Optimierung von Kleinheizungsanlagen/ Maßnahmen gegen Wärmeverluste

Maßnahmen gegen Wärmeverluste bei bestehenden und bei neuen Heizungsanlagen

Jede Einsparung von Wärmeverlusten bringt eine Ersparnis an Heizkosten. Als logische Folgerung ist die Amortisationszeit jeder folgenden Einsparungsmaßnahme länger und eine Anschaffung u.U. irgendwann unrentabel.

Heizungssteuerung mit einer Zeitschaltuhr

Zusätzlich zur üblichen Regelungstechnik können Öl- und Gasbrennerheizungen mit gewöhnlichen Zeitschaltuhren totalabgeschaltet werden. Problematisch bei einer Totalabschaltung mittels Zeitschaltuhr könnte sein, dass die abschließende Brennerspülung und der Verschluß des Kaminzugs mit einer Abgasklappe nicht mehr durchgeführt werden. Außerdem muss die Bedienung entsprechend der Gebrauchsanleitung des Gerätes erfolgen, damit Folgeschäden nicht als w:Fahrlässigkeit des Benutzers eingestuft werden.

Als Alternative zur Zeitschaltuhr könnte auch bei einem für 24 Stunden programmierbaren Heizungsregler in der „Ausschaltzeit“ die Raumtemperaturvorgabe mit 3°C vorgegeben werden, wodurch die Heizung dann nur mit Frostwächterfunktion arbeitet.

Dass das Wiederaufheizen von Mauerwerk mehr Energie benötige als das ständige Beheizen ist differenziert zu betrachten. Bei Nachtabsenkungen bzw. Totalabschaltung soll vermieden werden, dass die Wandtemperaturen unter die Taupunkt-Temperatur fallen. Mit auskühlen des Raumes kann die Oberflächentemperatur an der Innenseite der Aussenwand soweit herabfallen das der Taupunkt erreicht wird und sich die Feuchtigkeit im Mauerwerk nieder schlägt. Durch Kapillarwirkung wird diese Feuchte tiefer in das Mauerwerk gezogen. Geschieht dies auf Dauer, kann bzw. wird Schimmel an den kältesten Stellen entstehen (Kältebrücken). Das passiert bei ungedämmten Wänden natürlich schneller als bei gedämmten Aussenwänden.

Das Wiederaufheizen einer feuchten Wand benötigt mehr Energie da zum einen der Wärmedurchgangswiderstand der Wand deutlich geringer ist als der einer trockenen Wand. Die Heizenergie wird zu einem grossen Teil für das Verdunsten der Oberflächenfeuchtigkeit der Wand aufgewendet. Verdunstung bedeutet allerdings auch Abkühlung (siehe z.B. die Funktion eines Weinkühlers). Darüber hinaus muss mit der Heizenergie auch die Kapillarwirkung des Mauerwerkes überwunden werden um das Wasser aus der Wand zu lösen. Dieser Prozess kann sehr lange dauern. Unter Umständen kann es sein das die Wohlfühltemperatur nicht erreicht wird obwohl das Raumthermometer diese anzeigt, die Wände jedoch soviel Kälte abstrahlen bzw. dem Körper Wärme entziehen so das sich ein Wohlbehagen nicht einstellt.

Totalabschaltungen des Heizkessels

Totalabschaltungen in der Nacht ergeben weniger Bereitschaftsverluste als eine Temperaturabsenkung mit andauerndem Taktbetrieb. Durch diese einfache Maßnahme kann schon einmal annähernd ein Drittel der Stillstandsverluste in der Heizperiode eingespart werden. Kosten: Maximal 10,- Euro für eine Zeitschaltuhr aus dem Baumarkt, die bei der Stromzufuhr für den Heizkessel zwischengesteckt wird.

Haben Sie keinen Trinkwasser-Speicherkessel, d.h. haben Sie eine Trinkwasser-Durchlauferhitzer-Gastherme, dann bleibt in dieser Zeit natürlich auch das Waschwasser kalt.

Stundenweise Totalabschaltung in Zeiten, in denen der Brenner nicht ununterbrochen läuft

Vor allem am Beginn und am Ende der Heizperiode erspart die stundenweise Totalabschaltung Sillstandsverluste im Taktbetrieb, sie wird vorzugsweise eingesetzt, wenn die Nutzer nicht zuhause sind.

Wenn Ihnen das ständige Ändern der Zeitschaltuhren zu aufwendig ist, kaufen sie sich einfach mehrere billige Zeitschaltuhren, die immer gleich eingestellt bleiben. Eine für den Winterbetrieb, eine für die Übergangszeit, eine für die Urlaubszeit.

Moderne Heizkessel lassen sich über den PC steuern, da können dann bequem und einfach Schaltzeiten, Tages- und Wochenprogramme verändert und eingestellt werden.

Hydraulischer Abgleich

Die Heizungsumwälzpumpe pumpt das erwärmte Heizungskreislaufwasser zu den Heizkörpern. Im Prinzip sind bei Wärmeverteilung über Heizkörper (mindestens) 2 Rohrstränge im Haus oder in der Wohnung verlegt. In einen Rohrstrang fließt das heiße Wasser als „Vorlauf“ zu den Heizkörpern, im anderen Rohrstrang als „Rücklauf“ wieder zum Heizkessel zurück. Die Heizkörper sind zwischen diese beiden Rohrstränge eingebaut.

Beim ersten Heizkörper im System fließt das heiße Heizungswasser über den Vorlaufrohrstrang zu und über den Rücklaufrohrstrang zurück zum Heizkessel oder zum Speicher. Beim zweiten Heizkörper im System fließt das heiße Heizungswasser ebenfalls über den gleichen Vorlaufrohrstrang zu und über den gleichen Rücklaufrohrstrang zurück, allerdings ist der Rohrweg zum zweiten Heizkörper länger und darum der Fließwiderstand im Leitungsnetz größer. Mit jedem weiteren Heizkörper wird der Rohrweg länger und der Widerstand größer.

Das von der Heizungsumwälzpumpe zugepumpte heiße Heizungswasser fließt dort wo der Widerstand am Geringsten ist, eher und schneller durch den Heizkörper und dort, wo der Widerstand am Höchsten ist, eher weniger und langsamer durch den Heizkörper. Das hat dann zur Folge, dass der erste Heizkörper immer brennheiß ist und der letzte Heizkörper kaum warm wird. Die Abhilfe bisher war immer, entweder beim ersten Heizkörper das Ventil ganz zu schließen (umgangssprachlich ihn „abzudrehen), denn dann werden auch die anderen Heizkörper eher heiß, ODER eine leistungsstärkere Heizungsumwälzpumpe einzubauen, damit auch der letzte Heizkörper genug Heißwasser bekommt. Durch Einbau einer stärkeren Pumpe wurde aber das Problem nicht gelöst, dass das Wasser beim ersten Heizkörper eher durchfließt und noch schneller durchjagt und noch heiß zum Heizkessel zurückfließt.

Dazu müssen wir klären, wie der Heizkessel darauf reagiert. Der Heizkessel schaltet ab, wenn er vom Temperaturfühler im Innenraum die Meldung bekommt „voreingestellte Raumtemperatur ist erreicht“. Allerdings braucht der Heizungskessel auch einen Notstopp für den laufenden Betrieb. Kommt nämlich das Rücklaufwasser zu heiß zurück, kann die im Heizkessel erzeugte Wärme nicht mehr vom Wasser aufgenommen werden, es überhitzt sich und in so einem Notfall meldet der extra Temperaturfühler im Heizkessel „Wasser zu heiß“ und der Heizkessel schaltet ab. Wissen Sie, wann Ihr Heizkessel wieder EINschaltet?

