Heizung: Ein Technik-Leitfaden für Anfänger und Fortgeschrittene

Blockheizkraftwerk, Brennwerttechnik, Heizwert…

Beim Thema Heizung bekommt man als Laie eine Menge Fachbegriffe um die Ohren geworfen, die selten in sich schlüssig sind.

Genau das will der folgende Artikel tun: Kurze knackige Erklärungen für die wichtigsten Begriffe aus Technik und Funktion liefern.

Es liegt in der Natur der Sache, dass bei einem so hochkomplexen Gebilde wie einem Haus viel Fachchinesisch gesprochen wird. Doch die Heizung ist eines der Bestandteile, bei dem das Verständnis dieser Begriffe für den Verbraucher eine wichtige, langfristige Bedeutung hat.

Ob die Sparren sich zum Walm- oder Pultdach formen, das hat im Endeffekt für den Hausbesitzer nur eine optische Bedeutung.

Die Antwort auf die Frage, ob der Ortbeton als Transport- oder Baustellenbeton gemixt wird, ist für den Besitzer ebenso nachrangig wie das Wissen um Grate, Gründung und Dampfdiffusion.

Wer aber nicht schon vor Baubeginn weiß, ob BHKW oder Gas oder sich nicht mit Vorlauftemperatur und Wirkungsgrad auskennt, wird vielleicht einen langfristig teuren Fehler begehen.

Im Folgenden haben wir daher ein kleines A-Z der wichtigsten Begriffe zusammengestellt.

Die Gerätschaften

Widmen wir uns zunächst dem wichtigsten Punkt – sofern man das Thema Heizung aus preislicher Sicht betrachtet – den jeweiligen Systemen:

Blockheizkraftwerk

Das Ergebnis ist größer als die Summe seiner Teile – dieser Satz passt beim Blockheizkraftwerk (BHKW) wie kaum ein zweiter.

Ohne weiter auf die unterschiedlichen Auslegungen zwischen „wärme“-, „strom“- oder „netzgeführt“ einzugehen, geht es beim BHKW immer um ein Wirkprinzip: Ein Brennstoff wird verbrannt.

Die dadurch freiwerdende Energie treibt einen Generator an. Der damit erzeugte Strom kann im Haus verbraucht oder ins Netz eingespeist werden.

Die bei der Verbrennung entstehende Wärme indes wird über Pufferspeicher dem Haus-Wärmekreislauf zugeführt. Dieses bidirektionale Prinzip wird auch als Kraft-Wärme-Kopplung bezeichnet.

Interessant am BHKW ist vor allem, dass als Brennstoff alle nur denkbaren Materialien zum Einsatz kommen können: Pellet-BHKW sind ebenso bekannt, wie solche mit Heizöl, Biodiesel oder sogar Kohle.

Elektroheizung

Derzeit haben Elektroheizungen, auch bekannt als Nachtspeicherheizung, einen schlechten Stand. Das liegt daran, dass ihr Wirkungsgrad ziemlich gering ist (Näheres unter Punkt 2).

Das liegt daran, dass der Wirkungsgrad direkt an den des stromerzeugenden Kraftwerks gekoppelt ist – selbst hochmoderne Kraftwerke kommen hier nur auf 60 Prozent.

Allerdings ist ihre technische Konstruktion recht einfach. Zum Funktionieren benötigen sie nur einen 380-Volt-Stromanschluss – der ist in jedem Haus vorhanden, was auch der Hauptgrund ist, warum sich Nachtspeicher in so vielen Altbauten finden.

An die Stromleitung sind Heizwendeln im inneren des Heizkörpers angeschlossen.

Durch einen hohen Widerstand dieser Wendeln werden sie durch den Strom sehr heiß – bis zu 600°C. Diese Hitze wird an darum herum angeordnete Schamottsteine abgegeben, welche sich daraufhin erwärmen und die Hitze speichern.

Am Ende der Ladephase wird die Wärme dann von den Steinen langsam wieder abgegeben und kann bei Bedarf durch zusätzliche Gebläse unterstützt werden.

Der große Nachteil: Die extrem träge Reaktionszeit. Bis die Heizung auf einen Wetterwechsel reagiert hat und warm ist, vergeht mindestens eine Nacht.

