Haustechnik für Dummies Alles-in-einem-Band 9783527718481, 9783527833535, 3527718486

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Haustechnik Alles in einem Band für Dummies

Schummelseite WÄRMEPUMPE UND KÄLTEMASCHINE (ELEKTRISCH BETRIEBEN) Wärmepumpen und Kältemaschinen sind Kraftwärmemaschinen, die sich am linksdrehenden CarnotKreisprozess beschreiben lassen. Funktionsweise Wärmepumpe: Eine Wärmepumpe entzieht der Umwelt (Luft, Wasser, Erdreich) mittels Kältemittel Wärme ( ). Das Kältemittel wird mit Hilfe eines Kompressors und elektrischer Energie ( ) auf ein höheres Temperaturniveau verdichtet. Die Wärme im Kältemittel ( Heizungssystem übergeben.

) wird dann an ein

Funktionsweise Kältemaschine: Eine Kältemaschine entzieht einem Raum oder einem Kühlmittel (Wasser, Sole) mittels Kältemittel Wärme ( ). Dieses wird ebenfalls mit Hilfe des Kompressors und elektrischer Energie ( ) auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Die Wärme im Kältemittel wird dann an die Umwelt als ungenutzte Wärme ( ) abgegeben.

Brennstoff

Heizwert

Brennwert

Erdgas H

9,4 – 11,8 kWh/m3 10,4 – 13,1 kWh/m3

Erdgas L

7,6 – 10,1 kWh/m3 8,4 – 11,2 kWh/m3

Heizöl (schwer)

11,1 – 11,3 kWh/kg 11,8 – 11,9 kWh/kg

Heizöl (leicht)

≈ 10,0 kWh/l

≈ 10,6 kWh/l

Nadelholz

4,4 – 4,5 kWh/kg

4,7 – 4,9 kWh/kg

Braunkohle Briketts 5,4 – 5,8 kWh/kg

5,8 – 6,2 kWh/kg

BEHAGLICHKEITSFELDER FÜR LUFTFEUCHTIGKEIT UND LUFTGESCHWINDIGKEIT IN ABHÄNGIGKEIT DER RAUMLUFTTEMPERATUR

Abbildung 1.1: Luftfeuchtigkeit

Abbildung 1.2: Luftgeschwindigkeit

ENERGIE, ARBEIT UND LEISTUNG Wärme (Q) und Elektrizität (E) sind Energieformen. Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten. In der Gebäudetechnik ist die Einheit für Energie meist die Kilowattstunde (kWh). Leistung ist die verrichtete Arbeit in einer bestimmten Zeitspanne. In der Wärmetechnik ist die Leistung der Wärmestrom ( Leistung (P).

) und in der Elektrotechnik die elektrische

Die Einheit der Leistung ist das Watt (W).

TEMPERATUR Die Temperatur (ϑ oder T) gibt an, wie schnelle sich Moleküle in einem Stoff oder Körper bewegen. Die Einheiten sind Grad Celsius (°C), Grad Fahrenheit (°F) und Kelvin (K). 0 K = −273,15 °C = −459,67 °F.

Temperatur zwischen zwei Messpunkten ist die Temperaturdifferenz (Δϑ oder ΔT).

DIE WICHTIGSTEN GRÖßEN DER ELEKTROTECHNIK Die elektrische Spannung (U) wird in Volt (V) angegeben. Die Stromstärke (I) wird in Ampere (A) angegeben. Der elektrische Widerstand (R) wird in Ohm (Ω) angegeben Die elektrische Leistung (P) wird in Watt (W) angegeben.

DIE GOLDENE FORMEL DER GEBÄUDETECHNIK Zur Berechnung des Wärmestroms ( Gebäudetechnik«:

) und des Volumenstroms (

) nutzen Sie die »goldene Formel der

Aus der spezifische Wärmekapazität (c) und der Dichte (ρ) von Wasser und Luft können einheitslose Faktoren gebildet werden, da sich die Größen in bestimmten Temperaturbereichen nur geringfügig ändern. Für das Medium Wasser nutzen Sie die folgenden Faktoren, bei (l/h).

Für das Medium Luft nutzen Sie die folgenden Faktoren, bei Stunde (m3/h).

in Watt (W) und

in Watt (W) und

in Litern pro Stunde

in Kubikmetern pro

Haustechnik Alles in einem Band für Dummies Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar. 1. Auflage 2023 © 2023 Wiley-VCHGmbH, Boschstraße 12, 69469 Weinheim, Germany. All rights reserved including the right of reproduction in whole or in part in any form. This book published by arrangement with John Wiley and Sons, Inc. Alle Rechte vorbehalten inklusive des Rechtes auf Reproduktion im Ganzen oder in Teilen und in jeglicher Form. Dieses Buch wird mit Genehmigung von John Wiley and Sons, Inc. publiziert. Wiley, the Wiley logo, Für Dummies, the Dummies Man logo, and related trademarks and trade dress are trademarks or registered trademarks of John Wiley & Sons, Inc. and/or its affiliates, in the United States and other countries. Used by permission. Wiley, die Bezeichnung »Für Dummies«, das Dummies-Mann-Logo und darauf bezogene Gestaltungen sind Marken oder eingetragene Marken von John Wiley & Sons, Inc., USA, Deutschland und in anderen Ländern. Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie eventuelle Druckfehler keine Haftung. Coverfoto: elxeneize – stock.adobe.com Korrektur: Birgit Volk Print ISBN: 978-3-527-71848-1 ePub ISBN: 978-3-527-83353-5

Über den Autor Martin Schlobach ist Diplom-Ingenieur (FH) für Gebäudetechnik und studierte in Berlin an der FHTW (heute HTW Berlin) Technisches Gebäudemanagement. Er betreut seit über 15 Jahren komplexe Projekte im Bereich Heizungs-, Klima- und Lüftungstechnik von öffentlichen Gebäuden und deren technischer Infrastruktur und ist Projektleiter für Versorgungstechnik, technische Gebäudeausrüstung und energetische Analyse von Gebäuden. Zusätzlich zu seinem technischen Hintergrund hat er einen betriebswirtschaftlichen Master of Business Consulting (M. BC.) an der Hochschule Wismar (WINGS GmbH) erworben, den er berufsbegleitend im Fernstudium absolviert hat. Seit 2013 schreibt er auf seinem Weblog https://www.haustechnikverstehen.de über Gebäudetechnik und versucht, diese einfach und verständlich zu erklären.

Danksagung An dieser Stelle möchte ich mich bei den vielen Menschen bedanken, die mir bei der Entstehung dieses Buches geholfen haben. Ohne deren Hilfe hätte ich das Buch nicht schreiben können. Mein Dank geht zunächst an meine Lektorin Andrea Baulig und meinen Lektor Marcel Ferner vom Wiley Verlag. Frau Baulig kam im Sommer 2020 auf mich zu und fragte mich, ob ich mir das Schreiben eines Buches über Haustechnik in der …für DummiesReihe vorstellen kann. Vielen Dank für Ihr Vertrauen, Frau Baulig! Weiterhin möchte ich mich bei Frau Baulig und Herrn Ferner für Ihre Geduld sowie die vielen Anregungen, Verbesserungsvorschläge und Rückmeldungen auf meine unzähligen Fragen bedanken. Mein Dank geht auch an Herrn Prof. Dr. sc. Volker Ritter von der Frankfurt University of Applied Sciences für seine Fachkorrektur und die vielen wertvollen Hinweise, Verbesserungsvorschläge und Anmerkungen. Ich möchte mich auch dafür bei Ihnen bedanken, dass Sie sich zur Fachkorrektur bereit erklärt haben und ich Sie dafür gewinnen konnte. Sie haben mit Ihrem Feedback das Buch zu einem besseren Buch gemacht, und ich freue mich auf künftige Fachdiskussionen mit Ihnen. Ich möchte mich bei meinen vielen Korrekturleserinnen und Korrekturlesern bedanken: Miriam Badino, Frank Wagner, André Henkel, Marie Meier, Marcel Malucha, Thomas Dederichs, Roxana Bita, Daniel Appelt, Eugenio Bernardi und Mino Badino. Euer hartes, ehrliches, gutes und auch lustiges Feedback sind eine wahre Bereicherung für dieses Buch gewesen und haben ihm den nötigen Feinschliff gegeben. Dafür möchte ich euch von ganzem Herzen danken! In diesem Zusammenhang möchte ich mich auch bei Bruno Bosy für seine Tipps und Hinweise bei meinen Fragen zu Lüftungsanlagen bedanken. Herr

Bosy, ich bin ein Fan von Ihnen! Ein weiter Dank geht an meinen lieben Kollegen Jörg Mansberg, der mich 2009 fragte, ob ich den hydraulischen Abgleich in einem Pilotprojekt mit ihm durchführen möchte. Die Erfahrungen aus diesem Projekt haben mich zum Schreiben gebracht und vier Jahre später meinen Blog über Haustechnik starten lassen. Danke, Mansi, für deine Unterstützung und Initiative, mich als jungen und unerfahrenen Ingenieur an die Hand zu nehmen. Ich danke zudem allen Lesenden meines Blogs www.haustechnikverstehen.de, die mich mit ihren vielen Kommentaren, Fragen und Hinweisen auf Themen aufmerksam gemacht haben, denen ich sonst weniger Beachtung geschenkt hätte und die mir auch verborgen geblieben wären. Ihr seid eine wahre Bereicherung für mich! Vielen Dank! Ich bedanke mich bei meiner Familie, meinen Freunden und den Madagangsters: Ihr seid die Besten! Ihr habt mich jederzeit unterstützt und akzeptiert, wenn ich keine Zeit hatte. Gleichzeitigt habt ihr dazu beigetragen, dass ich Pausen einhalte und weiterhin soziale Kontakte pflege, egal, ob für einen Kaffee, eine Kurzwanderung, eine Party oder ein Bierchen. Vielen Dank! Zu guter Letzt möchte ich meiner lieben Partnerin Miriam danken. Ohne ihre Unterstützung, ihre Gedanken, ihre Leidenschaft und Ausdauer hätte ich das Buch nicht fertig schreiben können. Ihr Anteil an diesem Buch ist so unglaublich groß, dass ich es nicht in Worte fassen kann. Ich bin froh, dass es dich gibt.