Bei Betriebsstopp des Heizkessels läuft die Heizungsumwälzpumpe eine gewisse Zeitlang nach, um die Restwärme des Heizkessels abzuführen. Dadurch erreicht der Heizkessel die Temperatur des Rücklaufs (tiefer kann er durch das Wasser logischerweise nicht hinuntergekühlt werden). Bei Verbrennung von Gas oder Öl wird der Brennerraum noch mit Zuluft nachgespült, um Restgas oder Dämpfe sicher aus dem Brennraum zu bringen, damit es beim nächsten Start nicht zu einer Verpuffung kommt. Dadurch können der Brennraum und die Wasserrohre beim Wärmetauscher weiter abkühlen, die in der Materialmasse des Heizkessels gespeicherte Wärme „wird in den Kamin geblasen“.

Manche Heizungsumwälzpumpen stoppen nicht und laufen weiter, damit die Restwärme garantiert abgeführt wird. Gleichzeitig wird dadurch das heiße Wasser aus den Heizkörpern weitergepumpt (also zum Heizkessel zurückgepumpt und wärmt dadurch den gerade abkühlenden Heizkessel, der im Ruhezustand Wärme in den Heizraum abstrahlt oder beim Spülen des Brennraums vor dem nächsten Zünden beim Kamin hinausbläst). Zugleich wird auch das nunmehr abkühlende Kesselwasser zu den Heizkörpern gepumpt.

Wenn Sie die Heizkörper von einem Pufferspeicher aus versorgen und der Rücklauf fließt direkt in den Pufferspeicher zurück, dann zerstört das zu heiße Rücklaufwasser die Temperaturschichtung bzw. erwärmt das kühlere Speicherwasser (das die geringere Temperatur des normalen Rücklaufs hat). Fließt der Rücklauf von den Heizkörpern zuerst durch den (nunmehr abkühlenden) Heizkessel, so wird dort, wo normalerweise erhitztes Wasser in den Pufferspeicher einfließt, abkühlendes Wasser zugepumpt und zerstört an anderer Stelle ebenfalls die Temperaturschichtung.

Erst wenn der Temperaturfühler im Heizkessel meldet… „das Wasser ist kalt genug, um wieder Wärme aufnehmen zu können“ …schaltet sich der Heizkessel wieder ein.

Zurück zum Heizungswasserumlauf durch die Heizkörper: Weil der Durchfluß durch den ersten Heizkörper zu gut ist, kommt das Rücklaufwasser eher zu heiß zurück und führt dann zur Notabschaltung des Heizkessels. Später schaltet sich der Heizkessel wieder ein, bis zur nächsten Überhitzung, dann schaltet er wieder ab, und wieder ein und wieder ab, der Heizkessel taktet.

Um nun den Durchfluss durch den ersten Heizkörper zu begrenzen muss ein Durchflußbegrenzungsventil eingebaut werden, dass den Durchfluss unabhängig von der Temperaturventil-Einstellung begrenzt. Durch den ersten Heizkörper im System soll nur wenig durchfließen, durch den letzten Heizkörper im System am meisten heißes Wasser. Und diesen Abgleich nennt man dann den „hydraulischen Abgleich“ aufgrund des Durchflußwiderstandes im Heizkreislauf. Gleichzeitig sollte man die Leistung der Heizungsumwälzpumpe reduzieren. Die übermäßige Power wird nicht mehr gebraucht und damit kann Strom gespart werden. Optimal wäre dazu eine regelbare Umwälzpumpe, bei der man die Pumpenleistung ohne Stromverlust regeln kann (d.h. der Pumpenmotor verbraucht mehr Strom, je stärker die Pumpe fördern soll, Strom wird nicht durch einen Drehwiderstand „vernichtet“).

Das Herstellen eines korrekten „hydraulischen Abgleichs ist nach der Nachtabsenkung um 3°C und der spottbilligen Nachtabschaltung mittels Zeitschaltuhr die preisgünstigste Methode um Energie zu sparen. Dazu müssen Sie bloß die Thermostatventile Ihrer Heizkörper gegen Thermostatventile mit integrierter Voreinstellung und die überdimensionierte Heizungsumwälzpumpe gegen eine regelbare Pumpe mit geringerer Leistung tauschen (lassen) und das gesamte System von einem Fachmann abgleichen lassen. Siehe dazu auch die Bilder auf dieser Website.

Wie die Optimus Studie zeigte (siehe Kapitel Wärmeverluste bei Kleinfeuerungsanlagen)), sind die Leistungen von Heizungsumwälzpumpen meist dreifach überdimensioniert und mit wenig Aufwand für einen Hydraulischen Abgleich können nennenswerte Energieeinsparungen erzielt werden.

Wenn Sie mehr zum hydraulischen Abgleich wissen wollen: http://www.hydraulischer-abgleich.de

Verringerung des Taktens (Aus- und Einschalten des Brenners)

Alle Heizkessel, die überdimensioniert sind (und das dürfte der Großteil der eingebauten Heizkessel sein) müssen auch deswegen zwangsläufig „takten“, das heißt regelmäßig ausschalten, pausieren und wieder einschalten, weil zuviel Wärme in kurzer Zeit erzeugt wird, als dass diese Wärme von den Heizkörpern abgeführt werden kann. Während der kältesten Tage eines Jahres und wenn alle Heizkörper voll aufgedreht sind takten sie wahrscheinlich seltener, wenn die Außentemperatur über 0°C ist oder alle Thermostatventile bei den Heizkörpern geschlossen sind, eher häufiger.

Diese Betriebsweise eines Heizkessels nennt man „intermittierenden Brennerbetrieb“ im „Teillastbetrieb“. Dieser Teillastbetrieb ist

• „quasistationär“, wenn die Außentemperatursteuerung eine Anderung der Außentemperatur registriert und die Vorlauftemperatur erhöht,
• „instationär“, wenn eine Änderung des Wärmededarfs auftritt (beispielsweise bei Veränderung der gewünschten Raumtemperatur, beim Beginn oder Beenden der Nachtabsenkung, beim Lüften der Wohnung, beim Füllen der Badewanne, beim Nachladen des Warmwasserspeichers, etc.).

Beim Ausschalten des Brenners (im Detail bei Brennerstop („Brennerschluß“), folgender Brennerpause („Bereitschaft“) und nachfolgendem Brennerstart) kühlt der Kessel, also die Masse des Brennraums (umgebendes Blech, wassergefüllte Rohre und deren Wasserfüllung) ab. Die Wärme strahlt ab in die Heizraumluft oder verschwindet durch Wärmekonvektion in den Kamin. Ältere Heizkessel haben dickere Kesselbleche und mehr Wasserinhalt, beides benötigt mehr Wärme zum Aufheizen, die beim Abkühlen wiederum verlustig wird, als bei neueren Kesseln üblich. Diese Wärmeverluste bei alten und neuen Kesseln können sich beim häufigen Takten erheblich summieren. Nicht unüblich sind Werte bis zu 30.000 Takte im Jahr. An 365 Tagen (inklusive der Warmwasserbereitung und -bevorratung) stehen da 1.800 Stunden Brennerlaufzeit 6.960 Stunden „Bereitschaft“ (=Auskühlung) gegenüber.

Schließlich heizt ein Heizkessel mit höherer Leistung schneller auf als ein Heizkessel mit geringerer Leistung (dieselbe im Kreislauf zu führende Wärmemenge erzeugt ein 30kW-Brenner schneller als ein 15kW-Brenner). Die Abkühlzeit ist unabhängig von der Brennerleistung und in beiden Fällen gleich lang, daraus ergibt sich, dass der schnellere (=stärkere) Brenner öfter einschaltet. Während der Kessel mit geringerer Leistung noch aufheizen würde, hätte der Kessel mit der größeren Leistung bereits abgeschaltet und würde schon wieder auskühlen.

