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Hinweis

Im folgenden Fachartikel genannte Normen beziehen sich auf den Erstellungszeitraum des Berichtes (2007). Ggf. sind Normänderungen zu beachten!

Wärmebereitstellung

Überblick

Für die Heizwärmebereitstellung im Umgebindehaus kommen folgende Technologien in Frage:

  • Heizkessel, betrieben mit:
    • Heizöl,
    • Erdgas, Flüssiggas
    • Holz, Pellets
  • Wärmepumpen
    • Wasser-Wasser
    • Luft-Wasser
  • Blockheizkraftwerk (BHKW), ggf. unterstützt durch einen Heizkessel
  • Fernwärme, sofern sich eine Fernwärmeleitung in vertretbarer Entfernung befindet

Außerdem kann die Beheizung einzelner Räume (z.B. Wohnzimmer) durch mit Holz beschickte Einzelfeuerstätten erfolgen.
 

Heizkessel

Unabhängig von der Feuerungsart unterscheidet man folgende Kesselbauprinzipien
(Abbildung 2-2):

  • Standardkessel
  • Niedertemperaturkessel
  • Brennwertkessel

Der Standardkessel, welcher in Deutschland am Markt kaum noch vertreten ist, wird mit konstanter Kesselwassertemperatur betrieben und hat demzufolge ganzjährig einen vergleichsweise hohen Abgas- und Abstrahlverlust. Diesem Umstand wird beim Niedertemperaturkessel (im folgenden NT-Kessel) durch eine gleitende Kesselwassertemperatur abgeholfen. Die Kesselwassertemperatur kann im Betrieb bis zu einer vom Hersteller festgelegten unteren Temperaturgrenze abgesenkt werden. Beim NT-Kessel verlassen die Abgase den Schornstein mit einer Temperatur oberhalb des Wasserdampftaupunkts. Das Grundprinzip des Brennwertkessels beruht auf einer Abkühlung der heißen Verbrennungsgase unter den Wasserdampftaupunkt und der damit verbundenen Ausnutzung der Kondensationswärme des bei der Verbrennungsreaktion entstehenden Wasser(dampfes). Außerdem ist beim Brennwertkessel der fühlbare Wärmeverlust wegen der geringeren Abgastemperatur kleiner als beim NT-Kessel. Brennwertkessel sind teurer als Niedertemperaturkessel, benötigen aber für die gleiche Menge Nutzenergie weniger Brennstoffenergie.

Entscheidend für die wirklich erreichbare Brennwertnutzung sind das nachgeschaltete Heizsystem bzw. dessen Betriebstemperaturen. Die Heizflächen müssen möglichst groß sein, damit der zum Kessel zurückkommende Rücklauf eine niedrige Temperatur aufweist. Das erreicht man beispielsweise durch die Verwendung von Fußboden- oder Wandheizsystemen.

Die Wärmeerzeuger gibt es in zwei unterschiedlichen konstruktiven Ausführungen:

  • Standgerät, wird im allgemeinen Sprachgebrauch als Kessel bezeichnet, in den Ausführungen als Gusskessel (in Gliedern oder Segmenten) oder als Stahlkessel und
  • Therme bzw. wandhängendes Gerät.

Aus Platzgründen wird man im Umgebindehaus nach Möglichkeit eine Therme einsetzen. Nur bei größeren Objekten bzw. bei der Verwendung von Holz- bzw. Pelletfeuerungen ist ein Standgerät einzuplanen.

Die Wärmeerzeuger werden mit folgenden Brennstoffen betrieben:

  • Heizöl-EL
  • Erdgas, Flüssiggas
  • Holz, Pellets

Die Heizöllagerung muss mit besonderer Sorgfalt erfolgen, da Heizöl als wassergefährdender Stoff eingestuft ist. Für das Umgebindehaus sind folgende Arten von Heizöllagertanks sinnvoll (vgl. Abbildung 2-3):

  • Unterirdischer Kugeltank aus glasfaserverstärktem Kunststoff oder aus Beton,
  • Kunststoffbatterietanks zur oberirdischen Aufstellung in Gebäuden und 
  • kellergeschweißte Tanks nach DIN 6625 (Vorteil: werden vor Ort gefertigt).

Heizöltanks gibt es in ein- oder in doppelwandiger Ausführung. Bei Verwendung eines einwandigen Tanks muss bauseits eine Ölauffangwanne erstellt werden. Die Wanne muss die gesamte Tankmenge aufnehmen können (Abbildung 2-4).

