�� Gasgerät mit Abgasanschluss an eine Abgasanlage und getrennter Verbrennungsluftzuführung aus dem Freien

Abb. 2.624: Art C82 Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse hinter dem Wärmetauscher; auch Gasgerät Art C83x möglich; getrennte Verbrennungsluftzuführung aus dem Freien; gemeinsame Abgasanlage im Unterdruckbetrieb; alle unter Überdruck stehenden Teile des Abgasweges sind verbrennungsluftumspült, Mehrfachbelegung möglich (Quelle: www.dvgw.de)

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Art C9

�� Gasgerät ähnlich Art C3 mit Abgasabführung senkrecht über das Dach. Die Verbrennungs luft ver sor-gung erfolgt im Gegenstrom, die Abgasleitung umspülend, in einem bauseits vorhandenen Schacht, der Bestand teil des Gebäudes ist.

Abb. 2.625: Art C93x Raumluftunabhängiges Gasgerät mit Gebläse vor dem Brenner; Verbrennungs-luftzu- und Abgasabführung senkrecht über das Dach. Die Mündungen befinden sich nahe beieinander im gleichen Druckbereich; verbrennungsluftumspülter Abgasweg; Verbrennungsluftzuführung über einen bestehenden Schacht als Gebäudebestandteil (Quelle: www.dvgw.de)

143

2.7 Wärmepumpen

2.7.1 HeizwärmepumpenWärmepumpenanlagen werden zur Raumheizung und zur Trinkwassererwärmung herangezogen. Die Funktion der Wärmepumpe beruht darauf, dass man einen Stoff (Arbeits mittel oder Kälte mittel) einen mechanisch oder thermisch angetriebenen Kreis prozess durchlaufen lässt und dadurch er-reicht, dass die Wärme bei niedriger Temperatur aufgenommen und bei höherer Temperatur ab-gegeben wird. Den schematischen Aufbau einer Kompressions wärme pumpe mit den vier wesentli-chen Bestandteilen zeigen Abb. 2.701 und 2.702. Die Beschreibung kann dem nachfolgenden Text entnommen werden.1. Ein heruntergekühltes, flüssiges Kältemittel

wird zum Wärme austauscher (Ver dampfer) der Wärme pumpe geführt. Durch das Temperatur-gefälle nimmt es Energie aus der Umwelt auf. Das Kälte mittel geht dabei in den gasförmigen Zustand über.

2. Im Verdichter wird das gasförmige Kältemittel wieder zusammengepresst. Gleichzeitig mit der Druck erhöhung erfolgt eine Temperatur-erhöhung.

3. Ein zweiter Wärmeaustauscher (Verflüssiger) transportiert diese Wärme in das Heizsystem, das Kältemittel wird wieder verflüssigt.

4. Der Kältemitteldruck wird im Expansionsventil wieder reduziert.

Wärmequellen

Wärmepumpen unterscheiden sich vor allem hin-sichtlich der eingesetzten Wärme quelle. Infrage kommen vor allem Außenluft, Erdreich, Wasser sowie Abwärme. Am häufigsten werden in der Praxis allerdings Luft/Wasser- sowie Sole/Wasser-Wärme pumpen modelle eingesetzt, wobei die Luft-Modelle überwiegen. Bezogen auf die 58.000 im Jahr 2014 verkauften Heiz wärme pumpen lag deren Anteil bei rund 68 %. Insbesondere im Eigen heim-bereich sind die vergleichsweise preisgünstigen Luft/Wasser-Wärme pumpen sehr beliebt, weil sich die Wärme quelle Luft recht einfach erschließen lässt. Für erd gekoppelte Systeme ist entweder eine ausreichend große Grund stücks- bzw. Garten fläche (für Erd kollektoren, Erd körbe etc.) oder ein passen-der Platz zum Bohren von senkrechten Erd sonden nötig.

Bauarten

Meist verwendet werden anschlussfertige Wärme-pumpen, bei denen der komplette Kälte kreis lauf mit den Sicherheits- und Steuerungskomponenten fabrik mäßig hergestellt und geprüft wird. Während die Sole/Wasser-Geräte recht kompakt gebaut sind und im Gebäude stehen (Abb. 2.703), gibt es bei den Luft/Wasser- Wärm epumpen unterschiedliche Ausführungen: Es gibt zum einen kompakte Mono-block geräte zur Aufstellung innerhalb oder außer-halb des Gebäudes. Hier sind der gesamte Kälte-kreis lauf sowie weitere Komponenten gemeinsam, meist unter einer Haube, untergebracht. Dort, wo das Grundstück klein und der Platz im Haus begrenzt ist, kommen Luft/Wasser-Wärme pumpen in Split-Bau weise zum Einsatz (Abb. 2.704). Beliebt sind Modell varianten, bei denen der leistungs-geregelte Ver dichter (Inverter) in der Außen einheit unter gebracht ist. Die passende Innen einheit mit dem Wärme pumpen manager gibt es entweder als wand hängende Variante oder als boden stehende, oft mit integriertem Warmwasser- oder Heiz-wasser puffer speicher.Mit Blick auf den Modernisierungsmarkt bieten Her-steller zunehmend Luft/Wasser-Wärme pum pen an, die mit einem Gas- oder Öl-Wär me erzeuger ge-koppelt sind. Bei diesen Hy bridsyste men bestimmt das Regel gerät, wann welcher Wär me erzeu ger in Betrieb genommen wird. Intel ligente Modelle ermitteln diesen Bi valenz punkt sogar auf Basis der optimalen Effizienz und der (jeweils aktuellen) Energiekosten.

Außenaufstellung

Bei der Außenaufstellung einer Luft/Wasser-Wärme pumpe muss schon in der Planungs phase die Geräusch emission berücksichtigt werden, damit es später nicht zu einer Belästigung der Nach-barn kommt. Für die Berechnung der Schall aus-breitung sind grundsätzlich der Schall druck- sowie der Schall leistungs pegel der Wärme pumpe von Bedeutung. Nach trägliche Lärm minderungs maß-nahmen sind nicht immer möglich und meist teuer. Im Zweifels fall bietet sich der Einsatz von Split-Wärme pumpen modellen an, bei denen der (schall-emissions kritische) Verdichter im Gebäude montiert und mittels Kälte mittel leitungen mit dem im Freien platzierten Verdampfer (mit modulierendem Lüfter) verbunden wird. So werden die wahrnehmbaren

144

Abb. 2.701: Funktionsschema Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpe (Werkbild Brötje)

Abb. 2.702: Funktionsschema Luft/Wasser-Wärmepumpe (Werkbild Brötje)

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Abb. 2.704: Split-Luft/Wasser-Wärmepumpen mit integriertem Puffer-/Warmwasserspeicher (Werkbild Novelan)

L 8/12/16Split mit CS Split Heizleistung 1,04 – 10,12 kW

Abb. 2.703: Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen (Werkbild Brötje)

BSW Heizleistung 5,91 – 21,22 kW

146

Betriebs geräusche minimiert und die Wartung er-leichtert. Die Wärmepumpenhersteller bieten zunehmend auch schalltechnisch optimierte Modelle an, die sich insbesondere für dicht bebaute Neubaugebiete eignen.

Betriebsweise

Aus anlagentechnischer Sicht wird zwischen mo no-valenter und bivalenter Betriebs weise unter schie-den: Mono valente Betriebs weise bedeutet, dass die Wärme pumpen anlage als alleiniger Wärme erzeuger die gesamte Heiz last des Gebäudes deckt. Eine bi-valent betriebene Heizungs anlage ist eine Heizungs-anlage mit mindestens zwei Wärme erzeugern, bei denen die Wärme pumpe mit mindestens einem weiteren Wärme erzeuger für feste, flüssige oder gas förmige Brenn stoffe kombiniert wird. Zusätzlich wird hier unter schieden in alternative und parallele Betriebsweise. Wird als zweiter Wärme erzeuger ein elektrischer Heizstab verwendet, spricht man von einer monoenergetischen Anlage.

Auslegung und Dimensionierung

Ziel der Auslegung eines bivalenten Wärme-erzeugers mit Wärme pumpe muss sein, mit einer möglichst kleinen Wärme pumpe (niedrige In ves-

ti tions kosten) einen möglichst hohen Anteil am Gesamt energie verbrauch der Anlage zu decken. Bei der Auslegung ist zudem eine eventuelle Sperr zeit des Energie versorgers zu berück sichtigen, falls die Wärme pumpe mit einem speziellen Heiz strom tarif betrieben wird.Die richtige Festlegung der benötigten Wärme-pumpen-Heizleistung im Auslegungsfall ist beson-ders wichtig. Sie darf nicht zu klein, aber auch nicht zu groß sein, weil eine Über dimensio nierung mit z. T. hohen Folge kosten verbunden sein kann. Zum einen, weil sich die Gesamt effizienz des Wärme-pumpen systems vermindert. Zum anderen kann es bei der Wärme quellen erschließung, insbesondere bei erd gekoppelten Systemen, zu (erheblichen) Mehr kosten kommen. Ob ein Leistungszuschlag für die Warm wasser bereitung zu berücksichtigen ist, muss im Einzelfall entschieden werden.Im gut gedämmten Neubau wird auch die Gebäude-kühlung immer wichtiger. Dazu eignen sich Sole/Wasser- sowie reversibel arbeitende Luft/Wasser-Wärme pumpen (Abb. 2.705). Die Kombination mit einer Kühlung bedingt allerdings in der Regel ein Flächen heizsystem.Soll die Regelungs technik die Einbindung der Wärme pumpe in ein intelligentes Stromnetz („Smart Grid“) ermöglichen, ist bei der Modell wahl

Abb. 2.705: Reversible Hocheffizienz-Luft/Wasser-Wärmepumpen (Werkbild NIBE / Systemtechnik)

F2120 mit VVM 320Heizleistung 3,0 – 16,0 kW Kühlleistung 5,1 – 9,3 kW

147

auf das „SG Ready-Label“ zu achten (Modell-Übersicht unter www.waermepumpe.de/sg-ready). Dadurch können künftig auch last variable Strom-tarife genutzt werden. Diese Produkte sind zudem für den Betrieb mit Strom von der eigenen Photo-voltaik anlage geeignet.

Leistungszahl

Bei der elektrisch betriebenen Wärme pumpen-heizung können etwa 60 bis 80 % der abgenom-menen Heiz leistung der Umwelt entzogen wer-den – abhängig von der Wärme pumpen art und der Wärme quelle. Das Verhältnis zwischen der abge-gebenen Nutz wärme leistung zur aufgenommenen Antriebs leistung wird als Leistungs zahl bzw. COP (Coefficient of performance) bezeichnet. Leistungs-zahlen werden unter definierten Bedingungen (nach EN 14511) auf dem Labor prüfstand ermittelt. Um die Leistungs zahlen verschiedener Wärme pumpen-modelle vergleichen zu können, werden diese immer bezogen auf eine bestimmte Wärme quellen-eintritts- und Heiz wasser vorlauf-Temperatur-Paarung angegeben. In den Hersteller unterlagen findet man bei Luft/Wasser-Wärme pumpen des-halb z. B. den Eintrag „A2/W35“. Das bedeutet, dass die Leistungs zahl bei einer Außen luft temperatur von 2 °C und einer Heizwasser-Vor lauf temperatur von 35 °C ermittelt worden ist. Bei einer Sole/Wasser-Wärme pumpe lautet die Temperatur-paarung z. B. B0/W35, wobei „B“ ( brine) die Sole temperatur angibt. Und bei Wasser/Wasser-Wärme pumpen steht z. B. die Angabe W10/W35, wobei die Wärme quellen temperatur, z. B. Grund-wasser, bei 10 °C liegt.Bei der eingangs erwähnten Anlagen aus führungs-form lassen sich COP-Werte von ca. 2,5 bis 5,6 erreichen. Allerdings fällt die Leistungszahl für dasselbe Wärme pumpen modell deutlich niedriger aus, falls sie auf eine im Altbaubereich typische Vor-lauftemperatur von 50, 55 oder 65 °C bezogen wird. Vorlauftemperaturen bis etwa 55 °C lassen sich mit Nieder temperatur wärme pumpen erreichen. Darüber hinaus kommen Mittel- und Hoch temperatur-wärme pumpen zum Einsatz.

Jahresarbeitszahl

Die Leistungszahl ist allerdings nur begrenzt aus-sage kräftig. Denn im Jahres verlauf ändern sich die Betriebs bedingungen wie Wärme quellen- und Heiz wasser vorlauf-Temperatur, weshalb auch der COP schwankt. Zur Beurteilung der energetischen Wärme pumpen effizienz wird deshalb die Jahres-

arbeits zahl (JAZ) herangezogen, die sich aus dem Verhältnis von abgegebener Wärme menge zur auf genommenen elektrischen Arbeit während eines Jahres ergibt. Die JAZ erfasst somit sämtliche Betriebs zustände in einem bestimmten Gebäude im Jahres verlauf. Dadurch werden u. a. auch die klima tischen Verhält nisse sowie die Planungs- und Montage qualität des Gesamt systems (bis hin zur Wärme übergabe) berück sichtigt. Typischerweise sollten die Werte mindestens zwischen 3 und 4,5 liegen. Die Werte von Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärme pumpen fallen wärme quellen-bedingt tendenziell höher aus. Einen bedeutenden Einfluss auf die JAZ hat auch die Heiz wasser vor lauf-temperatur, weshalb Wärme pumpen vorzugsweise mit Flächen heiz systemen oder auch mit möglichst niedrig temperierten Heiz flächen kombiniert werden sollten.Aufgrund ihrer herausragenden Bedeutung ist das Erreichen einer bestimmten JAZ auch Förder voraus-setzung z. B. für das Bafa-Markt anreiz programm. Erforderlich ist hier z. B. eine JAZ von mindestens 3,5 bei Luft/Wasser-Wärmepumpen. Geeignete JAZ-Rechner (in Anlehnung an die VDI 4650) stellen die Hersteller sowie der Bundes verband Wärme-pumpe (www.waermepumpe.de/jazrechner) zur Verfügung.