„Taktzeit“ oder „Takt“ bedeuten dabei die Zeit vom Beginn des Einschaltens des Brenners samt „Bereitschaftszeit“ nach der Abschaltung bis zum Beginn des nächsten Einschaltens, also Brennerlaufzeit + Brennerstillstandszeit, die Zeit vom Start des Brenners bis zum Ausschalten wird „Schaltspiel“ genannt. Der Begriff Bereitschaftszeit stammt noch aus der Zeit, als dauernd brennende Zündflammen einen Brenner zum jederzeitigen Starten in Bereitschaft hielten, heutzutage werden Brenner vor jedem Start mit elektrischen Funken entzündet.

Häufiges Takten kann hervorgerufen werden durch…

• …einen fehlenden „hydraulischen Abgleich“ der Heizkörper oder Heizkreisläufe,
• …schlechte, defekte oder nicht vorhandene Regelungstechnik,
• … eine konstante Schalthysterese (der Unterschied zwischen Einschalt- und Ausschalttemperatur) bei einstufigen Brennern,
• …Leistungs-Überdimensionierung des Wärmeerzeuger-Heizkessels oder mangelnde Modulationsmöglichkeit, besonders nach erfolgter Wärmedämmung des Hauses,
• …immer bei Erdgas-Durchlauferhitzer-Thermen, weil für die Trinkwassererwärmung im Durchfluß viel Leistung notwendig ist, die für die Heizung oft zuviel ist,
• …durch zu geringe Wasserinhalte von leistungsstarken Heizkesseln,
• …bei veralteten Systemen, bei denen nur die Kesseltemperatur oder Vorlauftemperatur manuell eingestellt werden kann und die Regelung von diesem Sollwert (Vorlauftemperatur) abhängt,
• …durch eine entstehende Temperaturschichtung im Pufferspeicher: Dabei steht nicht die ganze theoretische berechnete Wärmespeicherfähigkeit zur Verfügung, als Folge taktet der Heizkessel auch öfter als geplant,
• …bei vorlauftemperaturgestützter Heizungsregelung: durch eine zu hohe Heizkurve,
• …durch zu hohe Leistung der Heizungsumwälzpumpe:
  • erzeugt Gegendruck gegen den Schließdruck der Thermostatventile
  • (durch Thermostatventile oder manuell „abgedrehte“) Heizkörper ohne Wasserdurchfluß, daraus resultiert eine geringere zirkulierende Wassermenge, die die erzeugte Wärme nicht abführen kann

Abhilfe gegen zu häufiges Takten

Prinzipiell gibt es 'zwei Verfahren die Taktfrequenz zu verringern:

• Verlängerung der Heizphasen, mithilfe von
  • tief modulierenden Brennern, die ihre Leistungsabgabe reduzieren können
• Verlängerung der Schaltpausen:
  • Aufheizen des Warmwassers im Sommer nur ein bis zweimal am Tag, mit einem entsprechend dimensionierten (Trinkwasser)-Pufferkessel oder Heizungs-Pufferspeichers und externem Wärmetauscher
  • ein großer Heizungswasser-Pufferspeicher
  • durch „pulsierende Wärmeabfuhr“. Dabei wird die Heizungswasserumwälzpumpe nur dann eingeschaltet, wenn der Brenner läuft. Der Heizkreismassenstrom wird dadurch um die Wärmekapazitäten der Heizkörper erhöht, Brennereinschaltzeit und Stillstandszeit werden ausgedehnt, woraus eine Reduzierung der Start- und Stopverluste resultiert.
  • Totalabschaltung in der Nacht anstelle einer getakteten Temperaturabsenkung
  • am Beginn und am Ende der Heizperiode tagsüber stundenweise Totalabschaltung der Heizung mittels einer Zeitschaltuhr oder Einschalten nur, wenn Nutzer zuhause sind
  • eine wärmebedarfsabhängige Schalthysterese (Differenz zwischen Ein- und Ausschalttemperatur): Abhängig vom Kesselwassertemperaturverlauf werden der jeweilige Wärmebedarf oder die Auslastung des Kessels ermittelt. Daraus wird vom Regelungssystem die dazugehörige optimale Schalthysterese berechnet und in einem Bereich von 6 bis 12 K automatisch eingestellt. Im mittleren Bereich der Kesselauslastung, in dem die größten Schalthäufigkeiten auftreten, werden größere Schaltdifferenzen vorgegeben, bei großen oder kleinen Kesselauslastungen werden entsprechend niedrige Werte zugeordnet.

Pufferspeicher zur Reduzierung des Taktens

Mit Hilfe eines Pufferspeichers kann erzeugtes Heißwasser (Heizungswasser oder Trinkwasser) bevorratet werden, wodurch der Brenner nicht so oft einschalten muss, das Takten wird verringert. An den kältesten Tagen laufen die Heizkessel im Vollastbetrieb, da muß kein Wasser aufgehoben werden. Dies erfolgt nur an Tagen mit geringerem Heizwärmebedarf. Pufferspeicher erhöhen die Wärmekapazität einer Heizungsanlage. Die Bauform ist bei Volumina bis 1000 Liter fast immer stehend, hoch und schmal, damit eine gute Wärmeschichtung entstehen kann. Alle extra Einlässe sollten gut wärmegedämmt sein.

Speziell Festbrennstoffkessel, die ja nicht einfach abgeschaltet werden können, benötigen Wärmespeicher. Diese Heizsysteme haben nach Ende der Brennstoffzufuhr eine Nachheizzeit und der Wasserspeicher ist zwangsläufig nötig, um die komplette erzeugte Wärmeenergie aufzunehmen bis der Brennstoff vollständig ausgebrannt ist. Entweder es werden kleinere „Lastausgleichsbehälter“ (LAB) verwendet (und oberhalb des Heizkessels angebracht, damit das Wasser durch natürliche Konvektion —warmes Wasser steigt auf, kaltes Wasser sinkt ab — erwärmt wird und keine Pumpe notwendig wird) oder größere Pufferspeicher, dann braucht bisweilen nur einmal am Tag nachgelegt oder angefeuert werden.

Auch wenn die Wärme nicht dann benötigt wird, wenn sie erzeugt werden kann (etwa bei solarthermischen Anlagen) wird ein Pufferspeicher benötigt).

„hydraulische Entkoppelung“ (oder „hydraulische Weiche“ genannt)

Pufferspeicher dienen nicht nur zur Wärmebevorratung, sie dienen als hydraulische Entkoppelung zur Trennung von

• unterschiedlichen Heizsystemen (beispielsweise ein vorhandener Ölheizkessel und eine ergänzte solarthermische Anlage) bringen über Rohrwendel Wärme ein
• unterschiedlichen Wasserkreisläufen (Heizkörperkreis, Fußbodenheizungskreis, Trinkwassererwärmung)
• unterschiedlichen Wassermengenströmen, wenn der Wasserdurchfluß durch das Heizsystem größer ist, als der maximale Wasserdurchfluß beim Heizkessel)

Mittels innenliegender Rohrwendel-Wärmetauscher

• kann beispielsweise von einer Solaranlage oder einem Heizkessel Wärme eingebracht werden
• oder Wärme zu verschiedenen Heizsystemen (Fußbodenheizung, Heizkörper) getrennt ausgebracht werden
• oder erhitztes Trinkwasser oder Wärme zur Trinkwassererwärmung ausgebracht werden.

Dabei gibt es verschiedene Bauart-Typen:

• Wasserkessel, die nur für Trinkwasser (zum Waschen, Duschen, Baden, etc.) verwendet werden und dabei vom Trinkwasser durchströmt werden. Das Wasser wird
  • entweder im Speicher erhitzt oder wiederaufgewärmt (z. B. Elektroboiler oder bei Wärmepumpen mit elektrischer Stützheizung).
  • oder direkt in oder neben dem Heizkessel mittels eines Sekundär-Wärmetauschers erhitzt und dann im Trinkwasser-Speicherkessel gespeichert.