Gasheizung

Man nehme einen Erdgasanschluss, einen Heizkessel und einen Wasserkreislauf mit daran angeschlossenen Heizkörpern, fertig ist die Gasheizung.

Denn in der Tat: Der Aufbau ist sehr unkompliziert.

In der Heizung befindet sich ein Brenner, der an die Gasversorgung angeschlossen ist und damit immerhin an Deutschlands zweitwichtigsten Energieträger.

Die dadurch erzeugte Hitze wird an den, über eine Pumpe in Bewegung gehaltenen Wasserkreislauf abgegeben.

Dieser fließt nicht nur durch die Heizkörper, sondern erwärmt auch das Trinkwasser. In den Heizkörpern bekommt das warme Wasser nun eine große Abstrahlfläche und kann seine Hitze an den Raum abgeben.

Aber: Bei allen modernen Gasheizungen kommt heute zusätzlich noch die Brennwerttechnik (siehe Punkt 2) zum Einsatz.

Infrarotheizung

Sämtliche Heizungen dieser Liste eint ein Prinzip: Sie geben ihre Wärme an die Raumluft ab und erhitzen sie auf diese Weise.

Die einzige Ausnahme macht die Infrarotheizung. Sie nutzt Strom, um damit Infrarotstrahlung zu erzeugen. Diese erwärmt nicht die Luft, sondern bringt in allen Gegenständen des Raumes – Möbel, Wände etc. – deren Moleküle und Atome zum Schwingen.

Durch diese Schwingung entsteht Wärme. Die Gegenstände werden so direkt warm. Damit imitiert die Infrarotheizung in ihrer Wirkweise die Sonne.

Aber es gibt eben keine Möglichkeit, diese Wärme zu speichern. Infrarotheizungen wärmen nur so lange, wie sie eingeschaltet sind, weshalb sie sich (derzeit) noch nicht als Haupt-Heizung eignen.

Wo sie allerdings interessant sind, ist in Kombination mit Photovoltaik und Stromspeichern.

Ölheizung

Teuer, schmutzig, umweltschädlich: Über die Ölheizung existieren viele Negativ-Attribute.

Bei realistischer Betrachtung haben jedoch alle davon keine wirkliche Bewandtnis.

Die Funktionsweise ist die Gleiche wie bei der Gasheizung und muss daher nicht erneut erörtert werden.

Im Gegensatz dazu hat die Ölheizung aber einen Vorteil, den Tank. Je nach Größe und Wetterlage muss der etwa einmal jährlich gefüllt werden.

Das entkoppelt das Heizen zumindest von kurzfristigen Brennstoffpreisschwankungen. Zudem funktionieren auch heutige Ölheizungen per Brennwerttechnik und sind daher nicht weniger umweltschädlich als Gasheizungen.

Überdies ist der Heizölpreis seit Jahren wieder im Sinken begriffen und längst nicht mehr so viel höher als der von Erdgas.

Pelletheizung

Pellets sind die clevere Verbindung eines aus der heutigen Industrie nicht mehr wegzudenkenden Rohstoffes in Kombination mit Abfallverwertung.

Denn Holzpellets bestehen im Prinzip aus nichts anderem, als Sägespänen und –mehl, Hobelspänen sowie Restholz. All das, was in der Holzindustrie als Abfall übrigbleibt.

Dieses Material wird mehlfein gemahlen und anschließend in Form gepresst. Zusätze sind keine erforderlich, die Bindung erfolgt durch Restfeuchte im Holz sowie dem innewohnenden Lignin.

Diese Pellets können ähnlich wie Heizöl in einen Lagerraum gepumpt und von dort aus über eine Transportschnecke in die Heizung befördert werden.

Die Funktionsweise entspricht ab dort der von Gas- oder Ölheizungen.

Scheitheizung

Auch Scheitheizungen erwärmen einen Wasserkreislauf, jedoch mit einem feinen Unterschied.

Hier wird weniger verbrannt, als dass das Holz langsam verkohlt und somit vergast wird. Der große Vorteil: Es kann praktisch jedes Holz vergast werden – dies dezentralisiert die Brennstoffversorgung.

Der Nachteil wiegt jedoch auch schwer: Das Holz muss auf exakte Abmessungen gespalten werden. Das verteuert entweder den Ankauf oder sorgt dafür, dass Hausbesitzer selbst Axt anlegen müssen.