Tipp: Lesen Sie im Zusammenhang mit

Wärme pumpen das Kapitel 2.12.1 zum

Thema „Tief temperatur heizkörper“.

2.7.2 Heizwärmepumpe und PhotovoltaikIm Zuge der Sektorkopplung von Strom und Wärme spielt die Wärmepumpe eine immer be-deutendere Rolle: Zum einen mit Blick auf die effiziente Nutzung des zunehmend erneuerbar produzierten Strom aus dem öffentlichen Netz zur Gebäudeheizung. Zum anderen mit Blick auf die Erhöhung des Eigenstromverbrauch in Verbindung mit der eigenen Photovoltaikanlage (siehe auch Kapitel 5.2). Hierbei sind intelligente Heizkonzepte von Vorteil, welche eine Wärmepumpe mit der Photovoltaikanlage auf dem Hausdach so miteinander kombinieren, dass sowohl die Eigenstromnutzung als auch die Wärmeeffizienz optimiert werden.Beispielhaft hierfür ist das „HeizPV System“ (Abb. 2.706) für Ein- und Zweifamilienhäuser, wo es die Funktionen Heizen, Kühlen und Strom erzeugen übernimmt. Die Größe der Luft- oder Sole-Wasser-Wärmepumpe wird an die Daten des Hauses

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angepasst und die Wirtschaftlichkeit geprüft. Das „HeizPV System“ erfüllt die Voraussetzung der EnEV 2016 und des KfW-Programms Energieeffizientes Bauen KfW 55, 40 und 40 plus. Im Vergleich zum EnEV Referenzgebäude 2016 mit Gas Brennwerttechnik und thermischer Solaranlage lassen sich umgerechnet bis zu 55 % der Stromkosten sparen.Systembestandteil ist zudem eine Visualisierung, wo sich u. a. die wesentlichen Energiewerte über eine App auf dem Smartphone oder PC anzeigen lassen. „HeizPV“ lässt sich optional mit einem Hochvolt-Lithium-Ionen-Batteriespeicher ausrüsten.

2.7.3 AbluftwärmepumpeDie kontrollierte Wohnungslüftung spielt beson-ders im Neu baubereich eine wesentliche Rolle. Verbrauchte, mit Feuchtigkeit belastete Raumluft muss gegen frische, sauerstoffreiche Außenluft innerhalb des Gebäudes ausgetauscht werden. Bei einer Abluft wärme pumpe (Abb. 2.707) wird die z. B. 20 °C warme Abluft über einen Wärme tauscher (Verdampfer) geführt. Dieser ist in einen Kälte kreis eingebunden. Das darin zirkulierende Kälte mittel nimmt die der Abluft entzogene Wärme energie auf, wird im Verdichter komprimiert und erreicht so ein höheres Temperatur niveau. Die Wärme energie wird dann mittels eines weiteren Wärme tauschers (Kondensator) in Verbindung mit einem Speicher

Abb. 2.707: Abluft-Inverter-Wärmepumpe mit integriertem Warmwasserspeicher und Wohnungslüftung (Werkbild NIBE Systemtechnik)

F 750 9 kW

Abb. 2.706: Funktionsschema „Heiz PV System“ (Werkbild COSMO)

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zur Warm wasser bereitung und eventuell auch zur Raum heizung(sunter stützung) genutzt (Abb. 2.708).

2.7.4 Warmwasser-WärmepumpeDie klassische Warm wasser-Wärmepumpe ist eine Kombination aus Warm wasser speicher und aufge-setztem Luft/Wasser-Wärme pumpen modul mit Ventilator (Abb. 2.709). Sie kann bis zu 70 % der zur Warm wasser bereitung benötigten Energie aus der Umgebungs luft des Auf stell raums gewinnen. Verfügbar sind auch Modelle, die zusätzlich den Anschluss eines Luft kanals zur Ansaugung von Außen luft oder der Abwärme eines Neben raums erlauben. Die kompakt gebauten, stecker fertigen Geräte mit eingebautem Regler benötigen lediglich noch einen Kalt- und Warm wasser anschluss.Gerade in gut gedämmten Häusern sind die Keller-räume oft ungewollt zu warm, weil sie durch einen Heiz kessel oder Elektro geräte, wie Gefrier- und Kühl schränke, passiv beheizt werden. Die Warm-wasser-Wärme pumpe sorgt dann nebenbei auch für eine gewisse Raum luft temperatur absenkung. Interessant für Photo voltaik anlagen besitzer ist die Möglichkeit, den selbst erzeugten Solar strom ganz-jährig zur Warm wasser bereitung zu nutzen.Lieferbar sind darüber hinaus auch Warmwasser-Wärme pumpen module ohne integrierte Speicher-einheit, die sich mit geeigneten neuen oder beste-henden Speichern kombinieren lassen.

Abb. 2.708: Anlagenbeispiel Grundvariante mit Abluft-Inverter-Wärmepumpensystem für Heizung, Warmwasser und Lüftung (Werkbild NIBE Systemtechnik)

BW-S 1,60 kW

Abb. 2.709: Warmwasser-Wärmepumpe mit Speicher 285 l (Werkbild Novelan)

150

2.8 Solarthermische Anlagen

Solarthermieanlagen werden in Deutschland zur Trinkwassererwärmung als auch zur Heizungs unter-stützung eingesetzt. Meist werden fossil befeuerte Öl- und Gaskessel, aber auch Fest brenn stoff kessel und Wärme pumpen mit einer Solar wärme anlage kombiniert.Die Strahlungs intensität ist in allen Regionen des Landes groß genug, um solar thermische Anlagen sinnvoll zu betreiben. Die durch schnittlichen Jahres-summen der sogenannten Global strahlung liegen in Deutschland im Mittel zwischen 900 kWh und 1.200 kWh pro Quadrat meter. Prinzipiell ist der Süden Deutschlands zwar etwas im Vorteil. Doch letztlich entscheidend für den tatsächlich geern-teten solaren Ertrag sind die konkreten Stand-ort bedingungen, die eingesetzte Technik und die Einbindung in das Heiz system des Gebäudes.Hauptbestandteile einer Sonnenkollektoranlage sind in der Regel:�� Sonnenkollektoren,�� Solarstation mit z. B. Umwälzpumpe, Schwer-

kraft bremse, Sicher heits armaturen, Absperr-ventilen, Entlüfter, Entleerung, Aus dehnungs-gefäß und Temperatur anzeiger,�� Regelungsanlage,�� Speicher, z. B. als Pufferspeicher für die Heizung,

Trinkwasserspeicher oder kombinierte Speicher.Abb. 2.801 zeigt das Hydraulikschema einer Solar-anlage zur Warm wasser bereitung und Heizungs-unterstützung.

KollektorbauartenErste Anlaufstation für die Sonne sind die auf dem Dach montierten Solar kollektoren. Die in Deutschland am häufigsten eingesetzte Bauart sind die rechteckigen Flach kollektoren (Abb. 2.802). Das auf den Kollektor auftreffende kurzwellige Sonnen-licht wird am selektiv beschichteten Absorber in Wärme umgewandelt.Flach kollektoren lassen sich bei gering geneigten Dächern (unter 20 Grad) und bei Flachdächern nicht (richtig) bzw. nur mit einem Spezial-Montagegestell betreiben.Beim Vakuumröhrenkollektor (Abb. 2.802) sind mehrere Glasröhren zu einem Kollektor zu sam-men gefasst. Vorteilhaft ist, dass sich die Röhren drehen und ideal zur Sonne ausrichten lassen. Aus diesem Grund können sie auch senkrecht, zum Beispiel an der Hauswand, oder waagerecht auf

einem Flach dach montiert werden. Vakuum röhren haben bau technisch bedingt eine höhere Leistung als Flach kollektoren und meist auch einen höheren Wirkungs grad. Allerdings sind sie auch teurer. Um das Preis-Leistungs-Verhältnis von verschiedenen Kollektor arten und -modellen besser vergleichen zu können, hilft der Blick auf den (theoretischen) Jahres ertrag (kWh/m²).

KollektorausrichtungUm mit einer Flachkollektorfläche möglichst opti-male Solar erträge zu ernten, ist eine genau nach Süden oder eine zwischen Südost und Südwest aus-gerichtete Dach fläche mit einer Neigung im Bereich von etwa 30 bis 70 Grad am besten geeignet. Dabei gilt es jedoch zwischen zwei Anwendungs fällen zu unterscheiden: Wenn eine Solar thermie anlage nur die Trink wasser erwärmung hauptsächlich während der Sommer monate übernehmen soll, empfiehlt sich – wegen des hohen Sonnenstands – ein Neigungs winkel von rund 30 bis 50 Grad. Steht die Funktion der Heizungs unterstützung im Vordergrund, die meist im Frühjahr und Herbst ge-nutzt wird, ist eine Neigung von rund 45 bis 70 Grad besser. Denn während dieser Übergangs monate steht die Sonne tiefer am Himmel. Zudem wird so ein zu großes, meist nicht nutzbares Wärme-angebot während der Sommermonate verhindert. Ausnahme: wenn die Solarwärme im Sommer zum Beispiel ein Außen schwimmbad aufheizen soll. Trotz allem ist es bei einer ausreichend großen Dach fläche grundsätzlich möglich, einen gerin-geren Ertrag aufgrund einer geringen Neigung des Dachs oder wegen einer stärkeren West- oder Ost-Ausrichtung durch eine entsprechend größere Kollektor fläche auszugleichen. Wichtig ist jedoch in allen Fällen, dass keine Schatten, zum Beispiel von Bäumen, Kaminen oder benachbarten Gebäuden und Dächern, dauerhaft auf die Kollektoren fallen; sonst wird der Solar ertrag dadurch geschmälert.

SolarkreislaufDen Transport der aufgenommenen Energie in den Solar speicher übernimmt der Solar kreis lauf: Wärme gedämmte Rohre verbinden die Kollektoren auf dem Dach mit dem Solarspeicher. Im Inneren der Leitungen zirkuliert die sogenannte Solar-flüssig keit, meist ein frost sicheres Gemisch aus Wasser und Glycol. Wegen der hohen thermischen

151

Abb. 2.801: Hydraulikschema für Solaranlagen zur Heizungsunterstützung und WW-Bereitung in Verbindung mit einem Hygiene-Kombispeicher (Werkbild COSMO)

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Belastung kommen Verbindungs leitungen vom Kollektor zum Speicher in metallischer Ausführung zum Einsatz. Dabei ist auf eine entsprechende Wärme dämmung der Rohr verbindung zu achten. Sie muss ebenso den hohen Temperaturen stand-halten. Der Markt hält für diese Anforderungen entsprechende Produkte vor. Sinnvoll und leicht zu handhaben sind vorgefertigte Doppel rohr systeme (Abb. 2.803). Als Spiral- oder Well rohr ausgeführt

stellen diese Systeme eine praxis taugliche und hochwertige Verbindung zwischen Kollektor und Speicher her. Es besteht die Möglichkeit, auch die notwendige Sensor leitung in diese Systeme zu inte grieren (Abb. 2.803).Eine Solarpumpe in stromsparender Hoch effizienz-ausführung sorgt dafür, dass der Solar flüssig keits-kreislauf in Schwung bleibt. Diese Pumpe darf vom Solar regler aber nur dann aktiviert werden,

Abb. 2.802: Flachkollektor und Vakuumröhrenkollektor (Werkbild Brötje)

Vakuumröhrenkollektoren

SolarPlus HP/DF 20/30

Wannenkollektor SolarPlan FK26WB

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wenn genügend Sonnenenergie produziert wird. Im schlimmsten Fall kann es sonst passieren, dass die im Speicher bereits vorhandene Solarwärme zum Dach befördert und dort abgekühlt wird.

Solarspeicher: Bauarten und AnforderungenAls Speicher für die Solarwärme werden vor allem eingesetzt:�� bivalente Warmwasserspeicher

�� Heizwasserpufferspeicher mit integrierten Wärmetauschern (Abb. 2.804)�� Solar-Kombispeicher (Abb. 2.804)

Bei solarthermischen Systemen zur Warm was ser-bereitung kommen meist bivalente Warm was ser-speicher zum Einsatz. Diese werden je nach Größe in der Nähe bzw. beim Wärme erzeuger auf gestellt. Im Eigen heim bereich bietet sich bei geringem Platz-bedarf auch der Einsatz einer Kompakt heiz zentrale

Abb. 2.803: Doppelrohrsystem für thermische Solaranlagen (Werkbild Aeroline Tube Systems)

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an, bei der sich Solarspeicher (oft ein Schichten- oder Ladespeicher), das Heiz gerät, die Regelung sowie die wichtigsten Betriebs komponenten unter einer gemeinsamen Haube befinden (Abb. 2.805).Zur Einbindung der Solarwärme in den Heizkreislauf wird meist entweder ein Heiz wasser puffer speicher oder ein Kombi speicher verwendet. Bei den Puffer-speichern kommen häufig Modelle zum Einsatz, die im unteren Drittel mit einem Solar-Wärme-übertrager bestückt sind und über eine außen angebrachte Frisch wasser station zur hygienischen Trink warm wasser bereitung im Durch fluss prinzip verfügen. Oft lässt sich zusätzlich noch eine vorkon-fektionierte Solar station an der Speicher außen hülle platzsparend montieren.

Der Kombispeicher vereint quasi die Funktionen von Heiz wasser puffer- und Warm wasser speicher. Die Trink wasser erwärmung erfolgt entweder über einen eingebauten Rohr wendel- oder Well rohr-wärme tauscher im Durchlaufprinzip. Bei Tank-in-Tank-Kombi speichern ist ein zusätzlicher Warm-wasser speicher (ca. 150 bis 250 l) im Puffer speicher integriert, wodurch sich ein höherer Warm wasser-komfort ergibt.Generell gilt, dass schlank und hoch ausge-führte Puffer- und Kombi speicher modelle eine gute Temperatur schichtung im Inneren bieten. Spezielle konstruktive Elemente wie Prall platten, Konvektions bremsen oder Schicht leit systeme ver-bessern zusätzlich etwas die Energie effizienz.