Speicherung von warmem Trinkwasser

• Wasserkessel, die nur zur Trinkwassererwärmung dienen, aber ausschließlich Heizungswasser enthalten und dazu über zwei Wasserkreisläufe verfügen. Der erste Kreislauf wird durch Heizungswasser gespeist, das vom Heizkessel und der Heizungspumpe im Kreislauf gepumpt wird (dazu wird das Heizungswasser zu diesem Kessel umgeleitet). Mit einem extra Kreislauf (für den eine extra Pumpe notwendig ist) wird in einem „Frischwassermodul“ (einem externen Wärmetauscher, erklärt ein paar Zeilen weiter unten) das kalte Trinkwasser erwärmt. Die zwei Kreisläufe erlauben es, dass der Speicher nur bei Bedarf nachgeheizt wird. Gäbe es nur einen Kreislauf (Speicher --> Wärmetauscher --> Heizkessel --> Speicher) und würde nicht nachgeheizt, dann wirkt der kalte Heizkessel als zusätzlicher Abkühlkörper, der aus dem Kreislaufwasser, das vom Trinkwasserwärmetauscher kommt, weitere Wärmeenergie abführt.

Speicherung von Heizungswasser

• Pufferkessel, die das Heizwasser für die Heizung speichern:
  • bei denen stehendes Wasser als Speichermedium für Wärme dient. Die Wärme wird über innenliegende Rohrwendel-Wärmetauscher („hydraulische Weiche“) ein- und ausgebracht.
  • oder Pufferkessel, die im gesamten Volumen von erwärmtem Heizungswasser durchflossen werden und in den gesamten Heizkreislauf eingebunden sind. Die Wärme wird direkt über das Heizwasser und (beispielsweise solarthermisch erwärmtes Wasser) über innenliegende Rohrwendel-Wärmetauscher ein- und ausgebracht.

Nachteilig bei wasserdurchflossenen Speicherkesseln ist die mögliche stärkere Vermischung des Kesselinhalts beim Einlagern von Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen

• beispielsweise wenn der Heizungsrücklauf zu heiß ist,
• wenn der Heizkessel im Stillstand auskühlt und zugleich das Heizungswasser abkühlt und dieses kältere Wasser mit der Restwärme in den Pufferspeicher gepumpt würde (das Zurückbringen von halbwarmem Wasser in einen Heizkessel als Speicher-„Rücklauf“ kann aber dazu führen, dass bei Brennwertkesseln der Brennwert nicht genutzt werden kann).
• wenn von einer Solaranlage nur wenig erwärmtes Wasser eingelagert wird.
• wenn zurücklaufendes Trinkwasser aus einer Zirkulationsleitung für den Kaltwasserbereich zu warm ist

Schichtenspeicher, Zonenspeicher, Schichtladespeicher

Schichtenspeicher oder Zonenspeicher werden alle Wasserspeicher genannt, bei denen das Wasser in verschiedenen Schichten (oben heißes Wasser, unten kaltes Wasser) gespeichert werden sollte. „Sollte“ deswegen, weil in der Praxis nicht alles erfüllt wird, was Herstellerprospekte vollmundig versprechen:

Eine Zerstörung der Temperaturschichtung kann entstehen:

• durch die Art der Wassereinbringung (beispielsweise direkter Zulauf ohne Prallbleche),
• durch Einbringen unterschiedlich heissen Wassers (aus Sonnenkollektoren oder zu heißem Heizungsrücklauf)
• infolge zu starkem Durchfluss (zu starke Umwälzpumpe oder zu schneller Rückfluss wegen fehlendem hydraulischen Abgleich der Heizkörper)
• durch partielle Abkühlung (wegen eingebauter Rohrschlangen)

Zum Einbringen von Wasser mit unterschiedlichen Temperaturen gibt es verschiedene Systeme:

• Schichtladesysteme, die die Wassertemperatur prüfen und das Wasser dann in unterschiedlichen Höhen in den Speicher fließen lassen (beispielsweise SOLARFOCUS-System),
• ein senkrechtes Steigrohr außerhalb des Kessels (TISUN-Speicher),
• ein senkrechtes Steigrohr innerhalb des Kessels,
  • aus denen das Wasser dann waagrecht (OSKAR-Speicher)
  • waagrecht mithilfe von Klappenventilen (SOLVIS-Speicher);
  • oder schräg nach unten (SAILER-Speicher)

…in der entsprechenden Temperaturzone in den Speicherraum geschichtet wird; diese Rohre werden dann je nach Hersteller

• • „Schichtlanze“
  • Schichtrohr (Speedpower Sandler-EFG)
  • „Schichtungskäfig“ (Fröling)

…genannt.

Die Einbringung erfolgt auf den zugehörigen Temperaturebenen, die Ausbringung entsprechend dem Verwendungszweck direkt oder über innenliegende Rohrwendel. Innenliegende Rohrwendel haben den Nachteil, dass Wärme (zur Trinkwassererwärmung) aus einer Schicht abgeführt wird oder (aus Solarkollektoren) in eine Schicht zugeführt wird und dies erst recht wieder zu einer Verwirbelung und Vermischung des gespeicherten Heißwassers führt (was ihnen den scherzhaften Beinamen „Rührspeicher“ eingebracht hat).

Speziell bei Brennwertkesseln ist es wichtig, dass nur Wasser mit der kältesten Temperatur in den Heizkessel gelangt, damit der Brennwerteffekt wirklich genutzt werden kann (sofern nicht mit Zuluftvorwärmung gearbeitet wird).

Schichtladespeicher werden hauptsächlich für die Speicherung von solaren Wärmeerträgen empfohlen. Doch der Einsatz von Schichtenladesystemen ist immer dann sinnvoll, wenn zu speicherndes Heißwasser mit unterschiedlichen Temperaturen gespeichert werden soll und dies trifft auf jeden Heizkessel zu. Denn die Rücklauftemperaturen sind immer unterschiedlich. Strömt „theoretisch abgekühlter“ Rücklauf zu heiß in einen gewöhnlichen Speicher so kann es zu Vermischung kommen. Wird dann unten vermeintlich kühleres Kesselwasser abgezogen, um im Heizkessel Wärme aufzunehmen, und ist es zu warm, kann mitunter der Brennwerteffekt nicht einsetzen.

Kesselformen

Von diesen o.a. Kesseltypen gibt es Spezialformen, je nachdem wie damit Trinkwasser erwärmt wird:

• „Kombikessel“ bei denen das Trinkwasser in einem eingebauten Reservoir oder in eingebauten Rohrwendeln vorrätig ist und ständig auf der Temperatur des umgebenden Heizungswassers gehalten wird. Nachteilig dabei ist, dass Bakterien sich im ständig warm gehaltenen Wasser vermehren können und Kalk sich an den inneren Rohrschlangenwandungen absetzen kann und die Rohre verstopfen kann. Gerippte Rohrwendeln helfen angeblich die Ablagerung von Kalk zu vermindern.
  • Wird Trinkwasser warm gespeichert, dann können sich in den geeigneten Temperaturschichten im Wasser vorhandene Bakterien (Legionellen, Coli-Bakterien) und harmlose Algen vermehren. Abhilfe dagegen wäre eine Erwärmung des Trinkwassers über ca. 65°C oder einmal pro Woche eine Erwärmung auf 80°C (mithilfe einer automatischen „Legionellenschaltung“). Nachteilig dabei ist:
  • Oberhalb von ca. 55°C fällt der Kalk vermehrt aus dem Wasser aus und Wärmetauscherrohre überziehen sich mit einer isolierenden Kalkschicht
  • Verkalken die Wärmetauscherrohre wird der Wärmeübergang behindert, das Wasser benötigt länger bis es heiß wird oder erreicht nicht mehr die gewünschte Endtemperatur
  • Verkalken die fix eingebauten Wärmetauscherrohre zu stark und verschließen sich, dann muß meist der ganze Kessel ausgetauscht werden
  • Es wird zwar der Speicher regelmäßig erhitzt, aber die sonstigen Heißwasserleitungen, in denen mit möglichen Legionellen belastetes Wasser zu stehen kommt, nicht mit dem Heißwasser gespült (sofern nicht regelmäßig Warmwasser gezapft wird)

• in Lagerkessel wird erhitztes Trinkwasser nur eingelagert und von dort zum Verbraucher geschickt.