Inhaltsverzeichnis Cover Titelblatt Impressum Über den Autor Danksagung

Einleitung Über dieses Buch Konventionen in diesem Buch Törichte Annahmen über die Lesenden Für wen ist dieses Buch geschrieben? Wie dieses Buch aufgebaut ist Symbole, die in diesem Buch verwendet werden Wie es weitergeht

Teil I: Willkommen in der Haustechnik Kapitel 1: Einführung in die Haustechnik Damit beschäftigt sich die Gebäudetechnik heute Gebäudehülle: Die Haut des Gebäudes Haustechnik: Leben für ein Gebäude Die richtige Pflege für ein Gebäude: Das Gebäudemanagement

Kapitel 2: Einflussfaktoren auf das Gebäude Ein Blick nach draußen lohnt sich Wohlfühlen mit der richtigen Gebäudetechnik

Kapitel 3: Ein bisschen Physik muss sein – Grundlagen der Gebäudetechnik Messen, Einheiten und Umrechnen Ein Gebäude braucht Energie Es geht um Wärme: Grundlagen der Thermodynamik Strom aus der Steckdose: Grundlagen der Elektrotechnik

Teil II: Der Technikteil Kapitel 4: Energiesparendes Bauen und Sanieren Grundlagen der Energieversorgung Schon in der Planung den Energiebedarf eines Gebäudes reduzieren

Anforderungen und Pflichten bei Neubau und Sanierung Der Energieausweis: Energetischer Steckbrief für Gebäude Sanierungs- und Optimierungsmaßnahmen für den Bestand Energiemanagement

Kapitel 5: Es wird warm im Gebäude: Die Warmwasserheizung Der Aufbau von Heizungsanlagen Wie viel Wärme braucht ein Haus? – Die Heizlast Die goldene Formel der Gebäudetechnik Wärmeerzeugung Wärmeverteilsysteme Wärmeübergabe

Kapitel 6: Kältetechnik für Gebäude Die Kühllastberechnung für Gebäude Das Gebäude als Kühlschrank: Die Funktion von Kältemaschinen Die Effizienz von Kältemaschinen Kältemittel in Kältemaschinen und Wärmepumpen

Kapitel 7: Steuerung und Regelung in der Gebäudetechnik Unterschied zwischen Regelung und Steuerung Hydraulische Schaltungen in Heiz- und Kältesystemen Weitere wichtige Bauteile in Heiz- und Kälteanlagen

Kapitel 8: Lüftungs- und Klimatechnik Einblick in die Lüftungstechnik Freie Lüftungssysteme Grundlagen zu mechanischen RLT-Anlagen Die wichtigsten Bauteile einer mechanischen RLT-Anlage Funktionsweisen von Lüftungs- und Klimaanlagen Das h,x-Diagramm nach Mollier – ein geniales Werkzeug Beispielrechnungen für RLT-Anlagen

Kapitel 9: Elektrotechnik: Strom vom Kraftwerk zur Steckdose Stromerzeugung Stromverteilung im Stromnetz Der Strom kommt im Gebäude an Wie Internet, Fernsehen und Rundfunk heute funktionieren

Kapitel 10: Licht- und Beleuchtungstechnik Grundlagen und Begriffe der Lichttechnik Die verschiedenen Arten von Lampen und Leuchten Beleuchtung in unterschiedlichen Bereichen

Kapitel 11: Smart Home: Das intelligente Gebäude Smart Home im Überblick Datenübertragung in einen Smart Home Die Sprache in einem Bussystem Einsatzgebiete für Smart-Home-Geräte Einfache Automatisierungsbeispiele Ein Smart Home sicher betreiben Zukunftsszenarien: Wo geht die Reise hin?

Kapitel 12: Wasser und Abwasser im Gebäude Verschiedene Wasserarten im Gebäude Wasserbeschaffenheit von Trinkwasser: Wasserhärte und pH-Wert Von der Wassergewinnung zum Gebäude Wasserverteilung im Gebäude Abwasserbeseitigung

Teil III: Praktische Tipps für die eigene Haustechnik Kapitel 13: Die eigene Heizung optimieren Die Heizung entlüften und mit Wasser befüllen Hydraulischen Abgleich durchführen Alte Umwälzpumpe austauschen lassen Alte Thermostatköpfe tauschen Klemmendes Heizungsventil gangbar machen Optimierung der Heizungsregelung Heizungsrohre selbstständig dämmen Zusammenfassung der wichtigsten Tipps

Kapitel 14: Wärmepumpen im Altbau und was es zu beachten gilt Wann sich eine Wärmepumpe im Altbau lohnt Checkliste für die Wärmepumpe im Altbau

Kapitel 15: Stromrechnung und Heizkostenabrechnung verstehen Heizkostenabrechnung Stromrechnung

Kapitel 16: Tipps, Tricks und Energiesparmaßnahmen Geringinvestive Energiesparmaßnahmen Im Sommer einen kühlen Kopf bewahren Stromsparen im Haushalt Räume richtig lüften Das eigene Nutzerverhalten beobachten

Kapitel 17: Tipps für die eigene Mini-Solaranlage Mini-Solaranlagen und der Unterschied zu großen Photovoltaikanlagen Balkonkraftwerk: Das Stecker-Solargerät Insel-Solaranlage: Autarkie für die Gartenlaube Mobile Solaranlagen

Kapitel 18: Kleine Werkzeugkunde Notwendige Werkzeuge Verbrauchsmaterialien und Schutzausrüstung Maschinen, die in jede Werkstatt gehören Messgeräte für Heimwerkende

Kapitel 19: Das Baumarkt-Phänomen: Sie können nicht alles selbst machen Eine Hommage an das Handwerk Daran erkennen Sie gute Handwerksfirmen Die passende Firma finden: Von der Suche bis zur Rechnung

Teil IV: Praxisteil hydraulischer Abgleich Kapitel 20: Den hydraulischen Abgleich verstehen und umsetzen Der hydraulische Abgleich Kosten, Förderung und Einsparpotenzial Vorgehensweise: In wenigen Schritten zum hydraulischen Abgleich

Kapitel 21: Beispielrechnung für einen hydraulischen Abgleich Beispielgebäude für die Berechnung Überschlägige Heizlastberechnung Datenaufnahme der Heizkörperflächen Überprüfung der Heizkörperleistung Berechnung der Volumenströme für jeden Heizkörper Voreinstellung für die Heizkörperventile ermitteln Auslegung der Umwälzpumpe Wie geht es weiter

Teil V: Der Top-Ten-Teil Kapitel 22: Zehn Webseiten zur Gebäude- und Energietechnik Bosy-Online Hydraulischer Abgleich RP-Energie-Lexikon Elektronik-Kompendium Delta-Q IKZ-Onlineportal

Haustechnik Dialog Energieblogger Verbraucherzentrale CO2online Deutscher Mieterbund

Abbildungsverzeichnis Stichwortverzeichnis End User License Agreement

Tabellenverzeichnis Kapitel 2 Tabelle 2.1: Schalldruckpegel für verschiedene Lärmquellen

Kapitel 3 Tabelle 3.1: Die sieben Basiseinheiten des SI-Systems Tabelle 3.2: Beispielhafte Präfixe für Massen im SI-System Tabelle 3.3: Spezifische Wärmekapazität verschiedener Stoffe Tabelle 3.4: Spezifische Wärmeleitfähigkeit von Stoffen

Kapitel 4 Tabelle 4.1: A/V-Verhältnisse in der Übersicht Tabelle 4.2: Beispielhafte Mindestanforderung U-Werte bei Sanierung gemäß GEG Tabelle 4.3: Beispiele für die Mindestdicke der Wärmedämmung von Wärmeverteilungs- und ... Tabelle 4.4: Energieeffizienzklassen für Wohngebäude Tabelle 4.5: Durchschnittlicher Jahresverbrauch für Strom und Trinkwasser (»CO2online«) Tabelle 4.6: Durchschnittlicher Jahresheizwärmeverbrauch nach Baujahr des Gebäudes

Kapitel 5 Tabelle 5.1: Übersicht einiger Heiz- und Brennwerte verschiedener Brennstoffe Tabelle 5.2: Bedingungen für den COP-Wert einer Wärmepumpe

Kapitel 6 Tabelle 6.1: Auswahl verschiedener Kältemittel mit GWP-Wert und Sicherheitseigenschafte...

Kapitel 7 Tabelle 7.1: Beispielhafte Ventilstellungen in Bezug auf die Außentemperatur

Kapitel 8 Tabelle 8.1: Bezeichnungen, Kürzel und Farben der verschiedenen Luftarten in RLT-Anlage... Tabelle 8.2: Filterklassifizierung nach alten und aktuellen Filterklassen

Tabelle 8.3: Übersicht und Planungshilfe für Klimaanlagen Tabelle 8.4: Angaben Mindestvolumenstrom gem. DIN EN 16798-1 Tabelle 8.5: Richtwerte für stündlichen Luftwechsel

Kapitel 9 Tabelle 9.1: Farben der Leiter in Leitungen Tabelle 9.2: Beispielhafte Stromkreise nach Wohnfläche für Beleuchtung und Steckdosen Tabelle 9.3: Beispielhafte Auswahl empfohlener Mindestausstattung für Steckdosen und Li...

Kapitel 10 Tabelle 10.1: Empfohlene Beleuchtungsstärke in verschiedenen Räumen

Kapitel 11 Tabelle 11.1: Vor- und Nachteile funk- und kabelgebundener Bussysteme

Kapitel 12 Tabelle 12.1: Wasserhärtebereiche Tabelle 12.2: Anhaltswerte für den Warmwasserverbrauch pro Person und Tag Tabelle 12.3: Anhaltswerte für den Spitzenwasserverbrauch in Mehrfamilienhäusern

Kapitel 15 Tabelle 15.1: Heizwerte für verschiedene Brennstoffe Tabelle 15.2: Beispielhafte Tabelle zur überschlägigen Ermittlung der Stromkosten

Kapitel 17 Tabelle 17.1: Ungefährer Ertrag für Stecker-Solargeräte Tabelle 17.2: Täglicher Energiebedarf und maximale Leistungsaufnahme für Inselanlage

Kapitel 20 Tabelle 20.1: Beispielhafte Systemtemperaturen verschiedener Wärmeerzeuger

Kapitel 21 Tabelle 21.1: Raumliste fürs Erdgeschoss Tabelle 21.2: Raumliste fürs Untergeschoss Tabelle 21.3: Raumheizlasten für Beispielgebäude Tabelle 21.4: Anschlussnennweiten und Rohrdurchmesser Tabelle 21.5: Datenaufnahme Heizkörper in Beispielgebäude Tabelle 21.6: Beispielrechnung für profilierte Flachheizkörper aus Datenblättern von »D... Tabelle 21.7: Übersicht der Betriebswärmeleistungen aller Flachheizkörper Tabelle 21.8: Beispielrechnung für Gussradiator in der Küche aus Datenblättern von »Del... Tabelle 21.9: Beispielrechnung für Handtuchheizkörper im Bad aus Datenblättern von »Del... Tabelle 21.10: Übersicht Heizkörperleistung und Raumheizlast im Vergleich Tabelle 21.11: Übersicht der berechneten Volumenströme Tabelle 21.12: Beispielhafte Voreinstellwerte für druckabhängiges Heizkörperventil

Tabelle 21.13: Beispielhafte Voreinstellwerte für druckunabhängiges Heizkörperventil Tabelle 21.14: Voreinstellwerte für Beispielgebäude mit druckunabhängigen Heizkörperven... Tabelle 21.15: Kv-Werte für Heizkörper im Beispielgebäude bei druckabhängigen Ventilen Tabelle 21.16: Kv-Werte eines Ventils mit unterschiedlichen AP-Bereichen Tabelle 21.17: Zwei Ventile mit unterschiedlichen Kv-Werten Tabelle 21.18: Verbaute Ventile mit unterschiedlichen Kv-Werten Tabelle 21.19: Voreinstellwerte für Beispielgebäude mit voreinstellbaren Heizkörpervent... Tabelle 21.20: Summierung der Volumenströme aller Heizkörper Tabelle 21.21: Summierung der verwendeten Raumheizlasten und Betriebswärmeleistungen

Illustrationsverzeichnis Schummelseite Abbildung 1.1: Luftfeuchtigkeit Abbildung 1.2: Luftgeschwindigkeit

Kapitel 2 Abbildung 2.1: Behaglichkeitsfeld für Raumlufttemperatur und rela... Abbildung 2.2: Behaglichkeitsfeld für Raumlufttemperatur und Luft...