Abb. 2.804: Bauarten von Solarspeichern (Werkbilder COSMO und Brötje)

Schnitt durch den Solar-Pufferspeicher mit Durchlaufwarmwassermodul

Schnitt durch den Solar speicher (Edelstahl-Werkstoff 1.4571) mit 2 Glattrohrwärmetauschern

CR-DUO 300 – 500 Liter Inhalt SPZ 650 – 1000 Liter Inhalt

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Gute Solarspeicher haben niedrige Wärmeverluste, weil ihre gesamte Oberfläche eng anliegend, lücken-los und dick gedämmt ist (etwa 10 bis 15 cm). Bei der Montage ist darauf zu achten, dass sämtliche Speicher anschlüsse sowie weitere Bauteile wie Armaturen, Rohre und Solar station sorgfältig ge-dämmt sind bzw. werden. Passende Hart dämm-schalen erleichtern die Arbeit.

HydraulikFür die Sicherheitstechnik von Sonnen kollektor-anlagen sind die notwendigen Maßnahmen in DIN EN 12977 beschrieben. Das hydraulische Rohrschema mit den Sicherheitsorganen ist in Abb. 2.806 darge-stellt. Für die Einbindung einer Solaranlage in das Heiz energie versorgungs konzept eines Hauses sind vielfältige Möglichkeiten vorhanden. Es handelt sich jedoch immer um eine Verknüpfung von hydrau-lischen und regelungs technischen Komponenten. Nur das sinnvolle Zusammenspiel dieser Komponenten kann zu einem optimierten Betrieb führen. Daher empfiehlt es sich, entsprechende (System-)Komponenten von Industrie partnern einzusetzen, die bereits aufeinander abgestimmt und eventuell auch schon vorkonfiguriert sind. In Abb. 2.806 wird beispielhaft die Kombination dieser Aufgaben am Beispiel einer thermischen Solaranlage in Verbindung mit einem Fest brenn-stoff-Wärmeerzeuger dargestellt.

AuslegungWährend der Heizperiode steht nur ein einge-schränktes Solar wärmeangebot zur Verfügung. Dies bedeutet, dass eine typische Solar anlage unter wirtschaftlichen Aspekten nur für einen gewissen Wärme bedarfs anteil im Ein familien-haus sorgen kann. Um Über dimensionierungen (im Sommer) zu vermeiden, werden z. B. reine Trink wasser erwärmungs anlagen auf einen solaren Jahres deckungs anteil von 50 bis 60 % im Eigen-heim bereich und auf 30 bis 40 % im Mehr familien-hausbereich ausgelegt.Insbesondere für heizungsunterstützende Systeme ist der Einsatz einer (Simulations-)Software emp-fehlenswert, welche auch den solaren Ertrag speziell für den Standort des betreffenden Gebäudes ermit-teln und berücksichtigen kann.

Nachfolgend zur Orientierung die Durchschnittswerte für die Auslegung einer Solaranlage zur …

Trinkwassererwärmung:

Faustformel Speichervolumen:

Das WW-Speichervolumen sollte den 1,5- bis 2- fachen Tagesbedarf decken.WW-Tagesbedarfswerte pro Person (ohne Wasch-maschinen- oder Geschirrspüler-Anschluss):– niedrig: 20 – 30 l/d Person– mittel: 30 – 50 l/d Person – hoch: 50 – 80 l/d PersonMindestspeichervolumen = Kollektorfläche x 50 in lFaustformel Kollektorfläche:

Pro 100 l Speichervolumen wird ca. 1,5 m2 Flach kollektor fläche oder 1 m² Vakuum röhren-kollektorfläche benötigt.

Abb. 2.805: Bodenstehender Gas-Brennwert-Solarkessel mit integriertem Ladespeicher (Werkbild Brötje)

BMR 2,4 – 20/24 kW

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Abb. 2.806: Hydraulikschema für Solaranlagen zur Heizungsunterstützung mit einem Schichtenspeicher und zusätzlichem Festbrennstoff-Wärmeerzeuger (Werkbild Brötje)

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Trinkwassererwärmung und

Heizungsunterstützung:

Faustformel Kollektorfläche:

0,8 – 1,1 m2 Flachkollektoren oder 0,5 – 0,8 m2 Vakuumröhrenkollektoren pro 10 m2 beheizter Wohnfläche Anmerkung: Die Kollektorfläche sollte wegen der Überschüsse im Sommer nicht deutlich über das Doppelte der Größe hinausgehen, die für eine reine solare WW-Bereitung nötig wäre.Faustformel Pufferspeichervolumen:

mindestens 50 l pro m2 Flachkollektorfläche oder 100 – 200 l pro kW Heizlastzusätzlich ca. 50 l für Warmwasserbedarf je Person

WirtschaftlichkeitWährend sich Photovoltaikanlagen als finanziell in-teressantes Investment für Hausbesitzer darstellen lassen, ist die Motivlage bei Solar wärme anlagen vielfältiger. Dies liegt zum einen daran, dass sich die Wirtschaftlich keit nur sehr schwer bewerten lässt. Modellrechnungen zeigen oft, dass insbesondere im Eigenheim bereich eine Lang frist perspektive in Verbindung mit hohen Energie preisen notwendig ist, damit sich die Kollektor anlage in einem über-schaubaren Zeitraum auch als finanziell lukrativ erweist. Für Modernisierer sieht die Bilanz etwas günstiger aus, weil sie mit einem Zuschuss aus dem Bafa-Markt anreiz programm rechnen können (siehe Kap. 8).Neben der monetären Seite gibt es weitere Kunden-motive, die für eine Solarwärmeanlage sprechen:�� Größere Unabhängigkeit von (fossilen)

Energieträgern�� Höhere Versorgungssicherheit durch eine zweite

Wärmequelle�� Lange Lebensdauer (meist mindestens 20 bis

25 Jahre)�� Umwelt- und Klimaschutz: Solarthermieanlagen

haben eine kurze energetische Amortisations-zeit (unter 5 Jahre). Die fossilen Energievorräte werden geschont und die CO2-Emissionen ver-mindert

�� Höhere Systemeffizienz, weil der Wärme-erzeuger zeitweise komplett abgeschaltet bleibt�� Sichere Geldanlage in Sacheigentum und

Wertsteigerung des Gebäudes�� Im Neubaubereich lassen sich die EnEV- und

EEWärmeG-Anforderungen in Verbindung mit fossilen Wärmeerzeugern (besser) erfüllen.

Solare KühlungVor allem mit Blick auf hohe bzw. weiter steigende Strom preise kann in bestimmten Gebäuden die Kühlung mit einer Solar thermie anlage interes-sant sein. Denn ein solares Kühl system arbei-tet gerade an heißen Sommer tagen, wenn der höchste Kühl bedarf besteht, besonders effizient, weil dann auch die höchsten Solar erträge im Jahres verlauf zur Verfügung stehen. Das System besteht aus Kollektoren für die solare Prozess-wärme, einer Ad sorptions- oder Ab sorptions-kälte maschine und aus einem Kälte speicher (weitere Technik- und Auslegungsinfos z. B. unter www.solare-kuehlung.info; unter „Projekte/Solarthermie2000plus“ gibt es einen Planungs-leitfaden zum Download).Praktische Anwendungsbereiche ergeben sich vor allem in Büro- und Produktionsgebäuden sowie in Hotels, Krankenhäusern, Pflegeheimen etc., wo sich an heißen Tagen ein hoher Kältebedarf für die Klimatisierung und während der kühleren Zeit eine hohe Wärme anforderung für den Heiz betrieb und die Warm wasser bereitung ergeben. Die System-wirtschaft lichkeit lässt sich optimieren, falls sich die überschüssige Solarwärme im Sommer zur Trink-wasser erwärmung nutzen lässt.Die Anschaffung von Anlagen zur solaren Kühlung, die im Bafa-Marktanreizprogramm förderbar sind (siehe Kap. 8), wird oft nicht nur mit Blick auf die Strom kosten ersparnis getätigt. Auch Nachhaltigkeits- und Umweltschutzaspekte sowie der Imagefaktor spielen eine wichtige Rolle.

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2.9 Nah- und Fernwärmesysteme

Die umweltfreundlich in Kraft-Wärme-Kopplung er-zeugte Fernwärmeversorgung bleibt für Stadtwerke ein Zukunftsmarkt. Komplexe Nahwärmekonzepte, insbesondere im Bereich von Biomasse- und Hack-schnitzelanlagen, machen eine effiziente Verteilung der angebotenen Wärme in den angeschlossenen Haushalten der Verbraucher notwendig (Abb. 2.901). Um solche Konzepte regelkonform umsetzen zu können, existieren für jedes Versorgungsgebiet unterschiedliche technische Anschlussbedingungen, kurz TAB. Aber selbst mit Vorliegen dieser TAB ist davon abzuraten, die verschiedenen Einzel-komponenten in Eigenregie zusammenzustellen. Man greift in der Praxis daher auf bereits erprobte Einheiten zurück. Die Hersteller solcher kompakter Fernwärmeübergabestationen (Abb. 2.902), wie beispielsweise YADOS aus Hoyerswerda, haben Erfahrung im Zusammenspiel der einzelnen Komponenten. So können zuverlässige vorgefertigte Stationen in Industriequalität mit Funktionsgarantie montiert werden. Das stellt für Verbraucher und Installateur die zumeist sinnvollere und wirtschaftliche Lösung gegenüber einer „Eigenentwicklung“ dar. Eine Fern-wärme über gabe station wird so zum effizienten Bindeglied zwischen Wärme anschluss leitung und Gebäude heizungs anlage (Abb. 2.903). Sie über-gibt das Wärmemedium geeignet nach Druck, Temperatur und aktuellem Bedarf an die durch den Platten wärme über trager hydraulisch getrennte Sekundärseite. Die eingebaute DDC-Regelung berechnet die not-wendige Vorlauf temperatur entsprechend den Anforderungen, Witterungs verhältnissen sowie den

Zeit- und Komfort vorgaben der Nutzer. Über weitere Sensoren lassen sich verschiedene Arten der Trink-warm wasser bereitung sowie komplexe Heiz kreis- und Lüftungs regelungen realisieren. Grundsätzlich erforderliche Sicherheitseinrichtungen, wie der Anschluss eines Membran ausdehnungs gefäßes und eines Sicherheits ventils, sind standardmäßig im Lieferumfang enthalten. Es ist bauseits nur noch die Montage eines leistungsgerechten Ausdehnungs-gefäßes an ausgewiesener Stelle notwendig.

Abb. 2.901: Nahwärme-Hausanschlussstation (Werkbild YADOS)

YADO|GIRO 15 – 100 kW

159

Abb. 2.903: Hydraulikschema für Nah- und Fernwärmesysteme (Werkbild YADOS)

Abb. 2.902: Fernwärme-Übergabestation mit Blechisolierung (Werkbild YADOS)

YADO|PRO 30 – 10.000 kW

160

2.10 Hydraulik und wasserseitige Sicherheitstechnik

2.10.1 Rohrnetzberechnung Die Rohrnetzberechnung kann in folgende Teil-aufgaben gegliedert werden: �� Dimensionierung der Rohre, �� Berechnen des Druckabfalls,�� Bemessen der Drosselstellen für den

Druckabgleich, �� Auswahl der Pumpe.

Für die Auswahl der Pumpe müssen Gesamt druck-differenz und der Gesamt-Heizmittelstrom ermittelt werden. Warmwasser-Heizanlagen sind immer als geschlossene Kreisläufe aufgebaut. Bei sehr hohen Gebäuden ist der Schwer kraft einfluss bei der Heiz-mittel umwälzung unter Umständen erheblich und muss bei der Auswahl der Pumpe berücksichtigt werden.Die von der Pumpe aufzubringende Druckdifferenz berechnet man nach

Dpt = S (R · I + Z) – DpDp

mit: Z = r

· v2 · z 2

Die Druckdifferenz aufgrund der Dichteunterschiede des Heizmittels in Vor- und Rücklaufleitung ist:

DpDp = g · Dh · (pR – pV)

wobei für Dh der Höhenunterschied zwischen der Mitte des am höchsten gelegenen Heizkörpers und der Kesselmitte eingesetzt werden muss. Zum Bestimmen des Gesamtdruckabfalls S (R · I + Z) genügt es, nur den ungünstigsten Heizkreis zu be-trachten, da die Druckunterschiede zu den anderen abgeglichen werden. In Abb. 2.1001 wurden dazu Vorschläge für den Aufbau eines Formblattes abgebildet.Folgende R-Werte für den Druckabfall sind aus technischen Gründen (Druckabfall an Stellorganen, Geräuschentwicklung) einzuhalten:�� Kleine Anlagen:

100 Pa/m bis 200 Pa/m�� Große Anlagen Hauptverteilung:

kleiner 100 Pa/m�� Große Anlagen Unterverteilung:

100 Pa/m bis 200 Pa/mDie Abb. 2.1002 und 2.1003 zeigen jeweils den Rohrreibungsdruckverlust von Rohren aus Stahl

Abb. 2.1001: Tabellen für die Rohrnetzberechnung

161

und Kupfer. In Abb. 2.1004 werden Beispiele von Einzelwiderständen aufgelistet.Der Druckabfall in der Hauptverteilung großer An-lagen sollte gering sein, damit an den Abzweigen der einzelnen Unter verteilungs stränge keine allzu großen Druck differenzen abgeglichen werden müs-sen. In den Anschluss leitungen der Heizkörper wer-

den die Vorgabe werte regelmäßig unterschritten, da Stahlrohre kleiner 3/8“ und Cu-Rohre < 12 × 1 aus Fertigungs gründen nicht verwendet werden.Deutschlandweit ist die kleinste verwendete Nenn-weite meistens DN 12, also beispielsweise Kupfer-rohr 15 × 1.