Trinkwassererwärmung mit einem „Frischwassermodul“

Dabei wird Heißwasser (aus einem Kombikessel oder Trinkwasserspeicher) u.U. mit einer extra Pumpe durch einen außerhalb des Speichers angebrachten Plattenwärmetauscher (der aus einer Kupferlegierung oder Edelstahl gebaut ist) gepumpt. Die Pumpe startet, wenn ein Strömungssensor das Abzapfen von Trinkwasser aus der Warmwasserleitung signalisiert. Mit so einem Frischwassermodul wird kaltes Trinkwasser nur beim Durchfluß durch den Wärmetauscher erhitzt, Bakterien werden ständig ausgespült und bei kalkreichem Trinkwasser kann bei Verkalkung der außen situierte Wärmetauscher leichter gereinigt oder ausgetauscht werden.

• • Bei einem innenliegenden Rohrwendel-Wärmetauscher fließt nur das Wasser im Rohr, das umgebende abkühlende Speicherwasser sinkt langsam ab und durchmischt die Wärmeschichtung. Während sich das durchfließende Wasser erwärmt, sinkt gleichzeitig der Temperaturunterschied zwischen beiden Seiten, wodurch die Übertragung der Wärme ineffizienter wird. In einem Plattenwärmetauscher strömt das Wasser auf beiden Seiten der Wärmetauscherplatte, das wärmende Wasser wird laufend durch heißes Wasser ersetzt, das erwärmte Wasser wird laufend durch durch kaltes nachströmendes Wasser ersetzt. So bleiben der Temperaturunterschied und der Wärmeübertrag ständig maximal.
  • Die Erwärmung mit einem externen Plattenwärmetauscher ist deshalb immer besser, aber bei der Investition teurer. Bei kalkreichem Trinkwasser zahlt sich die Amortisation aus, es sei denn Ihr Heizungsinstallateur garantiert Ihnen schriftlich die Haltbarkeit des Kombispeichers gegen Kalkausfall für sagen wir 10 Jahre.

Probleme mit Pufferspeichern

• Pumpt eine Speicherladepumpe mehr Heißwasser vom Heizkessel in den Speicher als eine Entnahmepumpe (die Heizungsumwälzpumpe) gleichzeitig entnimmt und abgekühlten Heizungsrücklauf zurückbringt, dann saugt die Speicherladepumpe noch nicht abgekühltes heißes durchmischtes Wasser aus dem Speicher ab, um es anstelle des kalten Rücklaufes in den Heizkessel zu pumpen (derselbe Effekt tritt ein, wenn kein Pufferspeicher existiert und das zu heiße Heizungswasser von den Heizkörpern zurückkommt)
  • das hat bei Brennwertkesseln zur Folge, dass der Brennwerteffekt zunichte gemacht wird,
  • kann der Heizkessel modulieren, dann reduziert der Brenner die Heizleistung bis zum Minimum oder muss abschalten (er taktet),
  • ein Modell, das nicht moduliert, schaltet gleich ab (der Heizkessel taktet).
• Ist die Entnahmepumpe zu stark, kühlt der Speicher schneller ab als er aufgeheizt werden kann und die Entnahmepumpe saugt abgekühltes Mischwasser ab und pumpt es zu den Heizkörpern (oder zur Trinkwassererwärmung).

Pufferspeicher weisen eine Wärmeabstrahlung auf („Bereitschaftsverluste“), die Abstrahlung ist aber meist geringer als die vermiedenen Takt-Verluste.

Größe des Pufferspeichers

Die Wärmeabstrahlung der Oberfläche steigt nicht linear mit dem Volumen, da das Volumen eine „Kubikfunktion“ ist, die Fläche aber eine quadratische Funktion. Ein doppelt so großer (doppelt voluminöser) Pufferspeicher hat demnach nicht die doppelte Abstrahlung, da seine Oberfläche nicht doppelt so groß ist.

Anhand eines (fiktiven) kugelförmigen Speichers erkennt man das auf den ersten Blick:

${\text{Volumen}}_{\text{Kugel}}={\frac {4}{3}}\pi r^{3}$

${\text{Oberfläche}}_{\text{Kugel}}=4\pi r^{2}$

Für einen zylinderförmigen Speicher gelten die Formeln:

${\text{Volumen}}={\text{Grundfläche}}\cdot {\text{Höhe}}=\pi r^{2}\cdot h$

${\text{Oberfläche}}={\text{Mantelfläche}}+2\cdot {\text{Grundfläche}}$

${\text{Oberfläche}}={\text{Umfang}}\cdot {\text{Höhe}}+2\cdot {\text{Grundfläche}}$

${\text{Oberfläche}}=2\pi r\cdot h+2\pi r^{2}$

Da erkennt man auf den ersten Blick den Zusammenhang nicht, nimmt man aber die Höhe h gleich dem Radius r an, so ändern sich die Formeln zu:

${\text{Volumen}}={\text{Grundfläche}}\cdot {\text{Höhe}}=\pi r^{2}\cdot r=\pi r^{3}$

${\text{Oberfläche}}=2\pi r\cdot r+2\pi r^{2}$

${\text{Oberfläche}}=2\pi r^{2}+2\pi r^{2}$

${\text{Oberfläche}}=4\pi r^{2}$

… und die Oberfläche entspricht einer quadratischen Funktion.

Den tatsächlichen Wärmeverlust unterschiedlicher Kesselgrößen kann man aus entsprechenden Datenblättern der Hersteller ablesen.

Stützheizungen bei Pufferspeichern

Erwärmt eine solarthermische Anlage einen Pufferspeicher auf beispielsweise 60° C, so kann die Differenz auf eine Vorlauftemperatur von 80° C zwar mit einem Brennwertkessel erreicht werden, da aber das kälteste Wärmetauschermedium 60° C hat, erfolgt keine Kondensation des Wasserdampfes aus dem Abgas. Der solare Gewinn geht als Brennwertverlust verloren (der Brennwertverlust kann dann nur durch ein Zuluft-Vorwärmsystem kompensiert werden).

Bei Wärmepumpen werden oft Stromheizschlangen für eine Temperaturanhebung eingesetzt. Zur Aufheizung von Warmwasser ist das Energieverschwendung oder ein unnötiger Wärmeverlust, da heisses Wasser durch Kaltwasserzugabe erst recht wieder auf 36–45° C Nutztemperatur heruntergekühlt wird.

ein Wärmesiphon gegen Konvektionsverluste der gespeicherten Wärme

Früher war es gang und gäbe, Warmwasser ohne Pumpe aufgrund der Dichteunterschiede durch die Heizungsanlage zirkulieren zu lassen. Unbeabsichtigte Wärmezirkulation kann aber Wärmeverluste verursachen.

In jedem warmwassergefüllten Leitungsrohr kühlt das Wasser zwangsläufig ab. Das Rohrmaterial wird erwärmt, das Wasser gibt die Wärme an das Rohrmaterial ab, egal ob das Rohr eine Wärmedämmung aufweist oder nicht. Existiert keine Rohr-Wärmedämmung erfolgt die Abkühlung noch schneller.

Das nunmehr kühlere Wasser sinkt ab und sammelt sich unten, das wärmere Wasser steigt auf. In senkrechten oder schräg nach unten geführten Rohren fließt das abgekühlte Wasser an der Rohrwandung nach unten, in waagrecht verlegten Rohren sammelt sich das kühlere Wasser in der unteren Rohrhälfte an und fließt bei der nächsten Abzweigung oder beim nächsten Knick nach unten, während warmes Wasser von unten (in der Rohrmitte bei senkrechten Rohren) nachströmt.