Kapitel 3 Abbildung 3.1: Strömungsgeschwindigkeit in einem Rohr Abbildung 3.2: Kontinuitätsgesetz und verschiedene Strömungsgesch... Abbildung 3.3: Änderungen der Aggregatzustände von Substanzen Abbildung 3.4: Freie Konvektion an einem Heizkörper Abbildung 3.5: Heizkörper mit Wärmestrahlen Abbildung 3.6: T,S- und p,V-Diagramm eines Carnot-Kreisprozesses Abbildung 3.7: Linksdrehender Carnot-Kreisprozess links: Wärmepum... Abbildung 3.8: Vereinfachtes Atommodell mit Atomkern und Elektron... Abbildung 3.9: Elektroleitung mit Leiter im Kern und Isolator als Ummantelung Abbildung 3.10: Einfacher Stromkreis mit allen wichtigen Bauteil... Abbildung 3.11: Ohm-Dreieck mit Spannung, Widerstand und Stromst... Abbildung 3.12: Reihenschaltung eines Stromkreises Abbildung 3.13: Parallelschaltung Stromkreis Abbildung 3.14: Kondensatoren auf einer Leiterplatine Abbildung 3.15: Symbol für Gleichstrom (DC) Abbildung 3.16: Technische und physikalische Stromrichtung Abbildung 3.17: Symbol für Wechselstrom (AC) Abbildung 3.18: Spule mit Eisenkern auf Leiterplatine

Abbildung 3.19: Elektromagnetische Felder in Stromkreisen Abbildung 3.20: Funktionsprinzip eines Induktionsherds im Wechse... Abbildung 3.21: Fahrraddynamo für die Stromproduktion Abbildung 3.22: Magnet bewegt sich durch eine Spule und induzier...

Kapitel 4 Abbildung 4.1: Energiefluss von der Primärenergie zur Nutzenergie Abbildung 4.2: Entwicklung des Gebäudeenergiegesetzes von 1976 bi... Abbildung 4.3: A/V-Verhältnis für zwei Beispiele Abbildung 4.4: Iglus sind sehr kompakt und haben das beste A/V-Verhältnis Abbildung 4.5: Beispielhafter Außenwandaufbau mit Wärmedämmung Abbildung 4.6: Gedämmte Heizungsrohre mit Metallummantelung Abbildung 4.7: Blower-Door-Test über einer Tür Abbildung 4.8: Außen liegender Sonnenschutz Abbildung 4.9: Energieausweis für ein Wohngebäude

Kapitel 5 Abbildung 5.1: Aufbau einer Heizungsanlage mit zentraler Wärmeerz... Abbildung 5.2: Einfaches Schema eines dezentralen Heizungssystems Abbildung 5.3: Fernwärmeheizung vom Heizkraftwerk zum Gebäude Abbildung 5.4: Wärmeverluste und Wärmegewinne eines Gebäudes Abbildung 5.5: Zentralheizung mit zwei größeren Öl-Heizkesseln Abbildung 5.6: Querschnitt eines Heizkessels mit Heizkreis und He... Abbildung 5.7: Brennwertkessel – Querschnitt und Funktion Abbildung 5.8: Außenbauteil einer Luftwärmepumpe Abbildung 5.9: Energiefluss der Wärmepumpe Abbildung 5.10: Funktionsschema einer elektrisch betriebenen Wär... Abbildung 5.11: Verschiedene Wärmequellen für Wärmepumpen Abbildung 5.12: Betriebsweisen von Wärmepumpen Abbildung 5.13: Solardusche im Sommer Abbildung 5.14: Röhrenkollektor einer Solarthermieanlage Abbildung 5.15: Überirdische Fernwärmeleitungen in einem Stadtgebiet Abbildung 5.16: Geöffnetes Mikro-BHKW für Ein- und Zweifamilienh... Abbildung 5.17: Nachspeicherheizung ohne Frontabdeckung Abbildung 5.18: Aufbau und Funktion einer Brennstoffzelle Abbildung 5.19: Kachelofen mit Holzbefeuerung Abbildung 5.20: Funktionsskizze eines Luft-Abgas-Systems (LAS) Abbildung 5.21: Heizkreisverteiler einer Pumpenheizung mit vier ... Abbildung 5.22: Leitungen in einem Heizungssystem Abbildung 5.23: Schwerkraftheizung mit oberer Verteilung

Abbildung 5.24: Elektronisch geregelte Heizungspumpe (Umwälzpump... Abbildung 5.25: Pumpenheizung mit oberer Verteilung Abbildung 5.26: Offenes Ausdehnungsgefäß während einer Demontage Abbildung 5.27: Prinzipielles Schema eines offene Heizungssystem... Abbildung 5.28: Offenes Ausdehnungsgefäß – schematische Darstell... Abbildung 5.29: Membranausdehnungsgefäß (MAG) in einem Heizungsk... Abbildung 5.30: Geschlossenes Heizungssystem mit MAG Abbildung 5.31: Sicherheitsventil einer Heizungsanlage Abbildung 5.32: Membranausdehnungsgefäß (MAG) bei unterschiedlic... Abbildung 5.33: Zweirohrheizung mit separatem Vor- und Rücklauf Abbildung 5.34: Einrohrheizung mit einem Strang für Vor- und Rüc... Abbildung 5.35: Anschlussmöglichkeiten für Einrohrheizungen Abbildung 5.36: Obere Verteilung einer Zweirohrheizung Abbildung 5.37: Untere Verteilung einer Zweirohrheizung Abbildung 5.38: Einrohrheizung horizontal in ringförmiger Anordn... Abbildung 5.39: Zweirohrheizung horizontal in ringförmiger Anord... Abbildung 5.40: Zweirohrheizung horizontal in zentraler Anordnun... Abbildung 5.41: Zweirohrheizung horizontal in sternförmiger Anor... Abbildung 5.42: Zweirohrheizung horizontal im Tichelmann-System Abbildung 5.43: Plattenheizkörper mit zwei Platten und zwei Konv... Abbildung 5.44: Gliederheizkörper mit 21 Gliedern Abbildung 5.45: Eingehauster Konvektor mit feinen Lamellen im Bo... Abbildung 5.46: Anschlussarten für Vor- und Rücklauf an Heizkörp... Abbildung 5.47: Thermostatkopf (links) und Heizkörperventil (rec... Abbildung 5.48: Links manuelles Thermostat, rechts ein elektroni... Abbildung 5.49: Heizkörperventile – nicht voreinstellbar, vorein... Abbildung 5.51: Intelligente Heizungssteuerung als Nachrüstset f... Abbildung 5.52: Aufbauschema einer Fußbodenerwärmung Abbildung 5.53: Rücklauftemperaturbegrenzer – RTL-Thermostat Abbildung 5.54: Flächenheizung in einer Wand

Kapitel 6 Abbildung 6.1: Funktionsschema einer Kompressionskältemaschine Abbildung 6.2: Kompressionskältemaschine mit zwei Turboverdichter... Abbildung 6.3: Funktionsschema einer Absorptionskältemaschine Abbildung 6.4: Funktionsschema einer Adsorptionskältemaschine mit... Abbildung 6.5: Split-Klimagerät – Innen- und Außeneinheit Abbildung 6.6: Funktionsschema eines Split-Klimagerätes Abbildung 6.7: Einschlauch-Monoblock-Klimagerät

Abbildung 6.8: Funktionsschema Einschlauch- und Zweischlauch-Mono... Abbildung 6.9: Beispielhafte Darstellung einer indirekten Kühlung... Abbildung 6.10: Rückkühler in Tischform zur Abfuhr von Wärme Abbildung 6.11: Funktionsschema für Rückkühler in indirekten Sys...

Kapitel 7 Abbildung 7.1: Steuerung als Steuerkette (offener Wirkungsweg) Abbildung 7.2: Heizungssteuerung mit offenem Wirkungsweg (Steuerk... Abbildung 7.3: Regelung als Regelkreis (geschlossener Wirkungsweg... Abbildung 7.4: Heizungsregelung mit geschlossenem Wirkungsweg (Re... Abbildung 7.5: Hydraulischer Heizkreis mit verschiedenen Bauteile... Abbildung 7.6: Motorventile an einem Heizungsverteiler Abbildung 7.7: Mischregelung mit Ventiltoren Abbildung 7.8: Symbolische Darstellung von Umwälzpumpen und zwei ... Abbildung 7.9: Primär- und Sekundärkreis einer hydraulischen Scha... Abbildung 7.10: Darstellungsmöglichkeiten hydraulischer Kreise Abbildung 7.11: Regelszenarien bei verschiedenen Raumtemperature... Abbildung 7.12: Drosselschaltung mit unterschiedlichen Ventilste... Abbildung 7.13: Umlenkschaltung mit unterschiedlichen Ventilstel... Abbildung 7.14: Beimischschaltung mit unterschiedlichen Ventilst... Abbildung 7.15: Einspritzschaltung mit unterschiedlichen Ventils... Abbildung 7.16: Symbolische Darstellung von Absperrarmaturen und... Abbildung 7.17: Symbolische Darstellung von Thermometern und zwe... Abbildung 7.18: Symbolische Darstellung von Temperaturfühlern mi... Abbildung 7.19: Symbolische Darstellung von Manometern und zwei ... Abbildung 7.20: Symbolische Darstellung von Schmutzfängern und z... Abbildung 7.21: Symbolische Darstellung von Einstell-/Drosselarm... Abbildung 7.22: Symbolische Darstellung von Rückschlagklappen mit zw... Abbildung 7.23: Symbolische Darstellung von Druckausdehnungsgefä... Abbildung 7.24: Symbolische Darstellung von Sicherheitsventilen ... Abbildung 7.25: Symbolische Darstellung von Wärmeübertragern und... Abbildung 7.26: Symbolische Darstellung für eine hydraulische We... Abbildung 7.27: Symbolische Darstellung von Pufferspeichern mit ... Abbildung 7.28: Symbolische Darstellung von Verteilern mit zwei ... Abbildung 7.29: Symbolische Darstellung von Energiezählern mit z...

Kapitel 8 Abbildung 8.1: Lüftungszentrale mit mehreren raumlufttechnischen Anlagen Abbildung 8.2: Gliederung und Einteilung der Raumlufttechnik Abbildung 8.3: Schachtlüftungssysteme Berliner Lüftung, Kölner Lü...