Abb. 2.1002: Rohrreibungsdiagramm für Stahlrohre (mittelschwere Gewinderohre nach DIN 2440, Rauigkeit k = 0,045 mm)

162

Abb. 2.1003: Rohrreibungsdiagramm für Kupferrohre (Rauigkeit k = 0,0015 mm)

163

Abb. 2.1004: i-Werte von Einzelwiderständen

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2.10.2 HeizungsumwälzpumpenDie Heizungspumpe ist üblicherweise in der Nass-läufer technologie konzipiert. Das bedeutet das Förder medium umspült alle bewegten Bauteile der Pumpe bzw. des Elektro motors zwecks Kühlung und zur Lagerschmierung. Dadurch ist die Pumpe weitgehend geräuschlos und wartungsfrei. Die Abgrenzung zum Förder-medium erfolgt über ein Spaltrohr. Anwendung im Leistungs bereich bis max. ca. Q = 100 m3/h (Abb. 2.1005).Bei Leistungen darüber hinaus und in speziellen Einsatz fällen (Druck/Temperatur) kommen sog. Trocken läufer zum Einsatz, bei denen zwischen Motor und Pumpen gehäuse eine Wellen dichtung

(Stopf buchse oder Gleit ring dichtung) positioniert ist, die eine regel mäßige Inspektion oder Wartung erforderlich macht. Die Bauform ist üblicherweise als Rohr einbau pumpe in Inlineform entweder mit Rohr verschraubungs-anschluss oder Flan schanschluss.

Hinweise zur Planung und Auslegung

�� Die Pumpenauslegung erfolgt gemäß den Leis-tungs daten der Anlagen projektierung bezüg-lich Förder strom Q bzw. V

.. und Pumpen druck

(Pumpen förderhöhe) H bzw. Dp.�� Die hydraulische Leistung einer Pumpe wird in

Form einer Kennlinie angegeben (Abb. 2.1006), auf der sich der jeweilige Betriebspunkt für die

Abb. 2.1005: Schnitt durch eine Nassläuferpumpe

Wicklung

Rotor

Lagerung

Spaltkopf

Saugring

Laufrad

Abb. 2.1006: Betriebspunkt

165

Heizungsanlage einstellt. Und zwar ist dies immer der Schnittpunkt mit der hydraulischen Anlagenkennlinie des Heizungssystems.�� Für die Größe der Heizungsumwälzpumpe ist

das zu fördernde Wasservolumen sowie der Druck verlust zur Überwindung der Rohrreibung im Leitungssystem bzw. bei den Armaturen entscheidend. Je größer die Widerstände im Heizungsnetz, sind umso geringer ist der Förderstrom, den die Pumpe durch das Netz drücken kann und umgekehrt (Abb. 2.1009).�� In der Regel werden heute energiesparende,

elektronisch selbstregelnde Heizungspumpen verwendet, die sich dem jeweiligen hydrau-lischen Betriebszustand der Heizungsanlage anpassen (Abb. 2.1007 und 2.1008). Insbesondere durch den Einbau von Thermo-stat ventilen an Heizkörpern ergeben sich in Hei zungs anlagen permanent wechselnde Was-ser ströme durch den Drossel- und Öff nungs-vorgang am Thermostatventil. Selbst regelnde Pumpen passen die Dreh-zahl stufenlos diesen Veränderungen an und reduzieren den Pumpen druck, sodass keine Geräusche an den Thermo stat ven tilen auftre-ten, und vermindern gleich zeitig den Strom-bedarf der Pumpe (z. B. zwischen max. Drehzahl 2.800 1/ min = 80 W Stromaufnahme bis min.

Drehzahl 1.500 1/ min = 30 W Stromaufnahme). Die Betriebs strom ein sparungen betragen im Durchschnitt über die Heizungs periode gesehen zwischen 30 und 40 %. �� Elektronisch geregelte Pumpen sind in der EnEV

generell bei Heizungsanlagen > 25 kW vorge-schrieben.�� Bei modernen Heizungsanlagen verbietet sich

der Einbau von Überstömventilen. Deren Funk-tion, die Vermeidung von Überdruck im nach-geschalteten Heiz kreis durch das Über strömen des Wassers im Bypass, wird durch den Ein satz einer elektronisch regelbaren Pumpe kom-plett ersetzt. In Altanlagen mit bestehenden Über ström ventilen sind diese zu blockieren. Ent sprechend sinnvolle Maßnahmen sind statt-dessen durchzuführen. �� Sogenannte Hoch effizienzpumpen (Abb. 2.1007

und 2.1008) sind durch ihre Bauweise und Regel-fähigkeit in der Lage, enorme Energie mengen ein zusparen. Allein durch die Anpassung der För der leistung an den tatsächlichen Bedarf lässt sich der Stromverbrauch für den Pumpen betrieb im Heizungs system im Vergleich zu ungeregel-ten Pumpen in etwa halbieren. Gepaart mit der Hoch effizienz technologie könnte zurzeit bis zu 90 % Pumpen energie eingespart werden. Ein flächen deckender Austausch von Altpumpen

Abb. 2.1007: Elektronisch geregelte Nassläuferpumpen (Werkbild Wilo)

Abb. 2.1008: Elektronisch geregelte Nassläuferpumpe mit Wärmedämmschale (Werkbild Grundfos)

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würde Strom kosten einsparungen von rund 1,6 Mrd. Euro erbringen und das Klima jährlich um 5 Mio. t CO2 entlasten, was den Emis sionen mehrerer Kohlekraftwerke entspricht.

Energetische Anforderungen

Pumpen stellen einen wichtigen Ansatzpunkt zur Reduzierung des Energieverbrauchs dar. Aus diesem Grund wurden auf europäischer Ebene mit der Richtlinie 2005/32/EG vom 22.7.2009 die soge-nannten Ökodesign-Anforderungen an Nassläufer-Umwälz pumpen festgelegt (Verordnungen EG 641/2009 und EU 622/2012). Seit dem 1.8.2015 gelten folgende Effizienzgrenzwerte:�� Externe Umwälzpumpen für Heizung und Klima

dürfen einen EEI (Energie effizienz index) von 0,27 nicht überschreiten. Ab diesem Zeitpunkt sind auch Umwälz pumpen in Solar thermie-anlagen von der ErP-Richtlinie betroffen.�� Bei der Erstinstallation in Wärmeerzeugern

und Solar stationen dürfen die integrierten Umwälz pumpen einen EEI von 0,27 nicht über-schreiten. (Anmerkung: Der Austausch von integrierten Umwälz pumpen in bestehenden Wärme erzeugern und Solar stationen ist ab dem 1.1.2020 vorgesehen.)

Wichtig: Diese Vorgaben gelten nicht für

Trinkwarmwasserzirkulationspumpen.

Hinweise zur Montage

�� Der Einbau der Pumpe (Motorachse im-mer waage recht, ansonsten in beliebiger Position) erfolgt meist im Vorlauf hinter dem Heizungskessel. Dadurch ist gewährleistet, dass das Heizungs system über wiegend im Überdruckbereich betrieben wird, bezogen

auf die sogenannte Saug-/Druckfunktion der Pumpe. Ansonsten sind die Einbauvorschriften der Pumpen hersteller zu beachten.�� Sonderkonzeptionen für die Pumpeninstallation,

z. B. in Parallelschaltung (Doppelpumpen) oder bei Hintereinanderschaltung von Pumpen, soll-ten immer in Abstimmung mit den Herstellern festgelegt werden.

2.10.3 Hydraulische und regelungstechnische SchaltungenBei Heizkesseln mit Nennwärmeleistungen über etwa 100 kW ist, unabhängig von Fabrikat und Werkstoff, auf eine ordnungsgemäße Durch-strömung mit Heiz wasser und auf eine eventuell einzuhaltende Mindest rück lauf temperatur zu ach-ten. Werte hierfür sind je nach Typ und Fabrikat un-terschiedlich und aus den Unterlagen der Hersteller ersichtlich. Voraussetzung ist in erster Linie eine geeignete hydraulische Einbindung des Heiz kessels in das Heizungsnetz und eine funktions tüchtige Regelungsanlage. Zur Aufrechterhaltung eines Mindest volumen-stroms an Heizwasser dienen sogenannte Beimisch- oder Kesselkreispumpen, die im Kesselkreis ange-ordnet sind.Kesselkreise können ohne (Abb. 2.1010) oder mit (Abb. 2.1012) nachgeschalteter Bypass strecke aus-geführt werden. Der Vorteil beider Schaltungen liegt allgemein darin, dass immer ein Mindest volumen-strom durch den Heizkessel fließt. Hierbei ist die Pumpe auf einen definierten Mindestvolumenstrom je nach Kesselart und Leistung auszulegen. Gleich-zeitig bewirkt die laufende Kessel kreispumpe eine Rück lauf temperaturanhebung.Die aufwendigere Lösung mit Mischventil (Abb. 2.1012) ist immer dann zu empfehlen, wenn re gelungs seitig vom Heiz kessel kein Eingriff auf die Ver braucher kreise vorgenommen werden kann. Dies ist der Fall, wenn keine Verknüpfung der Re-gelungssysteme möglich ist oder wenn bauseits die Verbraucherkreise bereits mit Regelungssystemen ausgerüstet wurden oder werden. Besser ist es, wenn ein verknüpftes Regelungssystem sowohl für Heizkessel als auch für die Verbraucherkreise ver-wendet wird. Erstens entfällt das kostenintensive Mischventil (STR in Abb. 2.1012), und zweitens sind die Funktionen der gesamten Regelungsanlage über das gemeinsame Regelsystem optimal aufeinander abgestimmt. Die gezielte Rück lauf-temperaturregelung wird in diesem Fall durch Zufahren einzelner dezentraler Mischventile

Abb. 2.1009: Druckverlauf im Heizsystem

167

Abb. 2.1010: Hydraulische Schaltung einer Einkesselanlage mit Rücklauftemperaturregelung, ohne Mischer, Darstellung des Kesselkreises (siehe auch VDI 2073)

Abb. 2.1011: Typische Schaltung einer Brennwertkesselanlage. Auf Einbauten zur Rücklauf temperatur-anhebung sollte verzichtet werden. Ausnahmen sind ggf. Wandheizkessel mit integrierter Umwälz pumpe. Hier muss je nach Umständen eine hydraulische Weiche eingebaut werden.

KV Kesselvorlauf KP Kesselkreispumpe KF Kesselwasser-TemperaturfühlerKR Kesselrücklauf LP Speicherladepumpe BF TrinkwasserfühlerHV Heizungsvorlauf UP Heizkreisumwälzpumpe VF Heizkreis-VorlauffühlerKR Heizungsrücklauf ST Stellglied-Heizkreis

168

Abb. 2.1013: Kesselfolgeschaltung mit hydraulischer Ausgleichsleitung (hydraulische Weiche) und getrennter Rücklauftemperaturanhebung mit Stellglied (siehe auch VDI 2073)

Abb. 2.1012: Hydraulische Schaltung einer Einkesselanlage mit Rücklauftemperatur regelung und Stellglied der Rücklauftemperaturregelung (Mischer) (siehe auch VDI 2073)

HV HeizungsvorlaufHR Heizungsrücklauf KRF Kesselrücklauf- STR Stellglied der Rücklauf-KP Kesselkreispumpe Temperaturfühler Temperaturregelung

169

bewirkt. Eine empfehlenswerte Schal tung für Mehrkesselanlagen ist in Abb. 2.1013 dargestellt. Die Rücklaufanhebung erfolgt für jeden Heizkessel durch das Stellglied STR 1; Heizkreise und Verbraucher kreise sind durch die hydraulische Ausgleichsleitung bzw. hydraulische Weiche vonein-ander hydraulisch getrennt.Gerade wenn mehrere Erzeuger- und Verbraucherkreise mit unterschiedlichen Temperaturniveaus hydraulisch verschaltet werden sollen, bietet sich der Einsatz spe-zieller Mehrtemperaturzonenweichen oder Hydraulikzentren an (Abb. 2.1014). Hierbei lassen sich unter anderem Restwärmemengen aus

Rückläufen eines Hochtemperaturkreises einbinden, um so den Vorlauf eines Niedertemperaturkreises zu nutzen. Eine spezielle Konstruktion im Inneren dieser Mehrtemperaturzonenweichen und Hydraulikzentren gewährleistet die sichere Funktion in der Praxis.Es empfiehlt sich, im Kesselkreis mit höherem Wasser strom, z. B. mit DqK = 15 K, zu fahren als im Gesamt bereich der Heiz kreise (DqH = 20 K). Werden Brenn wert kessel anlagen mit einer hydrau-lischen Weiche ausgeführt, muss im Kessel kreis weniger Wasser strömen als in den Heizkreisen, um Rück lauf temperatur anhebungen zu vermei-den (Abb. 2.1011).

Abb. 2.1014: Multivalente Hydrauliklösungen (Werkbild Sinusverteiler)

MultiFlow Center Hydraulische Weiche, Verteiler und Pufferspeicher

MultiFlow Expert Mehrtemperaturzonenweiche

170

2.10.4 SicherheitseinrichtungenFür eine sicherheitstechnische Mindestausrüstung werden Heizungs anlagen nach der zulässigen Vor lauf temperatur und der Wärme leistung des Wärme erzeugers bzw. der Wärme erzeuger anlage und deren Bauart eingeteilt. Die zulässige Vor lauf-temperatur ist die höchste Temperatur, mit der der Wärme erzeuger betrieben werden darf bzw. wird. Diese Temperatur ist in Anlagen mit thermosta-

tischer Absicherung (Temperatur begrenzung) der fest eingestellte Ausschalt punkt des Sicher heits-temperatur begrenzers (STB). Für die Gestaltung der sicher heits technischen Ausrüstung ist im Wesentlichen die DIN EN 12828 (2014-07) maßgeb-lich. Einen Überblick über die zurzeit zu installieren-den Sicher heits einrichtungen bei Anlagen mit direkt beheizten Wärmeerzeugern gibt Abb. 2.1015.