Das Problem taucht dort auf, wo von einem Warmwassererzeuger oder Warmwasserspeicher ein Rohr nach oben wegführt. Beispielsweise in den Heizkreis des Hauses nach oben. Dort fließt auch abgekühltes Wasser in dem Rohr zurück, das eigentlich Heißwasser zu den Heizkörpern transportieren soll. Gerade wenn die Heizungswasserumwälzpumpe nicht läuft, rinnt von oben abgekühltes Wasser an der heißesten Zone in den Speicher oder Heizungskessel hinein. In einem Speicher wird dadurch die Warmwasserschichtung zerstört, ein Heizkessel (in einer Pause beim Takten) kühlt dadurch schneller ab.

Abhilfe gegen diese „Kriechwärmeverluste“, „Gegenstromzirkulation“ oder „Fehlzirkulation“ schafft ein sogenannter „Thermosiphon“, auch „Wärmesiphon“ oder „Wärmefalle“ genannt.

Dazu wird das aus dem Speicher oder Heizkessel oben herausgeführte Rohr möglichst bald nach unten abgelenkt eingebaut (weil ja auch in waagrechten Rohren das Wasser abkühlt). Gewiefte Kesselhersteller bieten deshalb ihre Kessel nur mit schräg nach unten führenden Stutzen an. Das abwärtsführende Rohr soll ca. 15-20 cm nach unten führen und erst dann wieder nach oben. Eine Faustregel für die Tiefe des Wärmesiphons lautet „das drei- bis zwölffache des Rohrinnendurchmessers“. Zu lang soll es auch nicht sein, weil jeder Zentimeter überflüssiges Rohr führt zu Wärmeverlusten. Optimal wäre es, wenn das Rohr dort aus schlecht wärmeleitendem Material wäre (Kunststoffrohr oder Edelstahlrohr), um die Wärmeleitung zu unterbinden.

Meist stört die vorgefertigte Wärmedämmung des Speicherkessels das Vermeiden waagrechter Rohrstücke. Im Heizkeller muss kein Designpreis gewonnen werden, da darf ein Rohr auch schräg sein. Bloß wissen das etliche Installateure/Klempner noch nicht.

Wärmesiphone müssen bei thermischen Solaranlagen eingebaut werden, damit das Warmwasser aus dem Speicher nicht nach oben aufsteigt, in der Nacht abkühlt und kalt in den Speicher zurückrinnt.

ein Luftsiphon gegen Konvektionsverluste der Heizraumluft

Strahlt die Heizungsanlage Wärme ab, so werden durch diese Wärmestrahlen andere Oberflächen (von den umgebenden Mauern, von Möbeln im Raum und eingelagerten Gegenständen) erwärmt. Die Heizraumluft strömt sowohl an den warmen Oberflächen der Rohre und der solcherart erwärmten Oberflächen vorbei und nimmt diese Wärme auf. Der Heizraum wird warm und eigentlich geht laufend Wärme verloren.

Kellerfenster sind meist nahe der Kellerdecke situiert und werden zur Frischluftzufuhr meist gekippt. Bei einem offenem oder gekippten Fenster verlässt darunter liegende warme Raumluft nach oben aufsteigend den Raum. Gleichzeitig fließt als Ausgleich kalte Luft von außen zum Kellerboden und drückt zusätzlich den darüberliegenden Warmluftpolster beim Fenster hinaus. Ergebnis: Der Kellerraum füllt sich bis zur Oberkante des Fensters mit kalter Luft. Dieser deutliche entweichende Warmluftstrom ist außen am Kellerfenster meist gut erfühlbar. Solche schleichenden Wärmeverluste treten auch bei jedem anderen zur Lüftung dauerhaft gekippten oder geöffneten Fenster auf, beispielsweise in einem Wäschetrocknungsraum, Abstellraum, Schlafzimmer oder WC-Raum.

In Wohnräumen kann man das Problem des Entweichens von Warmluft an der Oberkante des Fensters dadurch vermindern, indem man eine Fensteraußenjalousie schließt und nur einen waagrechten Spalt zum Lüften unten offen lässt. Besser wäre es, Fenster zum Durchschauen und als Lichtquelle zu benutzen, aber im Winter nicht als Dauerlüftungsöffnung, gerade deswegen wird häufig der gute Rat gegeben, Lüften durch kurzzeitiges Stoßlüften zu bewerkstelligen. Optimal wäre beispielsweise in einem Schlafraum (beim Neubau) eine Lüftungsöffnung in Bodennähe vorzusehen, zusätzlich zum Fenster.

Eine Lüftungsöffnung in Bodennähe einbauen oder einen Luftsiphon basteln

Abhilfe gegen diese Wärmeverluste nach draußen schafft ein sogenannter „Luftsiphon“, das ist ein vom ausgeschnittenen Kellerfenster oder einer vergitterten extra Lüftungsöffnung zum Kellerboden führendes Lüftungsrohr mit ausreichend breitem Querschnitt, ungefähr 10 cm über dem Boden endend, alternativ dazu eine Lüftungsöffnung in Bodennähe. Dadurch kann zwar Frischluft für die Verbrennungszuluft einfließen, die warme Raumluft aber nicht nach außen abfließen. Der warme Luftpolster wärmt dann die Kellerdecke, die ja gleichzeitig der Boden des darüberliegenden Geschoßes ist oder steigt bei der Kellerstiege nach oben oder die warme Luft wird von der Heizungsanlage als Frischluft angesaugt.

Über sogenannte (Wikipedia:)Luftbrunnen oder unbenutzte Hausbrunnenschächte kann Frischluft über das Erdreich vorgewärmt werden (nicht in Gegenden mit hoher Radonbelastung im Untergrund). Ein extra gegrabener Luftbrunnen könnte simuliert werden, indem man einen Luftsiphon in einen bestehenden unbenutzten Hausbrunnen leitet, wo die kalte Luft absinkt und an den Brunnenwänden erwärmt wird (was bei benutzten Brunnen im Winter zum Einfrieren der Leitung führen kann).

In Niedrigenergiehäusern werden Heizkessel auch in beheizten Räumen (Wohnräumen) aufgestellt, um die Abstrahlverluste der Raumluft direkt zuzuführen. Einen Heizkessel am Dachboden aufzustellen bringt nur Ersparnis beim Kaminbau.

Durch Lüftung im Sommer bringt man Feuchtigkeit in den Keller. Die warme Außenluft im Sommer nimmt nämlich viel Feuchtigkeit auf. Am kalten Kellerboden und an den kalten Außenwänden kondensiert die Feuchtigkeit zu Wasser und wird vom Mauerwerk aufgesogen. Wenn man es vermeiden kann, sollte man den Keller im Sommer nicht lüften. Auch darum ist eine „raumluftunabhängige Luftzuführung“ zu einem Heizkessel zu bevorzugen.

an kühlen Sommertagen nicht gleich heizen

Schon in der Schule wird gelehrt, dass es besser ist, einen Pullover anzuziehen, anstatt gleich die Heizung in Betrieb zu setzen.

Verbrennungsluftvorwärmung mit einem Luft-Abgas-System

Ein Luft-Abgas-System mit Luftvorwärmung kann Abgasverluste vermindern, es wirkt aber nur bei Betrieb des Brenners, nicht um Stillstandsverluste zu verringern.

Bei einem Luft-Abgas-System wird die Frischluft für eine „raumunabhängige Luftzufuhr“ über den Kamin angesaugt. Entweder es wird nur ein Abgasrohr in den Kamin eingezogen, dann erfolgt die Frischluftzufuhr durch den Luftspalt zwischen Rohr und Kaminmauerwerk. oder wenn es die Platzverhältnisse zulassen kann auch ein Rohr-im-Rohr-System eingezogen werden, durch das innere Rohr gelangt das Abgas nach außen, durch das äußere Rohr die Frischluft zum Ofen.