Zudem muss nach nur wenigen Tagen händisch nachgefüllt werden.

Ein etwas komfortablerer Verwandter dieses Prinzips sind Hackschnitzelheizungen.

Diese werden nicht mit ganzen Scheiten, sondern auf etwa Briefmarkengröße geschreddertem Holz betrieben.

Dieses kann ähnlich wie Pellets über ein Schneckensystem automatisiert transportiert werden.

Solarthermie

Solarthermie ist das mit Abstand einfachste Heizungsprinzip.

Hierbei bestrahlt die Sonne auf dem Dach montierte Kollektoren und erwärmt ein darin befindliches Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel.

Dieses wird per Pumpe durch einen Wärmetauscher bewegt und gibt seine Hitze an einen Wasserkreislauf ab, welcher die Heizkörper beziehungsweise die Warmwasserbereitung versorgt.

Über elektrische Heizspiralen kann zugeheizt werden. Ohne diese Zusatzheizung liegt der Energieverbrauch, abgesehen von der Pumpe, praktisch bei null.

Allerdings werden große Kollektorflächen und eine effektive Dämmung benötigt, um ein Haus auf diese Weise alleine zu beheizen.

Wärmepumpe

Das Prinzip des Kühlschranks bloß umgedreht: Das ist die Wärmepumpe.

Hierbei wird die Wärme von Luft, Grundwasser oder Erdboden aufgenommen und unter Zuhilfenahme eines Wärmetauschers, sowie des physikalischen Prinzips der Aggregatszustandsänderung in Wärme umgewandelt.

Zum Betrieb wird Strom benötigt. Dieser kann aber auch auf Photovoltaik-Basis produziert werden, was die Wärmepumpe extrem nachhaltig macht.

Interessant ist vor allem die Tatsache, dass die Wirkweise auch umgedreht werden und die Wärmepumpe somit im Sommer als Klimaanlage fungieren kann.

Die Kennwerte

Nach den Heizungsarten an sich folgen nun die wichtigsten Kennwerte, die Verbraucher dabei kennen sollten.

Heiz-/Brennwert

Zwei unterschiedliche Werte, die jedoch leider oft und fälschlicherweise synonym verwendet werden, sind der Heizwert und der Brennwert.

Dabei unterscheiden sich beide tiefgreifend voneinander. Der Heizwert bezeichnet die reine Energie, die in einem Brennstoff steckt und bei dessen Verbrennung freigegeben wird.

Der Brennwert vereint indes diese Energie plus diejenige, die zusätzlich entsteht, wenn man noch die Kondensation des dabei erzeugten Wasserdampfes hinzurechnet.

Denn wenn heißer Wasserdampf auf einer kalten Oberfläche kondensiert, wird ebenfalls Energie freigesetzt, die zum weiteren Erwärmen genutzt werden kann.

Der Brennwert von Butan beispielsweise liegt bei 34,34kWh pro Kubikmeter. Rechnet man noch die beim Kondensieren freiwerdende Energie hinzu, werden daraus 38,29kWh.

Ähnlich sieht es bei allen anderen Brennstoffen aus, sodass als Faustregel gilt, dass der Brennwert immer höher liegt als der Heizwert.

Vorlauftemperatur

Die Vorlauftemperatur ist in einem Heizungssystem die Temperatur des wärmeübertragenden Mediums direkt nach seinem Austritt aus dem Heizgerät.

Etwas weniger technisch: Eine Gasheizung erwärmt wie erklärt einen Wasserkreislauf. Die Wassertemperatur, die man direkt hinter dem Brenner misst, ist die Vorlauftemperatur.

Dem entgegen steht die Rücklauftemperatur, die gemessen wird, nachdem das wärmeübertragende Medium alle Heizkörper durchlaufen und seine Wärme abgegeben hat.

Dabei gilt: Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto geringer der Energieverbrauch des Systems. Sehr gut gedämmte Gebäude kommen beispielsweise mit nur 50°C aus.

Niedertemperatur

Direkt mit der Vorlauftemperatur verbunden ist die Niedertemperaturheizung.

Dies sind Systeme, bei denen dem Namen entsprechend sehr geringe Vorlauftemperaturen zum Einsatz kommen.