Abb. 2.1015: Notwendige Sicherheitseinrichtungen in Anlagen mit öl- und gasbefeuerten Wärmeerzeugern (WE)

Messgröße Einrichtung Geschlossene Anlagen nach Art Einbauort DIN 4751 T, 2 ≤ 120 °C

Betriebsdruck Manometer WE ja Sicherheitsventil WE, Vorlauf ja Entspannungstopf Sicherheitsventil ja > 350 kW 1)

Druckbegrenzer, max. WE, Vorlauf ja > 350 kW 2)

Druckbegrenzer, min. Ausdehnungsleitung ja > 100 °C Fremddruckhaltung Ausdehnungsleitung ja inkl. Ausdehnungs- gefäß

Wasserstand Wassermangel- WE, Vorlauf ja > 350 kW 3)

sicherung

Vorlauf- Kesselthermometer WE jatemperatur Temperaturregler WE ja Sicherheitstempe- WE nein 4)

raturwächter Sicherheitstempe- WE ja raturbegrenzer

1) Auf einen Entspannungstopf kann auch über 350 kW verzichtet werden, wenn die Anlage ≤ 100 °C abgesichert ist und ein zusätzlicher Sicherheitstemperaturbegrenzer sowie ein zusätzlicher Maximal-druckbegrenzer installiert sind.

2) Druckbegrenzer ist auch erforderlich bei einer Druckabsicherung über 3 bar.3) Unter 350 kW kann auch auf andere Weise (z. B. Mindestdruckbegrenzer, Strömungswächter)

sichergestellt werden, dass eine unzulässige Erwärmung bei Wassermangel nicht auftreten kann, inkl. durch Typprüfung bestätigte Maßnahmen.

4) Nur indirekt beheizte Wärmeerzeuger benötigen unter Umständen einen STW.

171

2.10.5 DruckhaltesystemeDruckhaltesysteme sind Sicherheitseinrichtungen für den Wärme erzeuger und das nachgeschaltete Rohr leitungs- bzw. Verbrauchersystem, die in Ab-hängigkeit von der System hydraulik, den Tem pe ra-tur verhältnissen und der Wärme erzeuger leistung dimensioniert werden. Die Aufgabe von Druck halte-systemen in Heizungs anlagen ist die Ver meidung von zu geringem oder zu hohem System druck mit dem Ziel, Verdampfung des Wärme träger-mediums, Kavitation in Pumpen und Armaturen, Unter druck bildung und Lufteintrag zu verhindern, Wasser verluste rechtzeitig auszugleichen und/oder zu registrieren. Ausstattung und Dimensionierung

regeln ebenso die DIN EN 12828 und die in Kürze erscheinende VDI 4708 T 1. Orientierung über das zu berücksichtigende Anlagenvolumen, welches ja für die Auslegung relevant ist, bietet Abb. 2.1016. Druck halte systeme werden unterteilt in statisch arbeitende Membran-Druck ausdehnungs gefäße (MAG) mit festem Gaspolster (Abb. 2.1019) und dynamisch arbeitende Druck halte stationen, die entweder kompressorgesteuert (Abb. 2.1020) oder pumpen gesteuert (Abb. 2.1021) arbeiten. Abb. 2.1018 und Abb. 2.1022 zeigen die Arbeitsweise eines Membran-Druck ausdehnungsgefäßes (MAG).

Abb. 2.1017: Prozentuale Wasserausdehnung bezogen auf 10 °C

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 °C

n 0,40 0,75 1,17 1,67 2,24 2,86 3,55 4,31 5,11 5,99 %

Abb. 2.1016: Spezifischer Wasserinhalt vA von Heizungsanlagen in l/kW unter Berücksichtigung von Wärmeerzeuger, Verteilung, Heizflächen

tv/tr in °C Radiatoren Platten Konvektoren Lüftung Fußbodenheizung

Guss- Röhren- radiatoren und Stahl- radiatoren

60/40 27,4 36,2 14,6 9,1 9,0 VA = 20 l/kW

70/50 20,1 26,1 11,4 7,4 8,5 bzw. bei FBH mit anderen 70/55 19,6 25,2 11,6 7,9 10,1 Heizflächenarten

80/60 16,0 20,5 9,6 6,5 8,2 VA = 20 l/kW · n/nFB

90/70 13,5 17,0 8,5 6,0 8,0

105/70 11,2 14,2 6,9 4,7 5,7

110/70 10,6 13,5 6,6 4,5 5,4

100/60 12,4 15,9 7,4 4,9 5,5

172

Abb. 2.1018: Prinzipbild eines Membran-Ausdehnungsgefäßes mit den Arbeitsweisen in erkaltetem und erwärmtem Zustand des Anlagenwassers. A: Ruhezustand; B: Betriebs-zustand; C: Endzustand

Vn Nennvolumen in l

Vn = (Ve + Vv) pe + 1

pe – po

Ve Ausdehnungsvolumen in lVv Wasservorlage in l

≥ VA · 0,5/100 bzw. mind. 3 l pe Enddruck der Anlage in bar = psv – dpA in barpsv Ansprechdruck des Sicherheitsventils in bardpA Arbeitsdruckdifferenz in bar

(0,5 bar bei psv ≤ 5 bar)po Mindestbetriebsdruck/Vordruck in barpa Anfangsdruck (Fülldruck bei kaltem System,

z. B. 10 °C) in barVA Gesamtwasserinhalt der Anlage in l

(Abb. 2.10016)n prozentuale Wasserausdehnung bezogen auf

eine minimale Systemtemperatur von 10 °C ( siehe auch Tabelle 2.10017).

po ≥ = pstG + pD + 0,2 bar

pstG statischer Druck am Stutzen des Ausdehnungsgefäßes

hst statische Höhe der AnlagehstG Höhendifferenz zwischen dem Anschluss-

stutzen des Membran-Druck ausdehnungs-gefäßes und dem höchsten Punkt der Zentral-heizungs anlage mit tiefliegender Zentrale

pD = 0 bei Anlagen mit Vorlauftemperaturen bis 100 °C

= 0,5 bei Anlagen mit Vorlauf-temperaturen über 100 bis 110 °C

= 1,0 bei Anlagen mit Vorlauf-temperaturen über 110 bis 120 °C

pSV ≥ p0 + 1,5 bar (Empfehlung für eine wirtschaft-liche Größenordnung des MAG)

Das Nennvolumen des real eingesetzten Gefäßes muss mindestens dem errechneten Nennvolumen entsprechen. Mehrere Einzelgefäße können zum ge samten erforderlichen Gefäßvolumen zusammen-gefasst werden. Der Einbindepunkt mehrerer Ge fäße ist zusammenhängend vorzunehmen. Der Notwendigkeit, dass ein Druck halte system

Abb. 2.1019: Membran-Druckausdehnungsgefäß in Diskusform (Werkbild IMI Pneumatex/IMI Hydronic Engineering)

IMI Pneumatex Statico SD

A

B

C

Gefäß im

Ruhezustand

Gefäß im

Betriebszustand

Gefäß im

Enddruckzustand

173

Abb. 2.1020: Automatische Pumpen- bzw. Kompressordruckhaltung und Vakuum-Sprührohrentgasung mit Nachspeisung (Werkbild Reflex Winkelmann)

Variomat + Reflexomat + Servitec

174

Bild 2.1021: Pumpengesteuerte Druckhaltestation mit Nachspeisung mit 1 oder 2 Pumpen (Werkbild IMI Pneumatex/IMI Hydronic Engineering)

IMI Pneumatex Transfero TV Connect

175

elementare Funktionen des hydraulischen Systems aufrecht erhalten muss, liegt der Gedanke für wei-tere Funktionalitäten nicht fern. Optional ist die automatische Zuführung und Enthärtung von Füll- und Ergänzungs wasser sowie dessen Ent gasung mit modernen Zusatz komponenten oder Komplett-lösungen problemlos zu realisieren. So wird die Druckhaltung zur Servicestation, vor allem wenn kompetentes Bedienpersonal in der Heiz zentrale fehlt.

2.10.6 SicherheitsventileGegen ein Überschreiten des zulässigen Betriebs-druckes muss jeder Wärme erzeuger mit einem Sicher heits ventil (Abb. 2.1023) ausgerüstet sein. Maximal dürfen drei Sicher heits ventile pro Wärme-erzeuger verwendet werden.

Sie sind am höchsten Punkt des Wärmeerzeugers oder in seiner unmittelbaren Nähe an der Vorlauf-leitung anzubringen.Jedes Sicherheitsventil muss senkrecht eingebaut sein, eine eigene steigend verlaufende Zuleitung mit max. 1 m Länge und eine eigene Aus blase-leitung haben. Abweichend hiervon darf das Sicher heits ventil in einer anderen Lage eingebaut werden, wenn seine Bau teil prüfung dies zulässt. Die Leitungen zum und vom Sicher heits ventil dürfen nicht absperrbar sein und keine Schmutz fänger, Form stücke und dergleichen enthalten, die zur Verengung des lichten Quer schnittes führen kön-nen. Rohr bögen sind, in der Mittellinie des Rohres gemessen, mit einem Radius von mindestens dem 1,5-fachen Rohr innen durch messer auszufüh-ren. Die Ab blase leitung muss so geführt sein, dass

Abb. 2.1022: Membran-Druckausdehnungsgefäß für Trinkwassererwärmungsanlagen (Werkbild Reflex Winkelmann)

Refix DD mit Flowjet

176

sie nicht einfrieren und sich in ihr kein Wasser an-sammeln kann, und muss mit Gefälle verlegt sein. Die Mündung der Ab blase leitung muss so angeord-net sein, dass aus dem Sicher heits ventil ausströ-mender Dampf und austretendes Heizungs wasser gefahrlos und beobachtbar abgeleitet werden kön-nen. Die Aus blase leitung muss mindestens in der Größe des Sicher heits ventil-Aus tritt querschnittes ausgeführt sein. In Abb. 2.1024 und 2.1025 sind die Nennweiten mit Abmessungen von Zu- und Ab-blase leitungen dargestellt.Nach DIN EN 12828 ist bei direkt beheizten Wärme-erzeugern mit einer Nennwärmeleistung von mehr als 300 kW in unmittelbarer Nähe jedes Sicher-heits ventils ein Ent spannungs topf anzuordnen.

Die Mündung der Dampf-Abblaseleitung des Ent-spannungstopfes muss gefahrlos ins Freie führen. Ist dies zum Beispiel aus baulichen Gründen nicht möglich oder mit zu hohem Aufwand verbunden, kann auf den Einbau eines Entspannungstopfes dann verzichtet werden, wenn je Wärmeerzeuger ein weiterer Sicherheitstemperaturbegrenzer und ein weiterer Maximaldruckbegrenzer eingebaut werden. Das heißt, ein direkt beheizter Wärmeerzeuger über 300 kW, der sowieso mit einem Sicher heits-temperatur begrenzer und mit einem Maximal-druck begrenzer ausgerüstet ist, muss bei Entfall des Entspannungstopfes dann mit zwei in Reihe geschalteten Sicherheitstemperaturbegrenzern und zwei Maximaldruckbegrenzern bestückt sein.

1 Heizkessel

2 Sicherheits-Wärmetauscher

3 Absperrventil Vorlauf/Rücklauf

4 Verbrennungsluftregler als Kessel-Temperaturregler TR

5 Thermische Ablaufsicherung als Sicherheitstemperaturbegrenzer STB

6 Temperaturmesseinrichtung

7 Membransicherheitsventil MSV 2,5 bar/3 bar

8 Ausblaseleitung

9 Druckmessgerät

10 Wassermangelsicherung WMS

11 Anschluss Nachspeisen

12 Entleerungsventil

13 Ausdehnungsleitung

14 Absperrarmatur, gesichert gegen un-beabsichtigtes Schließen (z. B. durch verplombtes Kappenventil)

15 Entleerung vor MAG

16 Membran-Ausdehnungsgefäß MAG

17 Kaltwasser-Zulaufleitung (Zulaufdruck min. 2,0 bar)

18 Nebenlufteinrichtung

19 SchornsteinRK Kesselrücklauf

VK Kesselvorlauf

Abb. 2.1023: Sicherheitstechnische Ausrüstung für Festbrennstoffkessel < 100 kW und mit Sicherheitstemperaturbegrenzer (STB) ≤ 110 °C

177

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179

2.11 Aufbereitung von Füll- und Ergänzungswasser

Aufgrund von Betriebsstörungen durch Stein bildung ist die Aufbereitung des Füll- und Ergänzungs-wassers in Heizungsanlagen bereits seit vielen Jahren ein sehr wichtiges Thema zum wirtschaft-lichen und sicheren Betrieb von Wärme erzeugern. Denn unabhängig ob Brenn- oder Heiz wert gerät muss an den Heiz flächen, insbesondere von Wand-geräten, eine enorme Wärme abfuhr an relativ kleinen Flächen gewährleistet werden. Wird diese Abfuhr, etwa durch Ablagerung von Kalk, verhindert, kann dies in Ausnahmefällen sogar zu einem Ausfall der Geräte führen. Mindestens wird jedoch bei entsprechender „Kessel stein bildung“ der Wärme übergang an das Heiz wasser erschwert und führt daher zu höheren Energie verlusten im Betrieb der Anlage (ca. 10 % pro mm Kalkschicht).Konstruktiv sind die kompakten Wärmeerzeuger also durchaus geeignet und sinnvoll einsetzbar, aber eben empfindlich bezüglich einer Störung mit „har-tem Wasser“. Die Anfälligkeit für diese Ablagerungen können auf einige wenige Zu sam men hänge redu-ziert dargestellt werden.

VDI-Richtlinie 2035 beachten

Ist im Füll wasser der Heizungs anlage die Summe der Erd alkalien besonders hoch, so spricht man von hartem Wasser. Dieser Gehalt wird umgangssprachlich in Grad deutscher Härte (°dH) ausgedrückt (Umrechnung Abb. 21101). Härten bis 8,4 °dH gelten als geringe, solche bis 14 °dH als mittlere und darüber als hohe Härte grade. Hier setzt die VDI-Richt linie 2035 „Ver-mei dung von Schäden in Warm wasser-Heizungs-anlagen“ an: Abhängig von der Leistung des Wär me erzeugers und dem Anlagen volumen an Hei-zungs wasser müssen bestimmte Vorgaben einge-

Abb. 2.1101: Umrechnung von Grad deutscher Härte und mol/m3

Einheit °dH mol/m3

Deutsche Grad 1 °dH = 1 0,1783

mol/m3 1 mol/m3 = 5,6 1

1) Bei Anlagen mit Umlaufwasserheizern und für Systeme mit elektrischen Heizelementen 2) vom spezifischen Anlagenvolumen (Liter Nenninhalt/Heizleistung; bei Mehrkesselanlagen ist die kleinste

Einzel-Heizleistung einzusetzen). Die Tabellen-Angaben gelten nur bis zum dreifachen Anlagenvolumen für Füll- und Ergänzungswasser. Wird dieses überschritten, ist das Wasser, genau wie bei Überschreitung der in der Tabelle genannten Grenzwerte, gemäß VDI-Vorgaben zu behandeln (Enthärten, Entsalzen, Härtestabilisierung oder Abschlammung).