Abbildung 8.4: Dachaufsatzlüftung in zwei Industriehallen Abbildung 8.5: Luftkanäle einer RLT-Anlage mit Beschriftung der L... Abbildung 8.6: Luftarten in RLT-Anlagen Abbildung 8.7: Funktionsprinzip von RLT-Anlagen mit und ohne Lüft... Abbildung 8.8: Druckverhältnisse in Räumen durch RLT-Anlagen Abbildung 8.9: Schematische Darstellung einer Außenluft-Vollklima... Abbildung 8.10: Lüftungstürme zur Versorgung eines Gebäudes mit ... Abbildung 8.11: Wärmerückgewinnung mit Kreuzstrom-Wärmeübert... Abbildung 8.12: Übersicht verschiedener Wärmerückgewinnungssyste... Abbildung 8.13: Tausch eines Faserfilters in einer RLT-Anlage Abbildung 8.14: Filterwächter mit Differenzdruckmessung in einer... Abbildung 8.15: Rohrschalldämpfer mit größerem Quersch... Abbildung 8.16: Volumenstromregler, links ist geschlossen und rechts ... Abbildung 8.17: Axial-, Radial- und Querstromventilator Abbildung 8.18: Wärmeübertrager als Heiz- oder Kühlregi... Abbildung 8.19: Verschiedene Typen von Luftbefeuchtern Abbildung 8.20: Möglichkeiten für die Be- und Entlüftung Abbildung 8.21: Wohnungsgrundriss mit dezentraler Be- und Entlüf... Abbildung 8.22: Wohnungsgrundriss mit zentraler Be- und Entlüftu... Abbildung 8.23: RLT-Gerät einer zentralen kontrollierten Wohnraumlü... Abbildung 8.24: Nur-Luft-Klimaanlage – einfache Darstellung mit ... Abbildung 8.25: Großes zentrales RLT-Gerät in einer Technikzentrale Abbildung 8.26: Luftkanalnetze in verschiedenen Dimensionen Abbildung 8.27: Luftdurchlässe für Zu- und Abluft in verschiedenen Abbildung 8.28: Schematische Darstellung eines Einkanalsystems m... Abbildung 8.29: Schematische Darstellung eines Zweikanalsystems ... Abbildung 8.30: Schematische Darstellung eines Zweileiter-Rohrsy... Abbildung 8.31: Schematische Darstellung eines Vierleiter-Rohrsy... Abbildung 8.32: Induktionsgerät im Deckenkoffer eines Hotelzimmers Abbildung 8.33: Luftkanalnetz für die Primärluft und Gebläse-Kon... Abbildung 8.34: Verändertes Erscheinungsbild des Gebäudes durch die A... Abbildung 8.35: Schematische Darstellung und Übersicht von Split... Abbildung 8.36: Prinzip einer Strahlungskühldecke Abbildung 8.37: Prinzip einer Konvektionskühldecke Abbildung 8.38: Bei diesem Gebäude hätte sich eine gute Plan... Abbildung 8.39: Diagramm mit Darstellung der Temperatur, a... Abbildung 8.40: Diagramm – Lufterwärmung und Luftbefeuchtu... Abbildung 8.41: Diagramm Luftkühlung und Entfeuchtung im S...

Kapitel 9 Abbildung 9.1: Die Leistungen in der Wechselstromtechnik Abbildung 9.2: Prinzipieller Aufbau eines Wechselstromgenerators Abbildung 9.3: Prinzipieller Aufbau eines Drehstromgenerators mit... Abbildung 9.4: Dampfturbine in einem Kraftwerk Abbildung 9.5: Windräderbauformen: Widerstandsläufer und... Abbildung 9.6: Windkraftanlagen als Vertikal- und Horizontalanlage Abbildung 9.7: Beispielhafter Aufbau des Wegs von der Windkraftan... Abbildung 9.8: Stauwasserkraftwerk und Pumpspeicherkraftwerk Abbildung 9.9: Laufwasserkraftwerk in einem Fluss Abbildung 9.10: Unterschiedliche Gezeitenkraftwerke Abbildung 9.11: Aufbau einer Photovoltaikanlage im Inselbetrieb Abbildung 9.12: Bauteile einer Solaranlage Abbildung 9.13: Photovoltaikanlage als Solarpark mit Volleinspeisung Abbildung 9.14: Photovoltaikanlage mit Überschusseinspeisung und... Abbildung 9.15: Solarmodule mit unterschiedlichen Arten von Solarzellen Abbildung 9.16: Dotierte Siliziumschichten der Solarzelle Abbildung 9.17: Solarzelle mit gebildeter Grenzschicht Abbildung 9.18: Querschnitt einer Solarzelle mit angeschlossenem... Abbildung 9.19: Beispielhafter Aufbau einer Power-to-Gas-Versorg... Abbildung 9.20: Höchstspannungsfreileitung und Hochspannung... Abbildung 9.21: Funktionsprinzip von Transformatoren Abbildung 9.22: Aufwärts- und Abwärtstransformator mit unterschi... Abbildung 9.23: Prinzipieller Stromlauf vom öffentlichen Stromne... Abbildung 9.24: Vieradrige und fünfadrige Leitungen Abbildung 9.25: Verschiedene Leitungstypen für die Elektrotechnik Abbildung 9.26: Netzformen nach Erdungsverhältnissen Abbildung 9.27: Beispielhafte Darstellung eines TN-C-S-Netzes fü... Abbildung 9.28: Beispielhafter Anschluss eines Hausanschlusskast... Abbildung 9.29: Potenzialausgleichsschiene verbunden mit verschi... Abbildung 9.30: Potenzialausgleichsschiene und Hauptpotenzialaus... Abbildung 9.31: Anschlussfahnen für die Erdung Abbildung 9.32: Mechanische und digitale Stromzähler Abbildung 9.33: Stromkreisverteiler mit Zähleinrichtung Abbildung 9.34: Wohnungsverteiler mit verschiedenen Stromkreisen Abbildung 9.35: Schutzeinrichtungen in einem Verteilerkasten Abbildung 9.36: Beispielhafte Stromkreisanordnung in einer Wohnu... Abbildung 9.37: Leitungen für dreiphasigen und einphasigen

Abbildung 9.38: Spannung zwischen den Phasen und Neutralleiter m... Abbildung 9.39: Beispielhafte Installationszonen für Elektroleit... Abbildung 9.40: Endpunkte in einem Stromkreis: Lichtauslässe, Li... Abbildung 9.41: Passende Stecker für Schuko-Steckdosen Abbildung 9.42: Rote CEE-Steckverbindung mit Dreiphasen-Wechsels... Abbildung 9.43: Typische Schalterarten für die Beleuchtung Abbildung 9.44: Verteilerkasten der Telekom mit Glasfaserwerbung Abbildung 9.45: All-IP-Anschluss mit Kupferleitung für DSL und V... Abbildung 9.46: All-IP-Anschluss mit Glasfaserleitung für FTTB, ... Abbildung 9.47: Empfangsgeräte fürs Fernsehen

Kapitel 10 Abbildung 10.1: Lichtstrom – Helligkeit einer Lichtquelle Abbildung 10.2: Lichtstärke – Helligkeit in einem bestimmten Rau... Abbildung 10.3: Lichtstärkeverteilungskurve (LVK) im Polardiagra... Abbildung 10.4: Beleuchtungsstärke – Lichtstrom auf einer Fläche Abbildung 10.5: Digitale Luxmeter zur Messung der Beleuchtungsstärke Abbildung 10.6: Typische Temperaturstrahler als Glühlampe und Halogenlampe Abbildung 10.7: Hochdruckentladungslampen für Industriehallen und Stra... Abbildung 10.8: Niederdruckentladungslampen als Leuchtstoff- und Energiespa... Abbildung 10.9: Aufbau einer Leuchtdiode mit Symbol und LED-Chip Abbildung 10.10: LED-Lampen in Glühlampenform (links) und als Retrofit Abbildung 10.11: Möglichkeiten der direkten und indirekten Bele... Abbildung 10.12: Verschiedene Leuchtentypen

Kapitel 11 Abbildung 11.1: Aufbau Smart-Home-System – zentral und dezentral Abbildung 11.2: Beispielhafte Smart-Home-Teilnehmer Abbildung 11.3: Zentrale Steuereinheiten für verschiedene funkba... Abbildung 11.4: Auswirkung unterschiedlicher Standards auf Smart... Abbildung 11.5: Smart-Home-Geräte kommunizieren über einen einhe...

Kapitel 12 Abbildung 12.1: Kalkablagerung an einem Wasserhahn und in einem Wasserkocher Abbildung 12.2: pH-Wert-Skala – sauer, neutral, basisch mit Anha... Abbildung 12.3: Natürlicher Wasserkreislauf Abbildung 12.4: Einfache schematische Darstellung der Wasservert... Abbildung 12.5: Wasserübergabestation in einem Gebäude Abbildung 12.6: Wasserfilter mit integriertem Druckminderer Abbildung 12.7: Altes Bleirohr vor einem Wasserzähler Abbildung 12.8: Beispielhafte Geräte für die dezentrale Wasserve...

Abbildung 12.9: Dezentrale Warmwasserbereitung – Einzel- und Gru... Abbildung 12.10: Zentrale Warmwasserbereitung mit Zirkulationsl... Abbildung 12.11: Warmwassererwärmung über das zentrale Heizsyst... Abbildung 12.12: Solarthermieanlage unterstützend zum Heizsyste... Abbildung 12.13: Warmwasserspeicher in Kombi-Heizkessel und als... Abbildung 12.14: Gesamtwasserverbrauch mit Einsparpotenzial Abbildung 12.15: Schilder mit dem Hinweis »Kein Trinkwasser« Abbildung 12.16: Beispielhafte Regenwassernutzungsanlage Abbildung 12.17: Grauwassernutzanlage mit vier Behältern und Me... Abbildung 12.18: Geruchsverschlüsse für Abflussleitungen Abbildung 12.19: Übersicht der Abwasserleitungen in einem Gebäu... Abbildung 12.20: Rückstauverschluss in der Grundleitung Abbildung 12.21: Hebeanlage unterhalb der Kanalisation Abbildung 12.22: Abwasseraufbereitung in mehreren Schritten

Kapitel 13 Abbildung 13.1: Heizwasser über Heizwassernachfüllstation befüll... Abbildung 13.2: Selbsttätiges Entlüftungsventil an einem Heizkör... Abbildung 13.3: Werkzeuge für die Entlüftung von Heizkörpern Abbildung 13.4: Heizkörper entlüften: Schritt für Schritt Abbildung 13.5: Lassen Sie Ihre Umwälzpumpe gegen eine neue taus... Abbildung 13.6: Typisches Heizprofil in Altbauten Abbildung 13.7: Mögliches Heizprofil mit programmierbaren Thermo... Abbildung 13.8: Wasserpumpenzange zum Lösen alter Thermostate Abbildung 13.9: Demontage des alten Thermostates Abbildung 13.10: Programmierbare Thermostate montieren Abbildung 13.11: Beispielhafter Adapter für ein Heizkörperventi... Abbildung 13.12: Stopfbuchsenstift des Heizkörperventils klemmt Abbildung 13.13: Klemmenden Stopfbuchsenstift lösen Abbildung 13.14: Einstellungsmöglichkeiten für die Heizkennlini... Abbildung 13.15: Alte und neue Heizungsregelung mit Angabe zur ... Abbildung 13.16: Diagramm für eine Heizkennlinie Abbildung 13.17: Dämmung für Heizungsrohre

Kapitel 15 Abbildung 15.1: Verschiedene Heizkostenverteiler Abbildung 15.2: Energiemessgeräte

Kapitel 16 Abbildung 16.1: Dachboden mit und ohne Dämmung Abbildung 16.2: Dachdämmung mit Dampfbremsfolie, Dämmpl...