Damit dieses Prinzip jedoch funktioniert und auch bei Vorlauftemperaturen um 30°C noch ausreichend geheizt wird, ist eine sehr große Abstrahlfläche vonnöten.

In der Praxis wird diese durch Fußboden- oder Wandheizungen erzielt.

Brennwertkessel

Brennwertkessel arbeiten nach dem Prinzip des oben erklärten Brennwertes.

Das bedeutet, sie nutzen nicht nur die eigentliche Wärme des Brennmaterials, um den Heizkreislauf zu erhitzen, sondern stellen durch entsprechende Technik im Abgasstrang sicher, dass diesen Verbrennungsgasen durch Kondensation jegliche Wärme entzogen und ebenfalls an den Heizkreislauf abgegeben wird.

Dadurch steigt sowohl die Ausnutzung der Energie (siehe Wirkungsgrad) wie auch der Verbrauch und die Umweltbelastung reduziert wird.

Kondensationswärme

Kondensationswärme funktioniert nach physikalischen Prinzipien aus dem Bereich der Thermodynamik. Verbrennt man einen Brennstoff, so wird durch die dabei entstehenden Temperaturen von über 100°C Wasserdampf freigesetzt.

In diesem Wasserdampf ist Wärmeenergie gespeichert.

Wird nun der Wasserdampf an einer kühlen Oberfläche auf Temperaturen von unter 100°C kondensiert, verflüssigt er sich wieder.

Dabei wird die zuvor innewohnende Wärmeenergie freigegeben: Die Kondensationswärme.

Taupunkt

Der Taupunkt ist ein Temperaturwert, bei dem Wasserdampf wieder flüssig wird.

Das in der Realität bestehende Problem liegt darin, dass der Taupunkt direkt vom Brennmaterial und seinem Wassergehalt abhängig ist.

Der Taupunkt des Wasserdampfes aus Erdgas liegt beispielsweise bei 58°C, während der von Erdöl erst bei 49°C erreicht ist.

Wirkungsgrad

Eigentlich ist der Wirkungsgrad ganz einfach zu erklären: Er beschreibt das Verhältnis von aufgewendeter Energie zu nutzbringender Energie.

In einer Gasheizung also beispielsweise die dem Brennstoff innewohnende chemische Energie in Wärmeenergie.

Und genau hier kommt Brennwerttechnik ins Spiel: Denn würde man Gas einfach nur verbrennen und damit den Wasserkreislauf erhitzen, läge der Wirkungsgrad immer unter 100%, weil ja Abgänge etwa durch die Wärmeenergie im Wasserdampf berücksichtigt werden müssen.

Aus dem gleichen Grund haben Brennwertheizungen teilweise Wirkungsgrade über 100%. Das liegt daran, dass hier die einzelnen Wärmewerte aufaddiert werden.

Natürlich wird dabei keine Energie erzeugt, wie dieser Wirkungsgrad impliziert, aber es wird alles an Energie aus dem Brennstoff geholt, was derzeit technisch möglich ist.

Die Gesetze & Verordnungen

Bleiben noch die Vorschriften, die von der Gesetzgebung festgelegt sind und die besonders im Heizungsbereich eine große Bedeutung haben.

EEWärmeG

Das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz trat 2009 in Kraft und existiert derzeit in der aktuellsten Fassung, die seit 2015 besteht.

Der Grundgedanke des EEWärmeG ist es, den Energieverbrauch bei der Wärmeerzeugung zu reduzieren und in Richtung erneuerbare Energien zu lenken.

Es verpflichtet die Bauherren von Neubauten, die mehr als 50m² Nutzfläche besitzen, die Wärmeerzeugung und Warmwasserbereitung anteilig durch erneuerbare Energiequellen zu gewährleisten.

Die prozentualen Nutzungsverhältnisse unterscheiden sich je nach Medium: Wird „solare Strahlungsenergie“ verwendet, muss diese 15% des Wärmebedarfs decken, bei fester Biomasse (etwa Pellets oder Hackschnitzel) müssen es indes 50% sein.

EnEv

Die Energieeinsparverordnung trat 2002 in Kraft und existiert derzeit in der aktuellsten Fassung, die ebenfalls seit 2015 besteht.