Abb. 2.1102: Grenzwerte des Heizungswassers (Tabelle 1 der VDI 2035, Blatt 1)

Gesamt heiz-leistung

Gesamthärte bei 20 l/kW kleinster Kessel heiz fläche2)

Gesamthärte bei > 20 l/kW < 50 l/kW kleinster Kessel heiz fläche2)

Gesamthärte bei > 50 l/kW kleinster Kessel heiz fläche2)

kW °dH mol/m3 °dH mol/m3 °dH mol/m3

< 50 keine Anforderung oder 11,2 2 0,11 0,02

< 16,81) < 31)

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> 200 < 600 8,4 1,5 0,11 0,02 0,11 0,02

> 600 0,11 0,02 0,11 0,02 0,11 0,02

180

Abb. 2.1104: Näherungsweise Bestimmung des Anlagenvolumens

tv/tR Radiatoren Platten Konvek- Lüftung Fußboden-°C toren heizung Guss- Röhren- und radiatoren Stahl- radiatoren

60/40 27,4 36,2 14,6 9,1 9,0 VA**= 20 l/kW 70/50 20,1 26,1 11,4 7,4 8,5 70/55 19,6 25,2 11,6 7,9 10,1 VA** = 20 l/kW

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halten werden. Werden z. B. bestimmte Grenz werte überschritten, muss das Füll- und Ergänzungs-wasser enthärtet werden. Bei Über schreitung von Grenz werten führt dies zu der Vorgabe, das Füll- und Er gänzungs wasser zu enthärten (Abb. 2.1102).Eine Wasseraufbereitung (Abb. 2.1103) ist laut VDI 2035, Blatt 1 durchzuführen, wenn:�� die gesamte Füll- und Ergänzungswassermenge

während der Nut zungs dauer der Anlage das Dreifache des Nenn volumens der Heizungs-anlage über schreitet

oder�� das spezifische Heizwasservolumen mehr

als 20 l/kW Nennwärmeleistung beträgt. Bei Mehr kessel anlagen ist für diese Anforderungen die jeweils kleinste Einzel-Nennwärmeleistung einzusetzen

oder�� wenn die in Abb. 2.1102 genannten Richtwerte

nicht eingehalten werden.Das Anlagenvolumen einer Heizungsanlage kann näherungsweise tabellarisch ermittelt werden

Abb. 2.1103: Sortiment Heizungswasseraufbereitung (Werkbild CONEL)

CARE SENTINEL Heizungsprodukte X100/X400/X500/X700/X800

181

(Abb. 2.1104). Dies ist ohnehin zur wirtschaftlichen Dimensionierung von Druckhaltesystemen (z. B. Membran-Ausdehnungsgefäßen) notwendig. Angesichts der VDI 2035 ist eine Nachrechnung je-doch empfehlenswert.Sind zusätzlich zum eigentlichen Wärmeerzeuger noch Heizwasserpufferspeicher installiert, so wird sich das Anlagenvolumen erheblich vergrößern. Dies ist insbesondere auch bei den Fest brenn stoff-kesseln zu bedenken. Enthärtung des Füll- und Ergänzungs wassers ist also die erste Wahl bei kritischen Anlagen größen bzw. kompakten Wärme-erzeugern in Versorgungs gebieten mit hartem Wasser.

Praxistipps zur Heizwasseraufbereitung

�� Die Enthärtung kann wirtschaftlich durch sogenannte Ionen tauscher realisiert werden (Abb. 2.1105). Das Funktions prinzip und die Handhabung sind absolut praxistauglich. Das Füll- und Ergänzungswasser wird hierbei über ein regenerierbares Granulat geleitet, wo die Härte entsprechend abgebaut wird.�� Auch Inhibitoren, also Zusätze zum Heizungs-

wasser, sind einsetzbar und können eben-falls eine akzeptable Lösung darstellen. Die Verträglichkeit mit den damit in Berührung stehenden Komponenten der Heizungs anlage sowie die sich verändernde Viskosität sind ggf. zu beachten. �� Baulich kann durch entsprechende Einteilung

von Versorgungs zonen mit einzelnen Absperrungen der Fall von kompletter

Entleerung und anschließendem kompletten Füllen mit Ergänzungs wasser eingeschränkt werden. Dies trägt ebenso zu einer zufrieden-stellenden Lösung für die am Bau und Betrieb einer Heizungsanlage Beteiligten bei. �� Generell sind zudem noch die Angaben der Her-

steller zum pH-Wert des Anlagenwassers zu beachten. Für die in Heizungsanlagen üblicher-weise eingesetzten Metalle wird in der VDI 2035 ein pH-Werte-Bereich von 8,2 bis 10 angegeben. Bei Aluminium-Werkstoffen gilt ein pH-Wer-te-Bereich von 8,2 bis 9. �� Es empfiehlt sich trotz aller aktiven und pas-

siven Maßnahmen das Führen eines Betriebs- bzw. Anlagen-Buches, um über den Betriebs-zeitraum der Heizungs anlage entsprechende Füll mengen nachweisen zu können. Dies ist auch im Sinne von etwaigen Gewähr leistungs-ansprüchen ratsam.

Heizungswassertausch ohne Systementleerung

Der Heizungswasseraustausch in größeren Liegen schaften und (Miet-)Wohngebäuden ist normalerweise sehr aufwendig, auch weil die ein-zelnen Wohnungen, insbesondere zum Entlüften, zugänglich sein müssen. Ein speziell für den SHK-Fachhandwerker entwickeltes Set ermöglicht einen schnellen und unkomplizierten Wasser austausch während des Betriebes von bestehenden Heizungs-kreisläufen bei stetiger Selbst überwachung. Hierbei entfällt die teure und zeitraubende Entleerung, Neubefüllung und Entlüftung der kompletten Heizungsanlage.

Abb. 2.1105: Funktionsprinzip eines Ionentauschers zur Enthärtung von Wasser

Abb. 2.1106: Set zum Wasseraustausch während des Betriebes von bestehenden Heizungskreisläufen (Werkbild: Brötje)

Set AguaSave KWS

182

Abb. 2.1107: Fertig konfektionierte Einheit zur Aufbereitung und Behandlung des Füll- bzw. Ergänzungswassers (Werkbild Brötje)

AguaSave Modul

Und so funktioniert die Anwendung des Sets AguaSave KWS von Brötje (Abb. 2.1106): Über ein mobiles oder fest installiertes AguaSave Modul (Abb. 2.1107) erfolgt im Heizungs rücklauf das Ablassen einer definierten und druck überwachten Menge des nicht VDI-konformen Bestands wassers. Nahezu gleichzeitig wird ein teilentsalztes Wasser qualitäts- und druck gesteuert nachgespeist. Eine permanente Über wachung der Auf bereitungs-kapazität, des Produkt bestands (Vollschutzmittel) und der Füll wasser qualität sichert den Austausch-vorgang ohne Komfort verluste für die Nutzer bzw. Bewohner der Liegen schaften.Das Set AguaSave KWS (Abb. 2.1106) besteht aus einem einstellbaren mechanischen Über strömventil,

einem elektrischen Stellantrieb, einem Anschluss-kabel mit Spezialstecker, je einem Ein- und Ausgangs anschluss und einer Anschluss box mit variabler Kabel verlängerung bis 10 m.Für die Aufbereitung und Behandlung des Füll- bzw. Ergänzungs wassers lässt sich das Wandgerät AguaSave (Abb. 2.1107) in die Rohwasserleitung ein-binden. Das dort produzierte vollentsalzte Wasser wird mit Rohwasser gemischt und anschließend mit der entsprechenden Menge des Vollschutzprodukts versetzt. Damit lässt sich der pH-Wert bzw. die Leit fähigkeit in einen akzeptablen Bereich bringen und die Bildung von Bio filmen verhindern. Die fertig konfektionierte Komponente lässt sich über Wasserqualität, Menge und/oder Zeit steuern.

183

2.12 Raumheizflächen

Heizflächen (Raumheizflächen) haben die Aufgabe, die vom Wärmeträger (Heizmedium) gelieferte Wärme in den zu erwärmenden Raum zu übertra-gen. Dadurch ist ein Raum in kalten Jahreszeiten so zu erwärmen, dass sich darin aufhaltende Menschen behaglich fühlen.

2.12.1 RaumheizkörperAls Raumheizkörper werden die Raumheizflächen be zeichnet, die frei im Raum, dessen Wärmebedarf zu decken ist, angeordnet sind. In den letzten Jahren gab es hier viele Neu- und Weiterentwicklungen: Zum einen unter energetischen und technischen As pekten vor dem Hintergrund möglichst niedriger System temperaturen, z. B. in Verbindung mit Brenn wert geräten. Zum anderen ist – neben den Standard-Heizflächen (Kompakt heiz körpern, Röh-ren- und Glieder radiatoren) – eine Vielzahl von Design-Modellen verfügbar, die sich harmonisch oder ak zentuiert in unterschiedlich gestaltete Wohn um ge bungen einfügen.Neben den an einer Wand befestigten Modellen gibt es Raum heiz flächen, die in eine der Umfassungs-flächen des zu beheizenden Raumes integriert

sind, meist zum Beispiel in den Fußboden (siehe Kapitel 2.12.2).

Bauarten und Auswahlkriterien

Zunächst werden Raumheizkörper nach ihren Eigen-schaften für die Wärme über tragung beurteilt. Es ist daher naheliegend, hieraus die wesentlichen Unter-scheidungsmerkmale für die Einteilung der Raum-heiz körper abzuleiten. Der Wärme übergang auf der Luftseite durch Kon-vektion und Strahlung ist maßgebend. Während die durch Strahlung übertragene Wärme leistung ein heitlich für alle Bauformen von der Größe (und der Temperatur) der Hüll fläche abhängt, hat die Bauform auf die Kon vektion einen starken Einfluss. Wie in Abb. 2.1201 dargestellt gibt es hier verschie-dene Luft strömungs formen.Bei der Auswahl von Raum heiz körpern sind folgen-de Kriterien zu beachten: �� Aussehen (Design)�� Zusatzfunktionen (Anbringen von Accessoires,

Elektro-Heizeinsatz etc.)�� Reinigungsmöglichkeit�� Korrosionsbeständigkeit

Abb. 2.1201 Luftströmungsform bei verschiedenen Raumheizkörperarten

a) Strömung durch die Glieder, großflächige Anströmung

(Stahlradiator, Gussradiator, Röhrenradiator, Rohrregister, Jalousie heiz körper)

b) Strömung im seitlich offenen Schacht zwischen Heizkörper und Rückwand, freie

Kon vektion an der Frontfläche (Platten heizkörper)

c) Auftriebsströmung im Schacht, Zuströ mung über dem Boden (Konvektoren)

d) Kombination der Strömung von a und b (Platten heizkörper mit Konvektions flächen)

e) Konvektoren oder Plattenheizkörper mit Ventilator

184

�� Wärmeleistung (bezogen auf die Ansichtsfläche oder das Bauvolumen)�� Gewicht�� Wasserinhalt�� Montagemöglichkeit�� Druckfestigkeit �� ggf. vermeidbare Verletzungsgefahr für Kinder�� Investitionskosten

Anordnung im Raum

Zum Ausgleich des Abstrahlungsüberschusses vor dem Fenster und der Außenwand und zum Ab-fangen des Kaltl uft abfalls sollten Raum heiz körper in diesem Bereich angeordnet werden. Ihre Länge sollte mindestens der Breite des Fensters ent-sprechen.Bei der Montage von Heizkörpern vor bodentiefen Fenstern kann über einen zusätzlichen Strahlungs-schirm nachgedacht werden. Denn auch gemäß der EnEV stellt der Einsatz von Strahlungsschirmen

zwischen Fensterfläche und Heizkörper eine sinn-volle Maßnahme zur Verhinderung von Abstrahlung dar. Vorgeschrieben ist der Strahlungsschirm jedoch nicht mehr. Bei hochwärmegedämmten Gebäuden können die Heizflächen alternativ auch an Innen-wänden angeordnet werden. Ebenfalls für große Fensterflächen und verglaste Türen geeignet sind Unterflurkonvektoren (Abb. 2.1202).Die Wärmeabgabe von Raumheizkörpern wird in ei-nem genormten Versuch nach DIN EN 442-2 ermit-telt. Dabei wird die Wärmeleistung des Heizkörpers in Abhängigkeit von seiner Übertemperatur in einer festgelegten Umgebung gemessen. Die Normwärmeleistung eines Heizkörpers ist der Wärmestrom, den er unter folgenden Bedingungen erzielt: �� Heizmittel-Vorlauftemperatur: qVn = 75 °C�� Heizmittel-Rücklauftemperatur: qRn = 65 °C�� Raumlufttemperatur: qLn = 20 °C

Abb. 2.1202: Unterflurkonvektoren (Werkbild Arbonia)

Ascotherm KRN/KC

185

Mit diesen Angaben erhält man die mittlere Normübertemperatur Dqn = 49,83 K, wobei gilt:

qVn – qRn

ln qVn – qLn

qRn – qLn

Dqn = ( )Jede von der Norm (75/65/20) abweichende Vor- bzw. Rücklauftemperatur kann nach folgender Beziehung für die sich ergebende Leistung berück-sichtigt werden:

qV – qR n

ln

qV – qL

qR – qL

49,83

Q· = Q· n ·( )Der Exponent „n“ (Hochzahl hinter Klammer) ist abhängig vom gewählten Heizkörpertyp. Häufig wird vereinfachend ein Exponent von 1,3 für Flach-heizkörper angenommen.