Abbildung 16.3: Beispielhaft gedämmte Kellerdecke Abbildung 16.4: Anbringen von Dämmplatten an der Kellerdecke Abbildung 16.5: Eingang zu einem Dachdrempel Abbildung 16.6: Dämmung über Einblasdämmung in ei... Abbildung 16.7: Erster Schritt zum Umbau einer Zweischlauchanlag... Abbildung 16.8: Befestigung des Kartons an der Klimaanlage Abbildung 16.9: Die Schläuche sind an der umgebauten Monoblock-K... Abbildung 16.10: Fensterabdichtung für mobile Klimaanlagen

Kapitel 17 Abbildung 17.1: Funktion Stecker-Solargerät Abbildung 17.2: Mini-Solaranlage im Inselbetrieb Abbildung 17.3: Beispielhafte Komponenten eines Insel-Solar-Komp... Abbildung 17.4: Mobile Powerstationen verschiedener Anbieter Abbildung 17.5: Mobile Solar-Komplettsets mit faltbaren Solarmod...

Kapitel 18 Abbildung 18.1: Verschiedene Kreuz- und Schlitz-Schraubendreher Abbildung 18.2: Set für Präzisionsschraubendreher Abbildung 18.3: Kneifzange, Wasserpumpenzange, Kombizange und Spitzzange Abbildung 18.4: Typischer Schlosshammer Abbildung 18.5: Feinsäge, Bügelsäge und Fuchsschwanz Abbildung 18.6: Schlüsselsets, bestehend aus Inbusschlüssel, Sch... Abbildung 18.7: Cuttermesser mit Klingen zum Abbrechen Abbildung 18.8: Entlüftungsschlüssel für Heizkörper Abbildung 18.9: Set, bestehend aus Schrauben, Dübeln und Nägeln Abbildung 18.10: Bleistift zur Markierung mit einem mittleren b... Abbildung 18.11: Gewebeklebeband und Isolierklebeband Abbildung 18.12: Vielseitig einsetzbare Kabelbinder Abbildung 18.13: Schutzausrüstung für Baustelle und He... Abbildung 18.14: Multifunktionsöl im Haushalt Abbildung 18.15: Große und kleine Akkuschrauber mit passenden B... Abbildung 18.16: Schlagbohrmaschine mit passendem Bohrerset Abbildung 18.17: Kleine Wasserwaage aus dem Baumarkt Abbildung 18.18: Metermaß und Maßband Abbildung 18.19: Messschieber zur Feinmessung Abbildung 18.20: Multimeter zur Messung von elektrischen Größen Abbildung 18.21: Phasenprüfer zur Spannungsüberprüfung Abbildung 18.22: Leitungsfinder zum Auffinden von Elektroleitun... Abbildung 18.23: Energiemessgerät zur Messung des Energieverbra...

Kapitel 20 Abbildung 20.1: Prinzip von Widerständen im Heizungsnetz Abbildung 20.2: Voreinstellbares Heizkörperventil mit sechs Vore... Abbildung 20.3: Heizungsanlage mit und ohne hydraulischen Abglei... Abbildung 20.4: Strangregulierarmatur mit Einstellkulisse Abbildung 20.5: Ventilbauform: Durchgangsventil, Eckventil und... Abbildung 20.6: Automatisches Strangregulierventil, bestehend au... Abbildung 20.7: Bauteile zur Durchführung eines hydraulischen Ab... Abbildung 20.8: Hydraulischer Abgleich für Einrohrheizungen Abbildung 20.9: Heizkreisverteiler einer Fußbodenheizung Abbildung 20.10: Voreinstellung am Heizkörperventil

Kapitel 21 Abbildung 21.1: Beispielgebäude für den hydraulischen Abgleich Abbildung 21.2: Grundriss Erdgeschoss – Beispielgebäude Abbildung 21.3: Grundriss Obergeschoss – Beispielgebäude Abbildung 21.4: Weitverbreitete Heizflächenarten Abbildung 21.5: Ventilbauform: Durchgangsventil, Eckventil und i... Abbildung 21.6: Bezeichnung für Flachheizkörper ermitteln Abbildung 21.7: Grundrisse Erd- und Obergeschoss mit eingezeichn... Abbildung 21.8: Voreinstellung des Heizkörperventils mit Voreins... Abbildung 21.9: Voreinstellstufen mit Kv- und Kvs-Werten für ein... Abbildung 21.10: Draufsicht auf druckunabhängiges Heizkörperven... Abbildung 21.11: Bereich in der Pumpenkennlinie für den Auslegu...

Einleitung Ob Sie ein neues Haus bauen, gerade umgezogen sind, der alte Heizkessel getauscht werden muss oder ob Sie sich über hohe Energiekosten wundern: Mit dem Betreten eines Gebäudes sind Sie von Technik umgeben. Als sichtbare Elemente fallen Ihnen Heizkörper, Leuchten, Steckdosen und Waschbecken schnell auf, die Ihr Gebäude mit Energie und Wasser versorgen. Doch was geschieht hinter den Kulissen? Wie kommen Wärme, Strom, Internet und Wasser in Ihr Gebäude, und wie werden sie dort verteilt? Ein Großteil der Technik befindet sich im Verborgenen hinter Wänden, im Boden, in Kellern oder auf dem Dachboden. Da Sie täglich von Gebäudetechnik umgeben sind, möchte Ihnen dieses Buch dabei helfen, hinter die Kulissen zu schauen und sich in der Gebäudetechnik zurechtzufinden, und Sie dafür begeistern.

Über dieses Buch »Haustechnik für Dummies« gibt Ihnen einen verständlichen Einstieg in die wichtigsten Bereiche der Gebäudetechnik. Sie erhalten eine Einführung in die physikalischen Grundlagen, welche für die Gebäudetechnik notwendig sind, und lernen im großen Technikteil die wichtigsten Bereiche der Haustechnik kennen. Dabei gibt es viele Skizzen, Abbildungen, Checklisten und Zusammenfassungen für ein besseres Verständnis. Im Praxisteil finden Sie praktische Tipps und Tricks zur Optimierung von Heizungsanlagen sowie geringinvestive Energiesparmaßnahmen zum Selbermachen und mit Schritt-fürSchritt-Anleitungen. Eine gute Nachricht für alle, die das Buch nicht komplett durchlesen möchten: Sie können es auch als praktisches Nachschlagewerk nutzen. Wenn Sie dann ein Thema packt, können Sie es vertiefen.

Konventionen in diesem Buch Auch wenn Sie in diesem Buch einige Formeln finden, ist »Haustechnik für Dummies« kein Mathematik- oder Physikbuch. Zur Vereinfachung sind die Einheiten und Größen in den Formeln beim erstmaligen Vorstellen ausgeschrieben. In vielen Beispielen werden die Formeln dann auch direkt angewandt, damit Sie diese praxisnah erleben und nachvollziehen können. Da es in vielen Bereichen der Gebäudetechnik Schnittstellen untereinander gibt, werden Sie viele Verweise auf dazugehörige oder passende Kapitel finden. Dies erfolgt dann beispielsweise nach dem Muster: siehe Kapitel 5 im Abschnitt »Funktionsweise einer Wärmepumpe«. Die Verweise sollen Ihnen dabei helfen, bei möglichen Fragen die passende Erklärung oder weitere Informationen schnell zu finden.

Törichte Annahmen über die Lesenden In diesem Buch finden Sie eine grundlegende Einführung für Lesende ohne Grundkenntnisse aus dem Bereich der Gebäudetechnik. Aber auch Lesende mit Vorkenntnissen und Fachwissen können mit Sicherheit noch etwas Neues finden. In den Grundlagen werden die wichtigsten physikalischen Konzepte zur Gebäudetechnik aus Thermodynamik und Elektrotechnik vorgestellt. Zudem gibt es in vielen Bereichen einfache Beispielrechnungen zum Nachvollziehen. Ich gehe daher davon aus, dass Sie mit einfachen mathematischen Gleichungen etwas anfangen können. Sie brauchen jedoch nicht in Panik zu verfallen und auch keine Angst zu haben: Alle Beispiele werden erklärt und Schritt für Schritt erläutert. Ein Großteil des Buches kommt zudem auch ohne Physik und Mathe aus und beschreibt technische Vorgänge.

Für wen ist dieses Buch geschrieben? Dieses Buch richtet sich an alle, die sich für Gebäudetechnik interessieren, sich damit beruflich auseinandersetzen müssen oder altes Wissen wieder auffrischen möchten. Dazu gehören Eigenheimbesitzende, Mietende, Studierende, Auszubildende Architekturschaffende, Planende, Handwerkende, aber auch Laien, die sich für Gebäudetechnik interessieren.

Wie dieses Buch aufgebaut ist Sie finden in diesem Buch zunächst zwei Kapitel, die Sie an das Thema der Gebäudetechnik heranführen. Anschließend gibt es ein Kapitel mit physikalischen Grundlagen, die für das Verständnis der Gebäudetechnik notwendig sind. Dann folgt ein großer Technikteil mit den wichtigsten Bereichen der Gebäudetechnik. Im Praxisteil können Sie schließlich Ihre eigene Haustechnik zu Hause genauer unter die Lupe nehmen und mit Tipps und Tricks optimieren, um Geld und Energie zu sparen. So können Sie sich Schritt für Schritt in viele Thematiken einarbeiten.

Teil I: Willkommen in der Haustechnik In diesem Teil erhalten Sie eine Einführung in die Gebäudetechnik, erfahren, weshalb es die Gebäudetechnik gibt und welche Bereiche sie abdeckt. Sie lernen erste Faktoren kennen, die das Gebäude und seine Technik beeinflussen, und erfahren, welche Rolle das eigene Behaglichkeitsempfinden dabei spielt. Der Teil schließt mit einer Übersicht der grundlegenden physikalischen Prinzipien und Konzepte ab, die für die Gebäudetechnik relevant sind. Dazu gehören die Thermodynamik und die Elektrotechnik.

Teil II: Der Technikteil

Der Technikteil ist der umfassendste Teil in diesem Buch und gibt Ihnen einfache, aber auch vertiefende Einblicke in die Gebäudetechnik. Dazu gehört das energiesparende Bauen und Sanieren, wobei Themen wie Energieversorgung, Wärmedämmung und energetische Anforderungen an Gebäude behandelt werden. Darüber hinaus werden die verschiedenen Systeme von Heizungs- und Kälteanlagen sowie die Steuerungs- und Regelungstechnik vorgestellt. Weitere Kapitel befassen sich mit der Lüftungs- und Klimatechnik, mit Elektrotechnik und der künftigen Stromversorgung, Smart Home sowie Licht- und Beleuchtungstechnik. Zusätzlich werden die Wasserversorgung und Abwasserentsorgung betrachtet.