Mit einem „Luft-Abgas-System MIT Luftvorwärmung“ kann die für die Verbrennung benötigte Frischluft vorgewärmt werden. Bei Luft-Abgas-Systemen OHNE Luftvorwärmung ist das innere Abgasrohr außen (also an der Zuluftseite) wärmegedämmt, damit der Auftrieb erhalten bleibt, bei Luft-Abgas-Systemen MIT Luftvorwärmung ist das Abgasrohr NICHT wärmegedämmt und meist aus Edelstahl (weil dieses Material die Wärme besser leitet). Kaminsysteme mit der Wärmedämmung am inneren Rohr sind zur Luftvorwärmung natürlich nicht geeignet.

Bei Luft-Abgas-Systemen MIT Luftvorwärmung ist allenfalls die Außenwandung des Zuluftrohres wärmegedämmt,

• bei Außenkaminen außerhalb des Hauses, um zu verhindern, dass die vorgewärmte Zuluft wieder abkühlt (beispielsweise das dreiwandige Kaminsystem, System NIROFIRE, hm-gebaeudetechnik.com)
• bei Innenkaminen, damit der Kamin nicht zur Kältebrücke wird und erst recht wieder durch Raumluft von außen erwärmt ird (was zu Wärmeverlusten und Unbehaglichkeit) führt.

Für so ein Luft-Abgas-System mit Luftvorwärmung ist ein Saugzuggebläse notwendig (bei Brennwertheizkesseln serienmäßig eingebaut)

• weil das abgekühlte Abgas keinen Auftrieb mehr hat
• weil den Auftrieb dann die erwärmte Frischluft hat, die deshalb nicht mehr nach unten sinken würde.

Zwar benötigt das Gebläse Strom, aber die Ersparnis bei Brennwertnutzung ist höher als die Stromkosten. Die Ersparnis der sonstigen Abgasverluste (etwa bei Niedertemperaturkesseln) liegt meist bei etwa 4 %.

Im Gegenstromprinzip kühlt das nach oben strömende Abgas ab und die nach unten strömende Frischluft wird vorgewärmt. Im inneren Edelstahlrohr rinnt dann Kondensat nach unten. Bei Gasbrennern kann das Kondensat (je nach den gesetzlichen Vorschriften) in die Hauskanalisation direkt eingeleitet werden, bei Ölbrennern muss (je nach Schwefelgehalt des Heizöls und nach den gesetzlichen Vorschriften) das Kondensat vorher neutralisiert werden.

Zweckmäßigerweise wird der Kamin vorher vom Schornsteinfeger gründlich von Ruß befreit, damit Ruß nicht den Brenner verstopft. Die Frischluft wird durch Öffnungen unterhalb des Schornsteinkopfes angesaugt.

Bei modulierenden Brennwertkesseln wird die Abgastemperatur dann hoch sein, wenn der Brenner unter Vollast betrieben wird und die Rücklauftemperatur hoch ist, also an den kältesten Tagen des Winters. In der Übergangszeit mit milderen Außentemperaturen arbeitet der Brenner mit geringerer Leistung und der Heizkessel mit niedrigeren Rücklauftemperaturen. Da kühlt der Wärmetauscher das Abgas ohne Probleme unter den Taupunkt. Im Sommer ebenso, noch dazu ist da das kalte Trinkwasser das kälteste Wärmetauschermedium.

Strittig ist, ob damit an den wenigen ganz kalten Tage im Jahr so viel Energieersparnis erreicht werden kann, dass sich ein teures doppelschaliges Luft-Abgas-System in einem überschaubaren Zeitraum amortisiert. Bei Brennwertkesseln ist es nur wichtig den Taupunkt zu unterschreiten (48°C bei Heizöl, 57°C bei Gas, 68°C bei Holzkesseln, die verbliebene Restwärme des Abgases ist wegen der geringen Wärmespeicherfähigkeit von Gasen und des geringen Wasserdampfgehalts (siehe dazu Optimierung von Kleinheizungsanlagen/ Die häufigsten Irrtümer#Taupunkt) vernachlässigbar wenig. Der Wärmegewinn aus dem Abgas resultiert ja zum Großteil aus der Abkühlung des Abgases gegenüber Niedertemperaturkesseln (mit etwa >120°C Abgastemperatur) auf die oben angeführten Taupunkt-Temperaturen und aus der rückgewonnenen Verdampfungswärme der enthaltenen kondensierbaren Rauchgasbestandteile. Gase haben eine geringe Wärmespeicherfähigkeit, bei Wärmeaufnahme ändern sich Druck (Auftrieb) und Volumen.

Es besteht (rein theoretisch) die Möglichkeit, die Frischluft vom Dachboden anzusaugen, indem dort oben die Schornsteinputztüre offen gelassen wird (das Abgas wird durch das Edelstahlrohr bis zum Kaminkopf geleitet). Auf den ersten Blick erscheint das günstiger, da die Dachbodenluft meist solar vorgewärmt ist und dieser Wärmegehalt im Wärmetauscher des Heizkessels genutzt werden könnte. Bei genauer Betrachtung lässt sich aber erkennen, dass das ausströmende Abgas nur bis zur Temperatur der zuströmenden Frischluft abgekühlt werden kann. Was an solarthermischer Wärme gewonnen wird, geht gleichzeitig als Abgaswärmeverlust verloren.

Dagegen spricht auch, dass zu Zeiten wenn die Dachbodenluft heiß ist, das kälteste Wärmetauschmedium im Brennwertnutzungsprozess das zu erwärmende Kaltwasser ist, die Abgase wurden daher schon auf die Temperatur des Wassers abgekühlt. Die angesaugte warme Dachbodenluft trifft dann im Gegenstrom auf das kalte Abgas und gibt die erhoffte Solarwärme an das gerade durch den Kamin entfleuchende Abgas ab. Sinn ergäbe es daher nur, die Zuluft durch ein freies Kaminrohr aus dem Dachboden anzusaugen. Ein offener Schacht bildet leider eine mögliche „Feuerbrücke“ vom Heizraum zum Dachboden, durch den sich ein allfälliger Brand ausbreiten könnte, also wird Ihnen so ein System vermutlich nicht genehmigt werden (aber man könnte eine Abschottung einbauen, die sich unter Hitzeeinwirkung aufbläht und die dann die Feuerbrücke verstopft, aber das muss ihr Schornsteinfeger genehmigen).

Die optimale Lösung wäre allenfalls, wenn die Abgase generell durch einen Ersatzschornstein an der Außenwand oder durch ein Rohr in einem freien Kaminzug abgeleitet werden. Im tiefen Winter (wenn die Rücklauftemperaturen hoch sind) sollte dann die Frischluft durch das Abgas vorgewärmt werden. Dazu muß aber das Zuluftrohr an der Außenseite wärmegedämmt sein, sonst geht die geradene aufgenommene Abwärme gleich wieder verloren. Die Notwendigkeit der Wärmedämmung von außen geführten Luft-Abgassystemen haben 2012 erst 2 Hersteller erkannt, behelfsmäßige Ersatzlösungen (ein einschaliges Edelstahlrohr in einem Mantelstein geführt) müssen ebenfalls extra wärmegedämmt werden.)

Wird ein Luft-Abgas-System in einen bestehenden Kamin eingebaut, dann kühlt die angesaugte Frischluft den Kamin ab. Speziell im Bereich der obersten Geschoßdecke kann dabei Schimmelbildung auftreten, wenn Feuchtigkeit aus der Raumluft am kalten Bauteil kondensiert und die Mauer vernässt.

Die Kaminöffnung von neu zu errichtenden Abgaskaminen muss je nach den jeweiligen gesetzlichen Vorschriften üblicherweise mindestens einen Meter oberhalb der Oberkante des höchsten Fensters (Dachschrägenfenster, eigenes Haus, ev. Nachbarhaus) situiert sein. Dazu am Besten den Schornsteinfeger befragen.