Bitte beachten: Die Normbedingungen

für Heizkörper sind nicht als Auslegungs-

empfehlungen anzusehen. Vielmehr sind andere

Temperaturen (70/55/20 oder 55/45/20) üb-

lich, jeweils abhängig von der Eigenschaft des

Wärmeerzeugers.

Abb. 2.1203 als tabellarisch erfasste Berechnung von anteiligen Heizleistungen zeigt die für einen Exponenten von 1,3 ermittelten Umrechnungen von Heiz körper leistungen für unterschiedliche Vor- und Rück lauf temperaturen bei einer Raum luft-temperatur von 24, 20 und 15 °C.Drei Ablesebeispiele sollen den Zusammenhang zwischen Vor- und Rücklauftemperaturen kurz ver-deutlichen.

Ablesebeispiel I:

Ein Heizkörper wird bei 75 °C Vorlauf- und 65 °C Rücklauftemperatur in einem Raum mit Raumluft von 20 °C betrieben:Ablesung:in Spalte qV = 75 und darin qL = 20in Zeile qR = 65Ergebnis:Faktor: 1,00 (Normauslegung)In den beiden folgenden Ablesebeispielen soll un-terstellt werden, der beschriebene Heizkörper des Ablesebeispiels I habe unter den genannten Norm-bedingungen (75/65/20) eine Leistung von 1.000 W.

Ablesebeispiel II:

Ein Heizkörper wird bei 55 °C Vorlauf- und 45 °C Rücklauftemperatur in einem Raum mit Raumluft von 20 °C betrieben:Ablesung:in Spalte qV = 55 und darin qL = 20in Zeile qR = 45Ergebnis:Faktor: 1,96Bezogen auf den Heizkörper des Ablesebeispiels I mit 1.000 W Leistung würde derselbe Heizkörper unter den Bedingungen 55/45/20 nur noch eine Leistung von 1.000 W/1,96 also rund 510 W er-bringen.

Ablesebeispiel III:

Ein Heizkörper wird bei 90 °C Vorlauf- und 70 °C Rücklauftemperatur in einem Raum mit Raumluft von 20 °C betrieben:Ablesung:in Spalte qV = 90 und darin qL = 20in Zeile qR = 70Ergebnis:Faktor: 0,80Bezogen auf den Heizkörper des Ablesebeispiels I mit 1.000 W Leistung würde derselbe Heizkörper unter den Bedingungen 90/70/20 immerhin eine Leistung von 1.000 W/0,80, also rund 1.250 W er-bringen.Übliche Auslegungstemperaturen sind für konven-tionelle Anlagen (NT-Kessel o. Ä.) häufig 70 °C im Vorlauf und 55 °C im Rücklauf. Bei gewünschter Brennwertnutzung des Wärme-er zeugers werden auch Auslegungstemperaturen von 55/45/20 angenommen. Dabei wird dann ak-zeptiert, dass bei sehr niedrigen Außen tempe ra-turen der Brennwert der Anlage nicht zum Tragen kommt.Als weiterer Faktor für die Abhängigkeit eines Heizkörpers von den thermischen und hydraulischen Gegebenheiten ist der Massenstrom zu nennen.Eine einfache Beziehung beschreibt treffend alle Zusammenhänge zwischen einer funktionstüchti-gen und mangelhaften Anlage:

Q· = m· · c · Dq

wobeiQ· die Leistung,m· den Massenstrom,

186

c die spezifische Wärmekapazität von Wasser (1,163 Wh/kg · K),

Dq die Temperaturdifferenzbezeichnen.

Beispiel I (Auslegungsmassenstrom):

Ein Heizkörper mit 1.000 W Leistung bei einer Temperatur von Vorlauf/Rücklauf von 70/55°C soll mit einer ausreichenden Menge an Heizwasser ver-sorgt werden.

m· = Q· c · Dq

daraus folgt

m· = 1.000 W = 57 kg 1,163 Wh/(kg · K) · 15 K h

Der Heizkörper müsste also einen Massenstrom von rund 57 kg/h erhalten, um die geforderte Leistung abgeben zu können. Fließt das Wasser wesentlich langsamer als geplant durch den Heizkörper, wird es sich stärker abkühlen. In der Folge wäre die mittlere Temperatur des Heiz-körpers niedriger und damit die Wärmeabgabe an den Raum geringer.

Beispiel II (geringerer Massenstrom):

Das Wasser kühlt sich innerhalb des Heizkörpers statt der geplanten 70/55/20 auf eine niedrigere Rück lauftemperatur ab, im folgenden Beispiel 70/40/20:Die Leistung würde sich von ehemals 1.000 W auf 1.000 W x 1,25/1,73 (Abb. 2.1203) verringern.Der gleiche Heizkörper würde sich noch mit 722 W Leistung betreiben lassen.Würde der Massenstrom erhöht, wäre die Ab küh lung im Heizkörper geringer und die mittlere Temperatur gegenüber der Ausgangssituation angehoben.

Abb. 2.1204: Anschlussarten von Raumheizkörpern

Abb. 2.1203: Tabellarisch erfasste Berechnung von anteiligen Heizleistungen

187

Abb. 2.1205: Prozentuale Leistungsminderung unterschiedlicher Heizkörper beim Nischeneinbau in Abhängigkeit des Abstandes Heizkörperoberkante zur oberen Nischenbegrenzung. Sogenannte Fertigheizkörper sind dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatten vollständig mit Abdeckgitter und Seitenverkleidungen, ggf. auch mit integrierter Ventilgarnitur ausgeliefert werden.

Abstand Nische zu Heizkörper in mm

1 Röhrenradiator/Schmalsäuler

2 Gussradiator/Stahlradiator nach DIN 4703

3 Plattenheizkörper 1.0

4 Fertigheizkörper 1.0

5 Plattenheizkörper 1.1

6 Plattenheizkörper 2.0

7 Fertigheizkörper 1.1

8 Plattenheizkörper 3.0

9 Fertigheizkörper 2.1

10 Fertigheizkörper 2.2

11 Fertigheizkörper 3.3

Die Bezeichnungen für die Platten-/Fertigheizkörper bedeuten:

1. Ziffer: Anzahl der Heizplatten

2. Ziffer: Anzahl der Konvektorblechreihen.

188

Beispiel III (größerer Massenstrom):

Das Wasser kühlt sich innerhalb des Heizkörpers statt der geplanten 70/55/20 auf eine höhere als die Auslegungsrücklauftemperatur ab, im Beispiel 70/65/20:Die Leistung würde sich von ehemals 1.000 W auf 1.000 W x 1,25/1,07 (Abb. 2.1203) erhöhen. Der

gleiche Heizkörper würde unter diesen Umständen 1.168 W abgeben.

Die Beispiele II und III machen deutlich, dass ein „Gesamtkunstwerk“ Heizungsanlage geschaffen werden muss, um einen ökonomischen und ökologi-schen Betrieb zu ermöglichen.

Abb. 2.1206: Prozentuale Leistungsminderung unterschiedlicher Fertigheizkörper in Abhängigkeit des Wandabstandes. Abstand 50 mm entspricht Normaufstellung nach DIN EN 442. Sogenannte Fertigheizkörper sind dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatten vollständig mit Abdeckgitter und Seitenverkleidungen, ggf. auch mit integrierter Ventilgarnitur ausgeliefert werden.

Abstand Wand zu Heizkörper in mm

1 Fertigheizkörper 1.1

2 Fertigheizkörper 1.0

3 Fertigheizkörper 3.3

4 Fertigheizkörper 2.2

5 Fertigheizkörper 2.1

6 Plattenheizkörper 1.1

7 Plattenheizkörper 1.0

Die Bezeichnungen für die Platten-/Fertigheizkörper bedeuten:

1. Ziffer: Anzahl der Heizplatten

2. Ziffer: Anzahl der Konvektorblechreihen.

189

Dies ist insbesondere durch den sogenannten

hydraulischen Abgleich einer Heizungsanlage zu

erreichen. Nur durch eine sorgfältige Verteilung

des Heizungswassers können Heizkörper die

entsprechende Leistung erbringen.

Auf Minderleistungen achten

Minderleistungen und damit kalte Räume sind häufig auf einen zu geringen Massenstrom zurück-zuführen (Berechnungsbeispiel II). Zu hohe Massen-ströme (Berechnungsbeispiel III) tragen zu einem schlechteren Nutzungsgrad der Heizungsanlage bei. Beide Fehler sollten daher unbedingt vermieden werden.Unter Betriebsbedingungen kann die tatsächliche Wärmeleistung von der im Normversuch (75/65/20) gemessenen abweichen. Dies tritt auf, wenn1. der Betriebsheizmittelstrom wesentlich kleiner

ist als der Normheizmittelstrom2. die Anschlussart (Abb. 2.1204) von der im

Normversuch abweicht (sogenannter rei-tender Anschluss oder Anschluss über Einrohrspezialventile)

3. der Einbau in Heizkörpernischen erfolgt oder bei zusätzlichen Verkleidungen.

Beim Nischeneinbau wird die veränderte Wärme-leistung von Raumheizkörpern hauptsächlich durch den senkrechten Abstand der Heizkörperoberkante

zur oberen Nischenbegrenzung hervorgerufen, da hierdurch die Abströmung der erwärmten Luft be-einträchtigt wird.In Abb. 2.1205 sind die zu erwartenden Leistungs-minderungen (keine Wärmeverluste!) aufgetragen, und zwar bezogen auf die Wärmeleistung eines frei stehenden Heizkörpers bei sonst gleichen heiz-wasser seitigen Bedingungen in Abhängigkeit des oben genannten Abstandes Dh. Die einzelnen Kur-ven gelten für die gebräuchlichsten Heiz körper typen mit und ohne Konvektionsteile. Hieraus wird bereits deutlich, dass zur Vermeidung von allzu großen Leistungs ein bußen möglichst keine drei reihigen Platten heiz körper mit Konvektions blechen in Nischen eingebaut werden sollten und dass bei den weiteren Heiz körper typen mit Konvektions blechen der oben genannte Abstand Dh mindestens 100 mm betragen sollte.Neben dem Einfluss des Abstandes Dh beim Ni-schen einbau muss auch der Abstand des Heiz-körpers zur Rückwand und vom Boden – sowohl bei freier Aufstellung als auch beim Nischeneinbau – berücksichtigt werden. Der Einfluss des Wandabstandes wird in Abb. 2.1206 verdeutlicht. Zu erwartende Leistungsminderungen durch Heizkörperverkleidungen zeigt Abb. 2.1207.Wird der Abstand eines Heizkörpers zum Fußboden ver ringert, so sind, ähnlich wie beim verringerten

Abb. 2.1207: Zu erwartende Leistungsminderungen durch Heizkörperverkleidungen bei verschiedenenHeizkörpertypen

Heizkörpertyp Leistungs- Auslegungsfaktor für minderung Heizkörperverkleidungen in % fv

Offener Gliederheizkörper, z. B. 0 – 3 1,0 – 0,97Gussradiator,Stahlradiator

Einreihiger Plattenheizkörper 5 – 10 0,95 – 0,90ohne Konvektorbleche

Einreihiger Plattenheizkörper 4 – 8 0,96 – 0,92mit Konvektorblechen

Geschlossener Glieder- 4 – 8 0,96 – 0,92heizkörper

Mehrreihige Plattenheizkörper 3 – 5 0,97 – 0,95mit/ohne Konvektorbleche

190

Abstand Boden zu Heizkörper in mm

1 Fertigheizkörper 1.1

2 Fertigheizkörper 2.1

3 Fertigheizkörper 2.2

4 Fertigheizkörper 3.3

Die Bezeichnung für die Platten-/Fertigheizkörper bedeuten:

1. Ziffer: Anzahl der Heizplatten

2. Ziffer: Anzahl der Konvektorblechreihen.

Abb. 2.1208: Veränderte Wärmeleistung in Abhängigkeit des Bodenabstandes bei Plattenheizkörpern

191

Ab stand zur oberen Nischen begrenzung, ho he Leis-tungs minderungen zu verzeichnen; im Extremfall bis 45 % bei Fertig heiz körpern (Abb. 2.1208).Da aber spürbare Leistungsminderungen erst ab einem Abstand unter 50 mm zu verzeichnen sind, treten in der Praxis Probleme bei der Heizleistung wegen zu geringem Bodenabstand eher selten auf.

Anschlussarten

Am häufigsten werden Standard-Raumheizkörper mit gleichseitigem oder wechselseitigem Anschluss in ein Zwei rohr system eingebunden. Dabei sind der Vor lauf oben und der Rücklauf unten angeordnet. Um eine aus der Wand oder vom Boden bereich kom mende, sichtbare Vor lauf anschluss leitung zu ver meiden, sind moderne Fertig- oder Kompakt-heiz körper mit integrierten Spezial armaturen aus gestattet. Diese erlauben, dass sich die im de finierten Abstand nebeneinander liegenden Vor- und Rückläufe von unten anschließen lassen. Insbesondere bei Modernisierungen, wo die Heiz rohre z. B. im Sockelbereich verlaufen, lässt sich so eine un-auffällige Anbindung der Heizkörper erreichen. Im Standardfall sind die Spezialarmaturen so ein-gebaut, dass die Anschlüsse links- oder rechts seitig unten am Heizkörper angeordnet sind. Al ter nativ gibt es jedoch noch Modelle mit einem Mitten anschluss, welcher zwei wesentliche Vorteile bietet: Zum einen sind Bauhöhe und Baulänge sowie das Modell selbst (auch nachträglich) noch frei wählbar; der Heiz körper sitzt immer mittig. Deshalb könnte die Vor montage bei Bedarf bereits vor der Heiz körper auswahl erfol-gen. Zum anderen lässt sich der Ventil einsatz z. B. nachträglich von rechts auf links tauschen, ohne dass der Heizkörper gedreht werden muss.