Teil III: Praktische Tipps für die eigene Haustechnik Im dritten Teil geht es um praktische Tipps, die Sie zu Hause selbst umsetzen können: von der Optimierung Ihrer Heizungsanlage und geringinvestive Energiesparmaßnahmen über das Verständnis für die jährliche Strom- und Heizkostenabrechnung hin zur Nutzung von Wärmepumpen in Altbauten. Außerdem erhalten Sie Tipps für den Einsatz von MiniSolaranlagen, einen Überblick der wichtigsten Werkzeuge und Ratschläge, wie Sie die richtige Fachfirma finden.

Teil IV: Praxisteil hydraulischer Abgleich Der vierte Teil dieses Buches legt den Fokus auf den hydraulischen Abgleich von Heizsystemen. Dabei wird ausführlich erklärt, warum ein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden muss, welche Arten von Abgleichstrategien es gibt und welche Komponenten benötigt werden. Kosten, Fördermöglichkeiten und Einsparpotenziale werden dabei ebenfalls betrachtet. Anhand eines praktischen Beispiels können Sie die Durchführung und Berechnung des hydraulischen Abgleichs nachvollziehen und erfahren, wie die notwendigen Komponenten richtig ausgewählt und eingestellt werden.

Teil V: Der Top-Ten-Teil Der Top-Ten-Teil darf in keinem … für Dummies-Buch fehlen. In diesem Teil werden Ihnen die zehn wichtigsten Webseiten vorgestellt, die es zur Gebäudetechnik gibt. Auf diesen Seiten finden Sie viele zusätzliche Informationen und können Ihr Wissen weiter vertiefen

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden In diesem Buch werden Sie verschiedene Symbole finden, die bestimmte Informationen kennzeichnen. Nachfolgend finden Sie die Symbole und deren Bedeutung aufgelistet. Dieses Symbol markiert praktische Tipps, Tricks und Hinweise. Davon gibt es sehr

viele in diesem Buch. Bei diesem Symbol wird es technisch, und die Informationen sollen Ihnen helfen, die Thematik besser zu verstehen. Wenn Sie dieses Symbol sehen, handelt es sich um ein Beispiel, damit Sie eine Formel oder eine Vorgehensweise direkt nachvollziehen und in einen praktischen Kontext setzen können. Bei diesem Symbol werden Themen und Erkenntnisse als Erinnerung kurz wiederholt, damit Sie sich diese besser merken können. Wenn Sie dieses Symbol sehen, ist Aufmerksamkeit geboten. Es handelt sich um eine Warnung oder die Aufforderung, besonders vorsichtig zu sein. Wenn Sie dieses Symbol sehen können Sie sich zurücklehnen. Es handelt sich um kurze Anekdoten oder Geschichten, die zur Thematik passen und das Thema auflockern. Dieses Symbol kommt nicht sehr oft in diesem Buch vor. Wenn Sie es sehen, handelt es sich um eine Definition.

Wie es weitergeht Dieses Buch vermittelt Ihnen das Grundwissen für viele Bereiche der Gebäudetechnik und wird Ihnen helfen, Ihr Gebäude, Ihre Heizung, Ihre Elektroinstallation und vieles mehr besser zu verstehen. Für noch mehr Details gibt es zu vielen Kapiteln in diesem Buch spezielle Fachbücher mit ausführlicheren Informationen, Formeln und deren Herleitung sowie Beispielrechnungen. Wenn Sie das Buch komplett gelesen haben, sind Sie nicht mehr fachfremd, sondern können Fachleute verstehen, sich auf Augenhöhe mit ihnen unterhalten oder mit ihnen diskutieren. Fachkundig sind Sie dann aber nicht, dafür ist die Gebäudetechnik mit all Ihren Teilbereichen zu komplex und umfangreich.

Teil I

Willkommen in der Haustechnik

 

IN DIESEM TEIL … Sie bekommen eine Einführung in die Gebäudetechnik, erfahren, womit sich diese beschäftigt und welche Themenbereiche abgedeckt werden. Sie erfahren, welche Einflussfaktoren auf ein Gebäude beim Bau und bei der Planung der Gebäudetechnik betrachtet werden, damit sich die darin lebenden Personen wohlfühlen. Sie erhalten eine Einführung in die physikalischen Grundlagen, welche für die Gebäudetechnik notwendig sind.

Kapitel 1

Einführung in die Haustechnik IN DIESEM KAPITEL Erhalten Sie eine Einführung in die Gebäudetechnik und erfahren, womit sich die Gebäudetechnik beschäftigt. Sie lesen, welche Aufgabe die Gebäudehülle hat und in welche Bereiche die Gebäudetechnik unterteilt wird. Sie lernen das Gebäudemanagement als wichtigen Baustein bei der Pflege eines Gebäudes kennen und erfahren, welche Aufgaben das technische Gebäudemanagement abdeckt.

»Computer, schalte das Licht an und stelle die Heizung auf 21 °C.« Was sich in der Fernsehserie »Raumschiff Enterprise« wie ein verrücktes Zukunftsszenario anhörte, ist heute in fast jedem Gebäude mit einer Sprachsteuerung und einem passenden SmartHome-System möglich. Moderne Gebäudetechnik hilft Ihnen inzwischen, in einer wohltemperierten Behausung ein angenehmes und sicheres Leben zu führen und an kalten Wintertagen einem Schneesturm zuzuschauen, anstatt ihn zu fürchten. Im Sommer können Sie bei brütender Hitze ein kaltes Getränk genießen und einen kühlen Kopf bewahren. Zudem haben Sie fließendes Wasser in Küche und Bad, ein Abwassersystem für Toilettengänge, und aus den Steckdosen in der Wand kommt Strom für die Beleuchtung oder den smarten Fernseher. Mit Hilfe von Tablet und Smartphone können Sie per WLAN über Videokonferenz den Kontakt zu Freunden und Familie herstellen. Willkommen in der Welt der modernen Haustechnik! Früher hatten Menschen noch andere Ansprüche an ihre Unterkünfte. Es ging hauptsächlich darum, sich vor Wind und Regen zu schützen, sich trocken zu halten und dafür zu sorgen, nicht zu erfrieren. Was sich heute schwer vorstellbar anhört, gehörte noch bis zum Ende des 19. Jahrhunderts zum täglichen Überleben, denn das Klima hatte damals wie heute einen großen Einfluss auf den menschlichen Lebensraum. Was dann im 19. Jahrhundert geschah, war die industrielle Revolution, welche es uns Menschen ermöglichte, Arbeit von Maschinen ausführen zu lassen und Energie nutzbar zu machen. In Gebäude zogen die Elektrizität und eine sichere Wärme- und Wasserversorgung ein, sodass viele Bedürfnisse befriedigt und gleichzeitig neue geschaffen wurden. Fast jeder Wunsch, der den Komfort in den eigenen vier Wänden steigen lässt, kann heute umgesetzt

werden, was einen steigenden Energiekonsum zur Folge hat. Heute entfallen etwa 40 % des europäischen Energieverbrauchs auf den Gebäudesektor. Gebäude und deren Technik müssen sich ständig weiterentwickeln, um diesen hohen Energieverbrauch zu reduzieren. Neubauten haben eine Wärmedämmung, moderne Heizund Kühlsysteme, eine effiziente Beleuchtung, eine Gebäudeautomatisierung und setzen erneuerbare Energien ein. Dadurch benötigen sie weniger Energie und liefern einen deutlich höheren Komfort als früher. Besonders Altbauten müssen Beachtung finden. Durch die energetische Sanierung von Bestandsgebäuden, die Optimierung von Altanlagen und das Anpassen des Nutzerverhaltens ist eine weitere Reduzierung des Energieverbrauchs bei steigendem Komfort möglich. In diesem Kapitel erfahren Sie, womit sich die Gebäudetechnik beschäftigt, welche Fachbereiche es gibt und wie Gebäude gepflegt werden, damit sie zukunftssicher alt werden.

Damit beschäftigt sich die Gebäudetechnik heute Schauen Sie sich einmal in Ihrem Gebäude um. Alles, was Sie dort sehen und was nicht zu den Einrichtungsgegenständen wie Schrank, Sofa und Kühlschrank gehört, wurde einmal als ein Gesamtkonzept entworfen. Sie sind umgeben von Wänden, Türen, Fenstern, Dach und Keller. Diese Bauteile zusammen ergeben die Gebäudehülle, welche Sie vor Umwelteinflüssen und Gefahren von außen schützt. Innerhalb der Gebäudehülle gibt es eine Raumaufteilung wie zum Beispiel Wohnzimmer, Schlafzimmer, Bad, Küche und Flur. All diese Räume haben eine Funktion und sind unterschiedlich ausgestattet. So haben das Bad und die Küche Wasser- und Abwasseranschlüsse, das Schlafzimmer ist für die Nachtruhe ausgestattet, das Wohnzimmer dient als Mittelpunkt des Lebens, und der Flur verbindet alle Räume untereinander. Bei genauerer Betrachtung stellen Sie fest, dass die verschiedenen Zimmer von einem Heiz- oder Lüftungssystem mit Wärme versorgt werden. Über Steckdosen und Elektroanschlüsse werden Räume mit elektrischer Energie versorgt, und im Bad oder der Küche gibt es einen Abluftschacht, der die feuchte Luft aus dem Gebäude transportiert. Die Gebäudetechnik beschäftigt sich mit fast allem, was Sie in Ihrem Gebäude umgibt, und kann als Erweiterung des menschlichen Körpers zum eigenen Schutz und Wohlbefinden gesehen werden. Die Analogie eines Gebäudes zum menschlichen Körper klingt im ersten Moment vielleicht etwas abstrakt, dennoch lade ich Sie auf dieses Gedankenexperiment ein. Lassen Sie uns die Gebäudetechnik gemeinsam erkunden.

Die Gebäudetechnik deckt in ihrer Vielseitigkeit und Komplexität viele Bereiche ab, sodass Fachfirmen meist auf einen bestimmten Bereich spezialisiert sind. Die Spezialbereiche sind gewöhnlich Elektrotechnik, Heizungstechnik, Klima- und Lüftungstechnik und Sanitärtechnik. Eine Spezialisierung in mehr als einem Bereich ist fast unmöglich, da sich die Technik, die aktuellen Standards und Regelungen, aber auch die Gesetzgebung ständig ändern und weiterentwickeln.