Die Ölleitungen zwischen Tank und Brenner können für den Fall des Umgebindehauses nach zwei Systemarten verlegt werden (Abbildung 2-6)

  • Einstrangsystem (bei kleineren Anlagen bzw. generell bei Rapsölbrennern)
  • Zweistrangsystem

In den meisten Fällen wird das Einstrangsystem ausreichen, was auch von der Brennerbauart abhängt. Beim Einstrangsystem entfällt die Rücklaufleitung (Nr. 6 in Abbildung 2-5). Die Ölleitungen sind aus Kupfer oder aus Stahl und werden mit öldichter Schneidring- bzw. Klemmringverbindung zusammengefügt. Die Leitungen sind frostfrei zu verlegen. Vor dem Brenner wird ein Ölfilter angeordnet.

Gaskessel unterscheiden sich vom Heizölkessel lediglich durch einen anderen Brenner. Außerdem entfällt die Heizöllagerung, was aus Platzgründen interessant ist.

Holzbrennstoffe für Kessel gibt es in drei Arten:

  • Holzpellets
  • Holzhackschnitzel
  • Stückholz (naturbelassen)

Die Nutzung von Holzpellets eignet sich durchaus für die Versorgung innerstädtischer Gebäude, da das Handling vergleichbar mit dem eines Ölkessels ist. Durch die Pelletierung wird ein sehr homogener Brennstoff erreicht, welcher eine hohe Energiedichte und geringe Feuchten aufweist. Nachteilig sind die höheren Herstellkosten als bei Stückholz oder Hackschnitzeln. Hackschnitzel werden entweder aus Resten beim Holzeinschlag (Schlagabraum) oder aus ganzen Bäumen (Vollbaumnutzung) gewonnen. Die Hackschnitzel sind direkt nach dem Einschlag feucht oder sommertrocken für den Fall, dass das Holz eine entsprechende Zeit gelagert wurde. Stückholz muss durch Sägen und Spalten für die Verbrennung aufbereitet werden.

Für handbeschickte Feuerungen (Abbildung 2-7) gibt es drei Grundprinzipien:

  • Durchbrand (klassisches Verbrennungsprinzip für Kleinfeuerungen wie offene oder geschlossen Kamine bzw. Kaminöfen): Verbrennungsluft wird durch den Rost und das Brennholz geführt.
  • Oberer Abbrand: Die Verbrennungsluft wird dem Glutbett seitlich zugeführt. Der Abbrand erfolgt gleichmäßiger als bei der Durchbrandfeuerung.
  • Unterer Abbrand: Der Holzstapel brennt von unten ab, wobei eine sehr gute Verbrennungsqualität erreicht wird.

 

Aufstellung von Feuerstätten

Feuerstätten dürfen nicht aufgestellt werden:

  • in notwendigen Treppenräumen,
  • in Räumen zwischen notwendigen Treppenräumen und Ausgängen ins Freie,
  • in notwendigen Fluren,
  • in Garagen, ausgenommen raumluftunabhängige Feuerstätten, deren Oberflächentemperatur bei Nennlast nicht mehr als 300 °C beträgt.

Feuerstätten für Flüssiggas dürfen in Räumen deren Fußboden an jeder Stelle mehr als 1 m unter der Geländeoberfläche liegt nur aufgestellt werden, wenn

  • die Feuerstätten eine Flammenüberwachung haben und
  • sichergestellt ist, dass auch bei abgeschalteter Feuerungseinrichtung Flüssiggas aus dem im Aufstellraum befindlichen Brennstoffleitungen in gefahrdrohenden Menge nicht austreten kann oder über eine mechanische Lüftungsanlage sicher abgeführt wird.

Für raumluftabhängige Feuerstätten muss die Zuführung der Verbrennungsluft durch Öffnungen ins Freie gewährleistet werden. Die Öffnung muss entweder ins Freie führen oder kann bei Aufstellräumen in Räumen, welche lufttechnisch mit dem Aufstellraum verbunden sind und diese Öffnungen ins Frei haben hergestellt werden.
 

 

Abgasanlagen von Heizkesseln

Die Abgase der Feuerungen von Kesseln müssen sicher über Dach nach außen geleitet werden (Abbildung 2-10). Die Abbildung 2-11 zeigt die wichtigsten Komponenten von Abgasanlagen:

  • senkrechter Teil der Abgasanlage (Schornstein oder senkrechter Teil der Abgasleitung),
  • Verbindungsstück (Leitung zwischen Kessel und senkrechtem Teil),
  • Nebenluftvorrichtung oder Zugbegrenzer und
  • Reinigungsöffnungen (nach DIN 18160 bzw. Baurecht).