Badheizkörper

Selbst in Wohngebäuden mit Flächen heiz systemen kommt meist im Bad noch ein Heiz körper zum Ein satz. Dies ergibt sich zum einen aus der Not-wen dig keit, dass das Flächenheizsystem die Raum-heiz last nicht alleine decken kann. Zum anderen wün schen sich die meisten Haus besitzer einen Bad heiz körper (Abb. 2.1209), um den Raum bei Be-darf rasch aufheizen und um die Hand tücher nach der Benutzung trocknen zu können. Der Klassiker ist die sogenannte „Sprossen wand“, die es noch immer und in verschiedenen Variationen gibt. So erleich-tern z. B. Varianten mit seitlich offenen Rohren das Handtuchhandling. Andere Badheizkörpermodelle sind aufgrund ihrer Platten grund struktur pflegeleichter. Bei der

Produkt auswahl sollte bei Bedarf zudem auf Zu-satz aus stattungen bzw. die Erweiter barkeit mit Accessoires geachtet werden (z. B. Kleider haken für Bade mäntel und Ablage flächen z. B. für Uhren und Schmuck). Bad heiz körper lassen sich vielfältig an-schließen und betreiben:�� Klassischer Anschluss bei einem reinen Heiz-

körper system; optional lässt sich mittels einer Spezial armatur zusätzlich ein Fuß boden heiz-kreis im Bad betreiben.�� Direkter Anschluss an einen Fußbodenheizkreis

über eine Spezialarmatur.�� Gemischter Heizwasser- und Elektrobetrieb:

Hier sorgt ein Elektroheizeinsatz für die Wärme-zufuhr z. B. außerhalb der Heizperiode.�� Rein elektrischer Betrieb, z. B. in Verbindung mit

einer Fußbodenheizung oder bei einer nachträg-lichen Installation.

Tieftemperaturheizkörper

Als interessante Partner für eine Wärme pumpen-heizung empfehlen sich neben der Fuß boden-heizung auch spezielle Tief temperatur heiz körper (Abb. 2.1210). Fakt ist, dass die Leistung eines kon ventionellen Heiz körpers bei niedrigen Vor lauf-

Abb. 2.1209: Bad- und Designheizkörper (Werkbild COSMO)

Vigour Modell Cosima

192

Abb. 2.1210: Tieftemperaturheizkörper mit Ventilatorunterstützung (Werkbild COSMO)

193

temperaturen stark vermindert wird, weil sowohl der Strahlungs- als auch der Konvektionsanteil mit sin kender Vor lauf temperatur abnehmen. Aus die-sem Grund schaltet ein Tief temperatur heiz körper bedarfs abhängig eine mechanische Unter stützung für die Luft umwälzung zu. Ein kleines Gebläse sorgt somit für den fehlenden Auftrieb der Luft durch den Heiz körper. Damit lässt sich dann ein Heiz körper auch sinnvoll mit Vor lauf temperaturen bis unter 40 °C betreiben. In Niedrigenergiehäusern ergeben sich dadurch Vorteile für die Regelbarkeit der Raum temperatur im Vergleich zu den trägeren Flächen heiz systemen. Denn der gebläseunterstützte Tief temperatur-heizkörper kann auf eine kurzfristige Wärme an-forderung rascher reagieren. Zudem können sich für sporadisch beheizte Räume auch Einsparvorteile ergeben: Zum einen, weil diese bei Bedarf nicht vor-ausschauend und frühzeitig beheizt werden müs-sen. Zum anderen sinkt die Energie zufuhr nach dem Abschalten des Tief temperatur heizkörpers rascher als bei einer Flächen heizung. Denkbar ist daher in ei-nem mit einer Wärme pumpe beheizten Ein familien-haus, die regelmäßig beheizten Räume mittels Fuß boden heizung zu erwärmen und die selten und unregelmäßig genutzten mit Tief temperatur heiz-körpern auszustatten. Auch beim Einsatz von Brennwertheizungen las sen sich durch ganzjährig niedrigere Vor lauf-temperaturen Brenn stoff einsparungen erwarten. Allerdings werden diese Vorteile durch einen ge-genüber konventionellen Heiz körpern höheren Preis erkauft. Zusätzlich muss für jeden Tief temperatur-heizkörper auch der zusätzliche Stromanschluss vor-gesehen werden. Dazu kommen, je nach Häufigkeit

des Betriebes mit Gebläse unterstützung, noch die Kosten für Strom. Die Auslegung eines Tieftemperaturheizkörpers (Abb. 2.1211) erfolgt im Prinzip wie die eines konven-tionellen Heizkörpers. Jedoch können bereits bei der Auslegung drei Betriebsarten unterschieden werden: statischer Betrieb, Komfortbetrieb und Boost-Betrieb. Damit lässt sich eine Auslegung in Ab-hängigkeit von der Gebläseleistung vornehmen. Wird der Heizkörper für den statischen Betrieb aus gelegt, versieht er seinen Dienst auch ohne Zuschaltung des Gebläses. Das Gebläse wäre dann unterstützend für eine Schnell auf heizung des Raumes, also als Beschleuniger zuschaltbar. Der Komfort betrieb zur Auslegung bezieht die Mehr leistung durch einen geregelten Gebläse betrieb mit ein. Eine Auslegung im Boost-Betrieb würde im Bedarfs fall die maximale Gebläse leistung erfordern. Dies hätte eventuell Geräusch probleme zur Folge und ist daher nicht un-bedingt als Standard auslegung vorzusehen.

2.12.2 Fußbodenheizung und -kühlungBei den Flächenheizungen haben sich die Warm-wasser fuß boden heizungen durchgesetzt. Genormt wird dieser Heizflächentyp in der DIN EN 1264 „Fuß-boden-Heizung – Systeme und Komponenten“. Eine Warm wasser fußbodenheizung ist immer so aufge-baut, dass im Boden die wasserdurchströmten Heiz-rohre eingebettet sind. Über den Rohren liegen eine Last verteil schicht sowie der Bodenbelag.Unter den Heizrohren befinden sich die tragende Be ton decke sowie bei Bedarf eine Wärme dämm- und/oder Tritt schall schutz schicht. Der Wärme fluss erfolgt derart, dass von den Heiz rohren die Wärme durch Leitung nach oben bis zur Fuß boden ober-

Abb. 2.1211: Auslegung Tieftemperaturheizkörper

194

fläche oder nach unten bis zur Decken unter kante und danach durch Strahlung und Konvektion an die Um gebung übertragen wird.

Einteilung und Systemarten

Grundsätzlich werden die Fußbodenheizsysteme eingeteilt in�� klassische Nasssysteme �� Trockensysteme�� Flachsysteme

Bei Nasssystemen sind die Heizrohre im Estrich ver-legt und werden gehalten durch �� Klipse auf Stahlmatten oberhalb der

Dämmschicht�� Wiederhakenklipse (Tackersystem), die in die

beschichtete Verbundfolie der Dämmplatte ge-drückt werden (Abb. 2.1212)�� Noppen an der Oberfläche einer speziellen

Systemdämmplatte (Abb. 2.1213 und 2.1214)

Abb. 2.1213: Nasssystem – Befestigung der Heizrohre durch Noppen (Werkbild COSMO)

COSMO Noppensystem

Abb. 2.1214: Nasssystem – Befestigung der Heizrohre durch Noppen (Werkbild Uponor)

Uponor Minitec

Abb. 2.1215: Nasssystem – Befestigung der Heizrohre durch Klettband (Werkbild Uponor)

Uponor Klett

Abb. 2.1212: Nasssystem – Befestigung der Heizrohre durch getackerte Widerhaken (Werkbild COSMO)

COSMO Takkersystem

195

�� eine Klettverbindung zwischen dem (mit Klettband werkseitig umwickelten) Heizrohr und der mit Haftfolie beschichteten Systemdämmplatte (Abb. 2.1215).

Trockensysteme bieten vor allem niedrigere Flächen gewichte und kürzere Ein bau zeiten (bis zum Verlegen der Boden beläge). Bei Trocken systemen (Abb. 2.1216, 2.1217 und 2.1218) liegen die Heizrohre in Rillen der Basis platten, wobei zur besseren Wär-me ver teilung vielfach Wärme leit bleche eingesetzt

werden. Rohre und Last verteil schicht – meist eine Trocken estrich platte – sind durch eine Folie ge-trennt.Gewissermaßen als Mix aus Nass- mit Trocken-ver legung gestaltet sich die Verlegung in vor Ort ge frästen Kanälen. Der bestehende Estrich erhält dabei eine maschinell gefertigte Rinne, in der das Fuß boden heizungs rohr unter taucht (Abb. 2.1219). Dieses System bietet sich für Modernisierungen

Abb. 2.1216: Prinzipskizze eines Trockensystems

Wärmeverteilungsblech

(Folie)

Abb. 2.1217: Prinzipskizze eines Klimabodens

Abb. 2.1218: Trockenbodenaufbau, Holzbalkendecke mit Trockenestrichelementen (Werkbild Wieland-Werke AG)

Trockenestrich(Verbundplatten)

Kunststoffmatten(wasserführend)

196

und Alt bau sanierungen an, wo keine zusätzliche Fußbodenaufbauhöhe zur Verfügung steht.Die Stoffwerte der gebräuchlichsten Ober boden-beläge sind der Abb. 2.1220 zu entnehmen. Für die Aus legung der Fuß boden heizung ist von Be deutung, diese Beläge nicht mit zu großer Dämm wirkung auszuführen. Die gebräuchlichsten Ver lege arten sind mäander-förmige (schlängelnde) oder bifilare (schnecken-förmige) Verlegung (Abb. 2.1221). Bei der mäander-förmigen Verlegung ergibt sich ein Temperaturabfall von der einen zur anderen Raumseite. Dies ist bei Räumen mit einer Außen wand von Nutzen, da der Vorlauf meist an dieser Wand liegt und dort die hö-here Temperatur benötigt wird.

Wärmeübertragung

Die wärmeübertragende Fläche bei der Fuß boden-heizung ist allein die einheitlich ebene Fuß boden-

fläche. Daher sind für die Wärmeabgabe der Fuß-boden heizung in den darüber liegenden Raum nur die Ober flächen temperatur des Bodens und die der übrigen Um fassungs flächen maßgeblich: Bei gegebener mittlerer Ober flächen temperatur des Fuß bodens hat ein spezieller Fuß boden aufbau keinen Einfluss auf die Wärme leistung. Allerdings beeinflusst die Art des Fußbodenaufbaus sehr we-sentlich, mit welcher Heiz mittel temperatur die zur gewünschten Wärme abgabe notwendige mittlere Ober flächen temperatur in der Praxis erreicht werden kann. Es gilt als Maximum für Oberflächentemperaturen gemäß DIN EN 1264:�� in der Aufenthaltszone 29 °C�� in der Randzone 35 °C�� in Bädern 33 °C

Die Wärmestromdichte in Abhängigkeit von der Differenz der mittleren Fußbodentemperatur qF zur

Abb. 2.1219: Nasssystem – Befestigung der Heizrohre in die im Bestandsestrich eingefrästen Fußbodenheizungskanäle (Werkbild COSMO)

COSMO – Frässystem

197

Abb. 2.1220: Stoffwerte für Oberbodenbeläge

Bodenbeläge Dicke Dichte Wärmeleit- Wärmeleit- koeffizient widerstand mm kg/m3 W/(mK) m2 K/W

Holzpflaster 60 500 0,14 0,429(Kiefer, Fichte)Stabparkett Eiche 22 900 0,21 0,105Mosaikparkett Eiche 8 900 0,21 0,038

TeppichbodenPolgewicht 335 g/m2 5,6 – – 0,07Polgewicht 780 g/m2 14,2 – – 0,23Schnittpol 17 – – 0,36

Korkmentlinoleum 4,5 550 0,08 0,056Linoleum 2,5 1.200 0,19 0,013Kunststoffbelag 2,5 1.500 0,23 0,012PVC-Platten 2,5 1.350 0,19 0,014

keramische Fliesen 13 – 1,05 0,012Natursteinplatten 20 2.300 1,20 0,017Marmor 30 2.500 2,10 0,014

Abb. 2.1221: Verlegemöglichkeiten von Fußbodenheizungen (Werkbild COSMO)

Mäanderförmig Schneckenförmig

Schneckenförmig mit integrierter Randzone Schneckenförmig mit separater Randzone

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Norminnentemperatur qI ist für durchschnittliche Räume durch die sogenannte Basiskennlinie:

q.

F = 8,92 ? (qF – qi)1,1

festgelegt. Diese Funktion ist in Abb. 2.1222 dar-gestellt. Aus dieser Funktion erhält man bei einer mittleren Fußbodenübertemperatur von:

DqF = (qF – qi) = 9 K

einen sogenannten auf die Norm innen temperatur bezogenen gesamten Wärme über gangs ko effi zien-ten von:

ages = q.

F/DqF = 11,11 W/(m2 K).

Sind die Räume jedoch im Verhältnis zur Grund-fläche extrem hoch (z. B. Kirchen) oder liegen se-parate schmale Bereiche von Fuß boden heizungen direkt an den Außenflächen bzw. im Fensterbereich

(stärker beheizte Randzonen), so treten an diesen Flächen aufgrund größerer Konvektion und höherer Abstrahlung an die Außen flächen höhere Wärme-über gangs koeffizienten auf. Andererseits ist in nicht übermäßig hohen Sport- oder Werkhallen, Lager räumen usw., die eine große Grundfläche im Ver hältnis zur Höhe aufweisen, mit niedrigeren Wärme über gangs koeffizienten zu rechnen.Die vom Fußbodenheizsystem abgegebene Wärme-stromdichte in Abhängigkeit von der mittleren Heiz-mittelübertemperatur DqH folgt der Funktion:

q.

F = C*· DqH·

Es genügt für überschlägige Berechnungen, die Heizmittelübertemperatur DqH arithmetisch zu berechnen:

DqH = qV + qR – qi· 2

Abb. 2.1222: Wärmeabgabe der Fußbodenheizung in Abhängigkeit der Fußbodenübertemperatur (Basiskennlinie)