Das Abgas kann nur auf die Temperatur des kältesten Wärmetauschermediums gekühlt werden. Ein Luft-Abgas-System bringt daher nur dann Nutzen, wenn das Abgas nicht durch Wasser gekühlt werden konnte, also wenn die Rücklauftemperatur zu hoch ist. Wird nun solar erwärmte Dachbodenluft oder warme Heizraumluft im Gegenstrom zum Abgas als Zuluft angesaugt, so kann dieser Wärmegewinn nicht zur Kondensation genutzt werden. Darum macht es mehr Sinn kalte Zuluft von außen direkt anzusaugen (die das Abgas weiter abkühlt), anstatt vorgewärmte Heizraumluft. Die Ansaugung von warmer Zuluft bringt dem System nur dann Wärmegewinn, wenn diese Wärme nicht vom eventuell kühleren Abgas abgekühlt wird, also die Zuluft direkt dem Brennraum zugeführt wird. Ansonsten sollten Wärmeverluste, die im Heizraum entstehen, besser in Kellerräume oder Wohnräume weggelüftet werden oder die Kellerdecke erwärmen.

Speziell bei Neubauten muss viel Heizwärme zur Abtrocknung der baufeuchten Mauern aufgebracht werden. Da ergäbe es Sinn, in den ersten Jahren, die derart feuchte (und durch die Verdunstung abgekühlte) Kellerluft anzusaugen und erst später das bereits installierte Luft-Abgas-System in Betrieb zu nehmen. Die Restfeuchte des Abgases nach der Kondensation ist konstant und entspricht dem Wirkungsgrad der Kondensation. Ein Mehr an Wasserdampf, der so durch die Zuluft ins System eingebracht wird führt auch zu einem Mehr an Kondensation und Rückgewinnung der beim Verdunsten benötigten Wärme, aber vielleicht auch zu unvollständigerer Verbrennung und zu einer Verringerung der Abgastemperaturen vor dem Wärmetauscher.

Beheizung von Stiegenhaus, Keller, Garage, Wintergarten oder Gewächshaus

Eine Alternative zu einem Luft-Abgas-Systemkamin besteht auch in der Beheizung von Nebenräumen mit dem Rücklauf eines Brennwertkesselsystems. Läuft das Heizwasser beispielsweise mit 30°C zurück zu Ihrem Heizkessel, so leiten sie DIESES Rücklaufwasser vorher noch durch Heizkörper im Stiegenhaus, Keller, in der Wohngarage oder durch Bodenschlangen im ansonst unbeheizten Wintergarten oder (Anlehn)Gewächshaus. Damit kühlen sie das Rücklaufwasser weiter ab und das Abgas ebenso. Wärme, die sonst mit dem warmen Abgas durch den Kamin entfleuchen würde, wärmt dann die Nebenräume. Sie müssen nur den sehr geringen Wärmeinhalt des kalten Abgases beachten, also die Wärmeströme. Denn relativ wenig Abgaswärme kann nicht für viel zu speichernde Wasserwärme sorgen. Das Abgas wird zwar sicher abgekühlt, das Rücklaufwasser aber eventuell nicht allein durch die Restwärme des Abgases erwärmt, sondern auch durch reguläre Heizwärme. Sonst erhöht sich der Energiebedarf oder die Wohnräume werden nicht mehr warm genug.

Wintergarten

Wärmetauscher zum Nachrüsten

Es sind auch Wärmetauscher erhältlich, die nachträglich zwischen Heizkessel und Kamin eingebaut werden und aus jedem gewöhnlichen Heizkessel einen Brennwertkessel machen können.

Einbau einer rücklauftemperaturabhängigen Heizungsregelungsanlage

Veraltete Heizungsregelungsanlagen regeln nur die Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur (außentemperaturgeführte Regelung) oder der Temperatur eines Referenz-Innenraums (raumtemperaturgeführte Regelung). Automatisch schließende Thermostatventile erhöhen aber die Rücklauftemperatur. Wenn die Wärme von den Heizkörpern nicht mehr abgenommen wird und der Rücklauf zu heiß zurückkommt überhitzt sich das System und schaltet aus. Sobald die Vorlauftemperatur sich vermindert hat, schalten vorlaufgeführte Regelungssysteme den Heizbrenner wieder ein und die nächste Überhitzung folgt, weil die Thermostatventile noch immer geschlossen sind. Der Brenner taktet. Rücklaufgeregelte EDV-unterstützte Heizungsregelungsprogramme schalten nicht ein, wenn die Vorlauftemperatur abgekühlt hat, sondern zu vorgegebenen Schaltzeiten. Damit werden die Taktungen der Brenner reduziert und damit verbunden die Stillstandsverluste

Bei einer Heizungsregelung kann die Heizung nach verschiedenen Heizkurven eingestellt werden (bei welcher Referenztemperatur welche Vorlauftemperatur erreicht werden soll, damit die Heizkörper heißer werden). Üblicherweise wird die Einstellung der flachsten Heizkurve gewählt oder die Heizkurve, die bei der Mehrzahl an Räumen die beste Erwärmung liefert, wird eruiert. Probleme in einzelnen Räumen beruhen dann auf fehlendem hydraulischen Abgleich oder auf schlechter Gebäude-Wärmedämmung.

Bei guten Wärmetauschern liegt die Abgastemperatur rund 5 – 15° C höher als die Rücklauftemperatur . Bei Brennwertheizkesseln wird daher die optimale Kondensation (Abgas-Taupunkt bei Erdgas 56° C, bei Propan 53° C, Butan 52° C, Heizöl EL 47° C) dann erreicht, wenn die Rücklauftemperatur (bei gleitender nach der Außentemperatur geregelten Kesseltemperatur) niedrig ist, dies tritt ein bei 30–60 % Kesselauslastung bei Außentemperaturen zwischen 0° C und 10° C . Nur mithilfe eines Luft-Abgas-Systems kann in der kältesten Jahreszeit bei höheren Rücklauftemperaturen noch eine weitgehende Kondensation erreicht werden.

Abgasklappe

(wird noch ergänzt)

Zugbegrenzer

(wird noch ergänzt)

drehzahlregulierbare Pumpen

(wird noch ergänzt)

Wärmedämmung für JEDES Warmwasser führende Rohr

Im Prinzip geht durch jedes Rohr Wärme verloren. Darum sollte jedes Warmwasserrohr sowie alle Ventile, Stutzen, Thermometerhälse und Wärmetauscher der Heizung oder Warmwassererzeugung mit Wärmedämm-Material umhüllt werden. Die an die Umgebungsluft abgegebene Wärme wird ja rasch vom Warmwasser nachgeliefert.

Dazu müssen aber die Rohre mit einem so großen Abstand von der Wand verlegt werden, dass genügend Platz für eine Wärmedämmung bleibt, also wesentlich mehr Abstand als nur 2 cm. Leider weiß das auch noch nicht jeder Installateur/Klempner.

Die Wärmedämmung eines Rohres führt mit steigenden Durchmesser zur Vergrößerung des Umfangs und der Oberfläche. Es gehört aber ins Reich der Märchen, dass diese Oberflächenvergrößerung zu einer vermehrten Abkühlung/Abstrahlung führe. Es kann nämlich nur das abgestrahlt werden, was vom ungedämmten Rohr selbst abgestrahlt wurde und eine wundersame Wärmevermehrung findet deswegen nicht statt. Hingegen vermindern die zahlreichen Lufteinschlüsse einer Wärmedämmung die Wärmekonvektion der Luft und die übliche schlechte Wärmeleitung des Materials die Wärmeweiterleitung. Je dicker desto besser (aber ab einer bestimmten Dicke stimmt das Preis/Ersparnis-Verhältnis nicht mehr) oder je niedrigerer der Lambda-Wert der Dämmung ist, desto besser.

Einzelnachweise

Nichtwissenschaftliche Quellen und Erfahrungsberichte aus der Praxis

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