Funktionsweise einer Heizungsanlage

Während z. B. bei einem Feuer die Wärmeerzeugung, -verteilung und auch der -verbrauch unmittelbar an einem Ort auf engem Raum stattfinden, unterscheiden sich die Orte bei Heizungsanlagen in Gebäuden.

Zur Erzeugung von Wärme kommen beispielsweise Heizkessel zum Einsatz, in denen Brennstoffe – Kohle, Öl, Gas oder auch Holz – verbrannt werden. Daneben gibt es in der jüngsten Vergangenheit zudem moderne Wärmeerzeuger wie Wärmepumpen oder Photovoltaikanlagen, bei denen kein unmittelbarer Verbrennungsvorgang stattfindet.

Durch die Flamme und die dadurch erzeugte Hitze wird ein Medium erwärmt, das die Wärme an die Umgebung abgibt. Meist sind das Wasser oder auch Luft, die durch einen Wärmetauscher strömen und durch die Brennwerttechnik eine möglichst effiziente Nutzung der Energie ermöglichen.

Die Verteilung von Wärme im Gebäude erfolgt in der Regel durch Wasser oder Luft. So war es in der Vergangenheit in Wohngebäuden üblich, die warme Luft eines Kachelofens einfach über Luftschächte im gesamten Gebäude zu verteilen. Moderne Heiz- und Lüftungsanlagen arbeiten hier bis heute teilweise nach dem gleichen Prinzip.

Am weitesten verbreitet ist zudem die Nutzung von Wasser als Leitmedium. Die Wärmekapazität des Mediums ist rund vier Mal höher als Luft, der Rohstoff günstig und der Transport in Rohrleitungen einfach. Wie auch der Heizkessel gehören die Rohre, die zu den Wärmeverbrauchern führen, zum sogenannten Vorlauf, die rückführenden Rohre zurück zum Heizkessel bilden hingegen den Rücklauf. Ferner sind Pumpen nötig, die das Wasser in den Rohren fortbewegen.

Das erwärmte Wasser fließt beispielsweise in Wohngebäuden in die klassischen Heizkörper einer Zentralheizung, wo die einzelnen Heizkörper erwärmt werden. Anschließend wird das erkaltete Wasser zum Heizkessel zurückgeleitet und innerhalb eines Kreislaufs wieder erwärmt.

Auch in Fußboden- oder Wandheizungen dienen wassergeführte Leitungen dazu, die Wärme an den Bestimmungsort zu führen und dort an die Umgebung abzugeben. Fußboden oder Wand strahlen die Wärme dann wiederum an die Umgebung ab.

Die Steuerung dieser Heizungen erfolgt für gewöhnlich über Thermostate und Ventile, bei denen kleine Öffnungen in den Rohrleitungen durch die Temperatur größer oder kleiner werden. Das überträgt sich wiederum auf einen kleinen Stift, der durch die Regelung des Querschnitts die Wasserzufuhr beeinflusst. Eine zweite Variante ist die Regelung des Temperaturniveaus des Wassers an sich. Derartige Ventile sind dann nicht an einzelnen Heizkörpern, sondern dem Kessel selbst zu finden.

Als Wärmeverbraucher bezeichnet man die klassischen Heizkörper, Fußboden- oder auch Wandheizungen. Deren Aufgabe ist es, die mittels des Leitmediums ankommende Wärme an die Umgebung abzugeben. Möglich ist das auf zwei unterschiedliche Arten:

• Die Aufwärmung der Luft durch Konvektion, bei denen die Wärme direkt an die Luft abgegeben wird.
• Das Erwärmen von Objekten durch Strahlungswärme wie es beispielsweise bei Fußbodenheizungen der Fall ist.

Beide Systeme haben ihre Vor- und Nachteile beziehungsweise auch ihre eigenen Einsatzbereiche.

Im Wohnbereich kommt oft die Konvektionsheizung in Form der klassischen Heizkörper zum Einsatz, die die umgebende Luft erwärmen und durch den Luftaustausch im Raum so zur Erwärmung beitragen. Als praktisch erweist sich hier vor allem, dass sich zusätzliche Heizkörper recht problemlos erweitern lassen.

Eine Alternative stellen die Strahlungsheizungen dar, die nicht die Luft an sich erwärmen, sondern die Wärme auf andere Objekte – das können Menschen sein, aber auch Bauteile, Maschinen oder die Inneneinrichtung – abstrahlen. Während die Luft an sich dabei vergleichsweise kühl sein kann, ist das Temperaturempfinden schon nach wenigen Minuten angenehm warm. Damit eignen sich Strahlungsheizungen beispielsweise besonders gut für selten genutzte Räume oder auch Hallen mit hohen Deckenhöhen, da die Strahlungswärme auch größere Distanzen überwinden kann. Bei den Strahlungsheizungen unterscheidet man wiederum Niedertemperatur- und Hochtemperaturstrahler:

• Niedertemperaturstrahler arbeiten mit einem Übertragungsmedium wie z. B. Wasser, durch das Bauteile erwärmt werden und die Wärme dann an den Raum abgeben.
• Hochtemperaturstrahler hingegen erzeugen die Wärme direkt am Bauteil. Die höhere Temperaturentwicklung erfordert Abstände zu anderen Bauteilen sowie eine Abschirmung, um die Brandgefahr auszuschließen.

Alternativ gibt es Wärmeerzeuger, bei denen die Wärme direkt am Entstehungsort abstrahlt und das Medium zur Wärmeverteilung nicht benötigt (z. B. Kachelöfen oder auch dezentrale Strahlungsheizungen). D. h., die Wärme wird direkt dort erzeugt, wo sie auch benötigt wird, sodass Wärmeverluste ausbleiben. Das spart nicht nur Energie, die für den Transport aufgebracht werden muss, sondern ermöglicht zudem ein höheres Maß an Flexibilität.

Weit verbreitet ist hier bei Dunkelstrahlern der Einsatz von Strahlrohren, die eine Infrarotstrahlung erzeugen, die dann unmittelbar an den Raum abgegeben wird. Hier erzeugen Brenner eine langgestreckte Flamme in einem Rohr, das sich dadurch stark erhitzt. Spezielle Reflektoren leiten die Wärme anschließend dorthin, wo sie auch gebraucht wird.

Bei den sogenannten Hellstrahlern hingegen findet die Verbrennung nicht in einem Rohr, sondern für das Auge sichtbar auf einer Keramik-Oberfläche statt. Auch hier lenken die Reflektoren die Wärme zum gewünschten Bereich, wobei aufgrund der deutlich höheren Temperaturen bestimmte bauliche Voraussetzungen erforderlich sind.

Eine Alternative ist nicht das Verbrennen von Gas in den Rohrleitungen, sondern das Erhitzen der Heizstäbe mittels elektrischer Energie.