Gebäudehülle: Die Haut des Gebäudes Die Gebäudehülle ist die Außenhaut eines Gebäudes und soll, wie die Haut des Menschen, das Innere des Gebäudes vor äußeren Einflüssen schützen. Die nachfolgenden Bereiche benötigen daher besondere Aufmerksamkeit in Gebäuden: Wärmeschutz: Es wird zwischen dem winterlichen- und dem sommerlichen Wärmeschutz unterschieden. Der winterliche Wärmeschutz reduziert in der kalten Jahreszeit den Verlust von Wärme über die Gebäudehülle an die Umgebung. Dies erfolgt beispielweise mit einer Wärmedämmung. Der sommerliche Wärmeschutz reduziert hingegen die Sonneneinstrahlung in der warmen Jahreszeit, damit sich das Gebäude nicht unnötig aufheizt. Dies erfolgt beispielweise mit einer geeigneten Verschattung durch Jalousien oder Bäume. Mehr dazu erfahren Sie im Kapitel 4. Feuchteschutz: Niemand möchte bei Starkregen in einem nassen Wohnzimmer sitzen oder nach der täglichen Sporteinheit im Wohnzimmer die Innenwände vom kondensierten Schweiß trocken wischen. Daher ist ein Feuchteschutz im Gebäude notwendig, der das Eindringen von Wasser in das Gebäude verhindert und das Entweichen von Feuchte aus dem Gebäude ermöglicht. Der Abtransport von Feuchte in Räumen erfolgt in Altbauten über die natürliche Lüftung und in Neubauten über mechanische Lüftungsanlagen. Mehr dazu erfahren Sie im Kapitel 8. Schallschutz: Der Schallschutz in einem Gebäude reduziert die Schallübertragung über die einzelnen Bauteile von der Schallquelle zum Empfänger. Besonders im Wohnungsbau ist dieser von hoher Bedeutung, da die eigene Wohnung zum Entspannen und Ausruhen dient. Wenn Ihr Nachbar also wieder einmal eine Party feiert, bekommen Sie im Idealfall nichts davon mit. Brandschutz: Dem baulichen Brandschutz kommt eine besondere Rolle zu, denn beim Einsatz von Heizgeräten, die mit Gas oder Öl betrieben werden, besteht eine erhöhte Brandgefahr. Dabei begünstigen besonders Leitungen und Versorgungsschächte die Ausbreitung von Bränden. Der bauliche Brandschutz soll die Entstehung und Ausbreitung von Bränden in einem Gebäude erschweren und ist ein vorbeugender Brandschutz. Sicherheitstechnik: Sicherheitstechnik kommt zum Einsatz, wenn ein Gebäude oder

ein Gebäudekomplex geschützt werden soll. Dies kann zum Beispiel ein Bürogebäude sein, welches nicht für jede Person zugänglich ist, das Eigenheim, welches als schützender Rückzugsort dient, oder ein Museum, in dem wertvolle Kunstgegenstände ausgestellt werden. Die Sicherheitstechnik befasst sich unter anderem mit Einbruchmeldetechnik, Objektschutz und Überwachung oder Zutrittskontrolle. Klimaschutz, energiesparendes- und nachhaltiges Bauen: Die Klimakrise, Ressourcenknappheit und die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern verlangen eine Reduzierung und einen effizienten Umgang mit Energie. Bauliche Maßnahmen an Gebäuden, der Einsatz moderner Gebäudetechnik und erneuerbarer Energien senken bereits heute den Energieverbrauch von Gebäuden deutlich. Die Gebäudehülle ist das schützende Element eines Gebäudes und sorgt für den Schutz des Inneren. Sie gehört daher in den Bereich der Architektur und hat weniger mit der Gebäudetechnik zu tun. Dennoch ist es wichtig, sich ein wenig mit der Konstruktion von Gebäuden sowie mit Baustoffen und deren Eigenschaften auszukennen. Mehr dazu finden Sie in Kapitel 4 zum energiesparenden Bauen.

Haustechnik: Leben für ein Gebäude Die Haustechnik betrachtet, in Analogie zum menschlichen Körper, das Innenleben eines Gebäudes. Ähnlich wie beim Menschen gibt es ein Herz, welches die Energiezentrale in einem Gebäude ist. Von dort werden über Leitungen, Schächte und Kabel, ähnlich wie im Blutkreislauf und Nervensystem des Menschen, Wasser, Wärme, Luft und Elektrizität in die jeweiligen Bereiche des Gebäudes geleitet, in denen diese benötigt werden. Im Gehirn des Gebäudes verarbeitet die Steuer- und Regelungstechnik eingehende Signale und lässt sie sinnvoll zusammenspielen. Wenn alle Bereiche der Gebäudetechnik vernetzt sind, sich untereinander austauschen können und die raumklimatischen Bedürfnisse der Bewohner auf eine energie- und kosteneffiziente Weise erreicht werden, ist von einem intelligenten Gebäude die Rede – einem Smart Home. Ähnlich wie beim Menschen müssen Energie und Wasser in das Gebäude gelangen und teilweise auch wieder entsorgt werden. Die Energie- und Wasserversorgung von außen sowie die Entsorgung von Abfall und Abwasser sind daher ebenfalls Bereiche der Gebäudetechnik. Damit Sie den Überblick nicht verlieren, finden Sie hier einen Übersicht der wichtigsten Bereiche der Gebäudetechnik. Heizungstechnik: Damit es an kalten Wintertagen warm und gemütlich ist, besitzt fast jedes Gebäude in Mittel- und Nordeuropa eine Heizungsanlage. Die Heizungstechnik beschäftigt sich mit der Vielzahl der verschiedenen Möglichkeiten, Wärme zu erzeugen, optimal im Gebäude zu verteilen und effizient an alle Räume zu

übergeben. Mehr dazu erfahren Sie im Kapitel 5. Klima- und Lüftungstechnik: Die Klima- und Lüftungstechnik ist ebenfalls ein wichtiger Bereich in der Gebäudetechnik. Dabei versorgen Lüftungsanlagen die Gebäude nicht nur mit frischer Außenluft und sorgen für eine hohe Luftqualität, sondern können auch heizen und kühlen oder eine gewünschte Luftfeuchte herstellen. Mehr dazu erfahren Sie im Kapitel 8. Kältetechnik als Teil der Klima- und Lüftungstechnik: Die Kältetechnik wird in unseren Breitengraden aufgrund der Klimaerwärmung immer wichtiger. Bürogebäude, Produktionsstätten, Krankenhäuser, aber auch Wohngebäude werden an heißen Sommertagen gekühlt, um ein angenehmes Raumklima zu schaffen. Die Kältetechnik beschäftigt sich mit den verschiedenen Arten der Kälteerzeugung und Kälteverteilung. Mehr dazu erfahren Sie im Kapitel 6. Elektrotechnik: Ohne elektrische Energie funktioniert in unserer Gesellschaft so gut wie nichts mehr. Egal, ob Computer, Kühlschrank, Beleuchtung oder Heizungs- und Klimatechnik, fast alle Geräte in einem Gebäude benötigen Strom. Die Elektrotechnik beschäftigt sich mit der sicheren Stromversorgung und Verteilung in Gebäuden. Dazu gehören auch Internet, Fernseh- und Rundfunkübertragung. Mehr dazu erfahren Sie in den Kapiteln 9 und 10. Gebäudeautomation: Je größer ein Gebäude oder eine Liegenschaft ist, desto komplexer ist auch die Versorgung mit Energie und Wasser. Über die Gebäudeautomation können die verschiedenen technischen Bereiche mit Hilfe von Mess-, Steuer- und Regeltechnik optimal zusammenspielen, Informationen sammeln, austauschen, auswerten und somit das Gebäude automatisieren. In Wohngebäuden ist die Gebäudeautomation noch neu und als Smart Home bekannt. Mehr dazu erfahren Sie in den Kapiteln 7 und 11. Wasser- und Abwassertechnik: Wasser ist Leben, und Menschen benötigen es zum Kochen, Waschen und Spülen. Die Wasser- und Abwassertechnik sorgt daher für die Versorgung mit Trinkwasser und die Entsorgung von Abwasser in Gebäuden. Mehr dazu erfahren Sie im Kapitel 12. In größeren Gebäuden kommen zudem Aufzugstechnik wie Fahrstühle und Rolltreppen sowie Feuerlöschtechnik zum Einsatz. Diese werden aufgrund ihres Umfangs in diesem Buch nicht behandelt.

Die richtige Pflege für ein Gebäude: Das Gebäudemanagement Jetzt haben Sie einen guten Überblick über die einzelnen Bereiche der Gebäudetechnik erhalten. Damit Gebäude nicht nur kurze Zeit stehen, sondern auch eine Lebenszeit von

mehreren Jahrzehnten erreichen können, müssen sie gepflegt werden. Bei guter Pflege können Gebäude auch mehrere Jahrhunderte alt werden. Da der Aufwand für die Pflege von Gebäuden und deren Technik sehr groß ist, gibt es hierfür einen extra Bereich: das Gebäudemanagement (engl. Facility Management). Das Thema der Haustechnik fällt hier in den Teilbereich des technischen Gebäudemanagements, welches sich mit dem Betreiben von technischen Anlagen, deren Wartung und Instandhaltung, aber auch mit dem Modernisieren, dem Umbau und der Analyse bei Mängeln beschäftigt. Das technische Gebäudemanagement wird in die folgenden fünf Bereiche unterteilt: Betrieb von technischen Anlagen: Der sichere Betrieb von technischen Anlagen ist eine Rechtspflicht und liegt in der Verantwortung des Gebäudeeigentümers. Hier gilt es, behördliche Auflagen, Rechtspflichten und Vorschriften einzuhalten, zu dokumentieren und Änderungen an den Anlagen den Behörden zu melden. Wartung und Instandhaltung: Durch die Wartung und Instandhaltung von technischen Anlagen wird der sichere und funktionsfähige Betrieb sichergestellt, um die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern. Betriebsoptimierung: In der Betriebsoptimierung werden technische Anlagen im laufenden Betrieb analysiert, sodass diese optimiert werden können, um beispielsweise Energie zu sparen oder den Verschleiß von Anlagenteilen zu reduzieren. Energie- und Umweltmanagement: Im Energiemanagement werden die Energieflüsse und Energieverbräuche eines Gebäudes erfasst, überwacht und optimiert, um die Energiekosten dauerhaft zu senken. Dazu gehören auch der kostengünstige Energieeinkauf und die Betrachtung der energiesteuerlichen Belange. Im Umweltmanagement erfolgen die Umsetzung der betrieblichen und behördlichen Umweltschutzbelange sowie die Einhaltung rechtlicher Mindeststandards. Modernisierung, Sanierung und Umbau: In Gebäuden kann es immer wieder zur Umnutzung von bestimmten Bereichen kommen, sodass diese umgebaut oder modernisiert werden müssen. Aber auch die Sanierung von älteren technischen Anlagen oder deren Außerbetriebnahme sowie der Rückbau fallen in das technische Gebäudemanagement.

Kapitel 2

Einflussfaktoren auf das Gebäude IN DIESEM KAPITEL Erfahren Sie, welchen Einfluss das Außenklimas auf ein Gebäude und seine Technik hat. Sie lernen den Unterschied zwischen Wetter und Klima kennen. Sie erfahren, wie Behaglichkeit definiert wird und warum jeder Mensch ein unterschiedliches Behaglichkeitsempfinden hat. Sie erhalten einen Überblick über thermische- und nicht thermische Einflussgrößen.

Die Hauptaufgabe eines Gebäudes ist der Schutz des Menschen vor Kälte, Hitze, Wind und Feuchtigkeit. Gleichzeitig soll im Inneren des Gebäudes ein behagliches Raumklima herrschen. Dazu müssen verschiedene Einflussfaktoren betrachtet werden, die beim Hausbau und bei der Planung der Gebäudetechnik von Bedeutung sind. In diesem Kapitel erfahren Sie, welchen Einfluss das lokale Klima auf Ihr Gebäude hat, was Behaglichkeit ist und welche Einflussfaktoren im Gebäude Ihr Wohlbefinden beeinflussen.