Nach der Funktionsweise unterscheidet man in:

  • Unterdruckbetrieb als der herkömmlichen Betriebsweise, bei welcher die Abgase durch die Zugwirkung aufgrund des Dichteunterschiedes zwischen den heißen Abgasen und der kälteren Umgebungsluft gefördert werden.
  • Überdruckbetrieb als einer Auslegungs- und Betriebsweise für Feuerungen mit niedrigen Abgastemperaturen (Brennwertkessel), bei welcher die Abgase durch das Brennergebläse durch die Abgasanlage gefördert werden. Überdruckanlagen müssen gasdicht sein.

Schornsteine können einschalig oder mehrschalig sein, wobei beim Neubau heute in der Regel mehrschalige Schornsteine realisiert werden. Einschalige gemauerte Schornsteine aus Ziegeln müssen beim Anschluss neuer Feuerstätten in der Regel durch Einzugsrohre saniert werden, was wieder auf einen mehrschaligen Schornstein führt.

Mehrschalige Schornsteine (auch als Elementschornsteine bezeichnet) werden aus vorgefertigten Formstücken errichtet. Eine Vielzahl der Systeme wird als FU-System, also geeignet für feuchte Betriebsweise, angeboten. Sie sind meistens dreischalig:

  • Außenschale aus Leichtbeton
  • Dämmschale aus nichtbrennbaren Mineralfaserplatten
  • Innenschale aus Leichtbeton oder Keramik

Abgassysteme aus Edelstahl sind in der Regel ebenfalls feuchteunempfindlich (FU-Systeme). Sie können als Einzugsrohr in gemauerten Schornsteinen verwendet (siehe Abbildung 2-14) oder an der Gebäudeaußenwand befestigt werden.

Luft-Abgas-Systeme (LAS) bestehen aus zwei Schächten, wobei ein Zug zur Abführung der Abgase und der andere zur Ansaugung der Verbrennungsluft dient. In der Regel sind die Schächte konzentrisch zueinander angeordnet. Die an ein LAS angeschlossenen Feuerungen können somit raumluftunabhängig betrieben werden.

Blockheizkraftwerke

Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist die gleichzeitige Erzeugung von elektrischer (mechanischer) und thermischer Nutzenergie aus anderen Energieformen mit Hilfe eines thermodynamischen Prozesses in einer Anlage. Im Gebäudebereich kommen hauptsächlich Blockheizkraftwerke (BHKW) zum Einsatz. 

Bei einem BHKW (Abbildung 2-15) handelt es sich um einen Verbrennungsmotor, der einen Generator zur Erzeugung von Elektroenergie antreibt. Die Abwärme des Motors aus den Kühlkreisläufen und aus dem Abgas wird zur Bereitstellung von Heizwärme verwendet, welche über entsprechende Wärmeübertrager in die Heizkreisläufe des Gebäudes eingespeist wird. BHKW werden mit 

  • Erdgas,
  • Diesel oder
  • Biodiesel

betrieben. BHKW sind heutzutage bis zu sehr kleinen Leistungen am Markt verfügbar, so dass sie auch in Umgebindehäusern eingesetzt werden können. Die Abbildung 2-16 verdeutlicht die kompakte Bauweise eines Mini-BHKWs.

Wärmepumpen

Bei einer Kompressionswärmepumpe läuft, verdeutlicht durch die Abbildung 2-17, folgender Prozess ab. Das im System befindliche Arbeitsmittel (bezeichnet als Kältemittel) nimmt im Verdampfer Umweltwärme auf. Damit dies funktioniert, muss das Arbeitsmittel bei den Temperaturen des Wärmepotentials verdampfen. Durch den Verdampfungsprozess wird die Wärme auf das Arbeitsmittel übertragen. Der Arbeitsmitteldampf wird im Verdichter verdichtet, wobei seine Temperatur ansteigt. Benötigt werden Temperaturen, die über denen des Niveaus des Wärmenutzungsprozesses liegen. Im Kondensator gibt das Arbeitsmittel die aufgenommene Energie an den Wärmeträger des Nutzungsprozesses ab. Im vierten Prozessschritt muss das Arbeitsmittel wieder auf den Ausgangsdruck entspannt werden, was im Drosselventil geschieht. Damit hat das Arbeitsmittel wieder den thermodynamischen Ausgangszustand erreicht und der Kreisprozess ist geschlossen.

Als Wärmequellen stehen zur Verfügung (Abbildung 2-18):

  • Wasser
  • Luft/ Umwelt
  • Erdreich

Gestaltungsbeispiele im Umgebindehaus

Für die Varianten:

  • Erdgaskessel,
  • Heizölkessel und
  • Pelletkessel

werden nachfolgend mögliche Aufstellvarianten für das Beispielgebäude dargestellt.