Ihr Ziel ist es, sowohl bei Neu- als auch Bestandsbauten sicherzustellen, dass der Bedarf an Primärenergie zur Beheizung und Warmwasserbereitung oder der Klimatisierung bestimmte Grenzwerte einhält.

Die EnEv ist dabei der bautechnische Zweig der Gesetzgebung, denn hierin dreht es sich zum größten Teil um Dämmwerte von Baumaterialien, Dämmstoffen sowie deren erlaubte Grenzwerte.

So werden Grenzen für den Wärmedurchgangskoeffizienten (den sogenannten U-Wert) definiert, der in Watt pro Quadratmeter pro Kelvin (w/m²K) angegeben wird.

Für Außenwände beispielsweise beträgt der U-Wert 0,24, für Fenster 1,30, für Dachschrägen 0,24. Dabei überlässt die EnEv es dem Bauherrn, auf welche Weise er diese Werte erreicht.

KWK-Gesetz

Das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz, das 2002 in Kraft trat und aktuell in seiner Fassung von 2017 besteht, betrifft vor allem Besitzer von Blockheizkraftwerken.

Ziel ist es, die Stromerzeugung durch Kraft-Wärmekopplung auf bestimmte Gesamtwerte zu hieven, derzeit 110 Terawattstunden bis 2020.

Zusätzlich regelt das Gesetz Vergütungen durch auf diese Weise erzeugten Strom. Die Höhe richtet sich nach der Leistung des Blockheizkraftwerkes und liegt derzeit bei Anlagen mit maximal 50kW Leistung bei 8 Cent pro Kilowattstunde eingespeistem Strom.

EEG

Das Erneuerbare-Energien-Gesetz, das 2000 in Kraft trat und derzeit in seiner aktuellsten Fassung von 2014 besteht, soll dafür sorgen, dass in Deutschland die Stromerzeugung in größerem Maße durch erneuerbare Energien sichergestellt wird.

Damit werden Besitzer von Geräten gefördert, die Strom erzeugen. Das geschieht durch:

• Wasserkraft
• Windenergie
• Solarer Strahlungsenergie
• Geothermie
• Biomasse

Unter anderem definiert das Gesetz auch direkt die Einspeisungsvergütungen, welche die Besitzer der oben genannten Anlagen durch Bereitstellung ihres Stroms erzielen können.

Auch hier unterscheidet sich die Höhe der Vergütung durch Art und Größe der Anlage sowie deren Standort.

Aktuell sind es etwa für kleine Photovoltaik-Anlagen auf Wohnhausdächern 12,20 Cent pro kWh, auf Nichtwohngebäuden würde die gleiche Anlage nur 8,44 Cent einbringen.

TrinkwV

Die Trinkwasserverordnung, die seit 2001 in Kraft ist und derzeit in der aktuellsten Fassung von 2017 Bestand hat, regelt die Qualität und somit auch Grenzwerte in allen Wässern, die hierzulande als Trinkwasser genutzt werden.

Allerdings hat die TrinkwV auch eine Bedeutung für Heizungsbesitzer, denn sie umfasst auch Schwellwerte für Legionellen.

Laut der Verordnung müssen Trinkwassererwärmungsanlagen alle drei Jahre auf Legionellen untersucht werden. Dabei werden jedoch Ein- und Zweifamilienhäuser ausgeklammert, das Gesetz bezieht sich vielmehr auf größere Mehrparteienhäuser sowie alle anderen gewerblich genutzten Gebäude.

Fazit

Die Heizung ist im Haus ein wichtiger Bereich, in dem Bauherren zumindest das kleine Alphabet beherrschen sollten.

Denn letztendlich geht es hier um langfristige Kosten und auch die Summen für den Einbau einer Anlage, die je nach Bauart schnell fünfstellige Bereiche kosten kann.

Das Wissen, was für das eigene Haus und die eigene Lebensweise das Beste ist, sollte man nicht nur den Bauplanern überlassen, die möglicherweise ein standardisiertes Schema bevorzugen, sondern sich auch seine eigenen Gedanken machen.

Denn für Architekten und Co. ist der Bau mit der Übergabe abgeschlossen, Besitzer hingegen müssen mit der vielleicht falschen Heizungswahl mehrere Jahrzehnte leben.