Ein Blick nach draußen lohnt sich Wenn Sie gerne reisen, haben Sie wahrscheinlich schon die unterschiedlichsten Gebäude gesehen und vielleicht festgestellt, dass es in Gebäuden in Äquatornähe seltener Heizsysteme, dafür aber mehr Kühlsysteme gibt. Gebäude, die sich näher an den Polen befinden, haben hingegen eine stärkere Wärmedämmung und mit großer Wahrscheinlichkeit ein Heizsystem. Vielleicht sind Ihnen auch Unterschiede bei der Art und Weise aufgefallen, wie Gebäude traditionell gebaut wurden. Bautraditionen können sich aus den lokal verfügbaren Materialien ergeben, wobei Lehm, Schlamm, Schiefer oder Schilfrohr je nach Ort und Anforderungen bevorzugt werden. Aufgrund der Wetterunterschiede können Sie in Gegenden mit hohem Schneefall sehr steile Dächer sehen, wo es besonders heiß oder kalt ist, dicke Mauern, und wo die Temperatur relativ stabil und das ganze Jahr über angenehm ist, dünne Bauteilschichten. Außerhalb von Gebäuden fühlen Sie das Außenklima und können Ihre Körpertemperatur mit passender Kleidung regulieren. Zu Hause auf der Couch möchte jedoch niemand in einem dicken Wintermantel sitzen. Ein angenehmes Klima in Gebäuden muss daher erst

geschaffen werden. Unterschieden wird also in Außenklima und Innenraumklima. Wenn Sie nun beabsichtigen, ein Gebäude zu bauen, müssen Sie für die Planung des Gebäudes und der Anlagentechnik die lokalen Außenklimadaten heranziehen. Anhand dieser Klimadaten können Sie dann die notwendigen Komponenten und Baumaterialien auswählen, die ganzjährig ein angenehmes Innenraumklima sicherstellen. Klimadaten unterscheiden sich nicht nur weltweit, sondern variieren auch lokal sehr stark. Auch wenn Wetter und Klima ähnliche Variablen wie Temperatur, Wind und Niederschlag berücksichtigen, sind Wetter und Klima verschieden. Nachfolgend finden sind daher die wesentlichen Unterschiede von Wetter und Klima dargestellt. Wetter: Der aktuelle Wetterbericht gibt Ihnen Informationen über die Temperatur, Sonneneinstrahlung, Wind und Niederschlag in einem Zeitraum von ein paar Stunden bis zu wenigen Tagen. Die Wettermodelle sagen dabei voraus, wie sich das Wetter in einem bestimmten Gebiet in der nächsten Zeit entwickeln wird. Je weiter die Vorhersage in der Zukunft liegt, desto unzuverlässiger wird sie. Bei einer Wettervorhersage von mehr als fünf Tagen können Sie auch eine Münze werfen, die Chancen sind ähnlich. Klima: Das Klima gibt Ihnen Auskunft über das durchschnittliche lokale Wetter über einen langen Zeitraum. Dabei werden alle Schwankungen verschiedenster Klimaelemente (wie Wind, Niederschlagsmenge, Lufttemperatur, Luftfeuchte usw.) erfasst und ergeben die klimatischen Bedingungen vor Ort. Der von der Weltorganisation für Meteorologie verwendete Zeitraum für die Berechnung der Klimabedingungen beträgt 30 Jahre. Wenige Grad Unterschied sind daher sehr relevant und zeigen, wie besorgniserregend der Anstieg der Temperatur für das lokale Klima sein kann. Um ein vorherrschendes Klima einschätzen zu können, gibt es Klimakarten und Klimadaten, die dabei helfen, die klimatischen Bedingungen an einem Ort zu bestimmen. Die Daten werden dann in Berechnungen für die Ermittlung der Bauart und Anlagentechnik berücksichtigt. Zu den Berechnungen gehören beispielsweise die Heizlastberechnung (mehr dazu in Kapitel 5) und die Kühllastberechnung (mehr dazu in Kapitel 6). In der Heizlastberechnung ist die Auslegungsaußentemperatur für die Heizungsanlage eine wichtige Größe, die auf die lokalen klimatischen Bedingungen postleitzahlengenau ermittelt wird. Die Auslegungsaußentemperatur ist die kälteste gemessene Außentemperatur zwei aufeinanderfolgender Tage, die über einen längeren Zeitraum im Durchschnitt mindestens einmal in zwei Jahren auftritt.

Im Hamburger Postleitzahlengebiet 22301 beträgt die Auslegungsaußentemperatur beispielsweise −9,2 °C, und im Obersdorfer Postleitzahlengebiet 87561 beträgt sie −6,7 °C. Bei einem baugleichen Gebäude würde die Heizungsanlage aufgrund der unterschiedlichen Auslegungsaußentemperaturen in Hamburg kleiner ausfallen als in Obersdorf.

Wohlfühlen mit der richtigen Gebäudetechnik Der Mensch soll sich in einem Gebäude wohlfühlen und ein optimales Raumklima vorfinden. Es sollen also unabhängig von den vorherrschenden klimatischen Außenbedingungen ideale Lebensbedingungen im Inneren von Gebäuden geschaffen werden. In diesem Abschnitt erfahren Sie, was ideale Raumbedingungen sind und welche Einflussfaktoren es für das Innenraumklima gibt.

Nicht jeder Person kann es recht gemacht werden Jeder Mensch empfindet unterschiedlich. Alter, Geschlecht, Aktivität, Bekleidung sowie der Tages- und Jahresrhythmus beeinflussen das Wohlbefinden jedes einzelnen Menschen. Aber auch Raumtemperatur, Luftgeschwindigkeit, Luftfeuchte und die Oberflächentemperatur der Umschließungsflächen haben einen Einfluss auf die Behaglichkeit. Hier können Sie schon erkennen, dass es nicht einfach ist, jeden Menschen zufriedenzustellen. In der Gebäudetechnik stützt man sich daher auf empirische Daten und geht pragmatisch an das Thema heran. Diese Herangehensweise führt dazu, dass selbst bei theoretisch optimalen Bedingungen ca. 5 % der nutzenden Menschen unzufrieden mit dem Innenraumklima bleiben werden. Im Umkehrschluss bedeutet es jedoch auch, dass sich 95 % wohlfühlen werden. Zur Bewertung des Raumklimas wird der PMV-Wert (engl. predicted mean vote, deutsch: vorhersagendes Stimmenmittel) herangezogen. Anhand einer siebenstufigen Skala erfolgt eine Beurteilung des Innenraumklimas zwischen −3 als kalt, 0 als neutral (thermisch behaglich) bis +3 als heiß. Aus diesem PMV-Wert wird anschließend der PPD-Wert (engl. predicted percentage of dissatisfied, deutsch: voraussichtlicher Prozentsatz der Unzufriedenen) ermittelt. Da nie alle Menschen zufriedengestellt werden können, sind auch bei einem theoretisch optimalen PMV-Wert von 0 (neutral und thermisch behaglich) etwa 5 % der nutzenden Menschen als unzufrieden eingerechnet.

Das Innenraumklima betrachtet alle Bedingungen in einem Raum, die für das Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit eines Menschen entscheidend sind. Dafür werden die verschiedenen Einflussgrößen in »Wohlfühlspektren« eingegrenzt, welche auch »Behaglichkeitsfelder« genannt werden. Die Unterteilung der Behaglichkeit erfolgt in thermische- und nicht thermische Einflussgrößen. Diese können Sie durch den Einsatz entsprechender Gebäudetechnik, individuelle Gestaltung und sinnvolle Schutzmaßnahmen nach Bedarf anpassen.

Thermische Einflussgrößen Wenn die thermische Behaglichkeit für Sie stimmt, sind Sie mit Ihrem Umgebungsklima im Raum zufrieden. Haupteinflussfaktoren sind die Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftbewegung, die Wärmestrahlung der Umgebungsflächen sowie die eigene Aktivität und Bekleidung.

Raumlufttemperatur Wenn Sie einen Raum betreten, merken Sie schnell, ob Ihnen zu warm oder zu kalt ist. Aufgrund der hohen Wahrnehmbarkeit der Raumlufttemperatur ist sie die wahrscheinlich wichtigste Größe für das Behaglichkeitsempfinden des Menschen. Das Formelzeichen der Raumtemperatur ist ϑ (griechisch klein Theta) und die Einheit Grad Celsius (°C). Die Raumlufttemperatur wird von der Oberflächentemperatur der umgebenden Bauteile unterschieden, welche nachfolgend beschrieben wird. Eine angenehme Raumtemperatur liegt zwischen 20 °C und 22 °C. Bei heißen Außentemperaturen im Sommer sind auch Raumlufttemperaturen bis zu 26 °C akzeptabel. Steigt die Raumtemperatur jedoch über 26 °C, führt dies beim Menschen zu Leistungseinbußen.

Oberflächentemperatur der umschließenden Flächen Die Oberflächentemperatur von Wänden, Decken und Fußböden hat ebenfalls einen Einfluss auf die Behaglichkeit des Menschen, da ein Großteil der Körperwärme abgestrahlt wird. Sind die Oberflächentemperaturen zu niedrig, ist die Wärmeabstrahlung des Körpers höher, und es treten Zugerscheinungen auf. Die empfundene Raumtemperatur kann dann bis zu mehreren Grad Celsius unter der gemessenen Raumlufttemperatur liegen. Maßgeblichen Einfluss auf die Oberflächentemperatur hat der Dämmwert des jeweiligen Bauteils. Die Oberflächentemperatur der Umschließungsflächen sollte sich für ein behagliches Empfinden daher besonders in der Heizperiode so nah wie möglich an der Raumtemperatur befinden und nur geringfügig davon abweichen. Mehr zum Thema Wärmedämmung finden Sie in Kapitel 4 im Abschnitt »Wärmedämmung, Wärmedurchgang und der U-Wert«.

Luftfeuchte Im Gegensatz zur Raumlufttemperatur wird die Luftfeuchte schlechter wahrgenommen. Dennoch spielt die Luftfeuchte eine wichtige Rolle für die Behaglichkeit, da ein Teil der

Wärmeabgabe des Menschen durch Atmung und Verdunstung über die Haut erfolgt. Zu trockene Luft kann zur Austrocknung der Atemwege oder Jucken der Haut führen, was auf Dauer unangenehm ist. Bei zu hoher Luftfeuchtigkeit wird es für den Menschen schwierig, überschüssige Wärme übers Schwitzen abzugeben. Zu feuchte Luft kann außerdem bei der Unterschreitung der sogenannten Taupunkttemperatur (wenn das in der Luft gebundene Wasser kondensiert) an kalten Außenwänden kondensieren und das Schimmelwachstum fördern. Als behaglich wird allgemein eine relative Luftfeuchte zwischen 40 und 60 % empfunden, wobei dies stark von der Temperatur abhängt, wie Sie in Abbildung 2.1 sehen können.

Abbildung 2.1: Behaglichkeitsfeld für Raumlufttemperatur und relative Luftfeuchte

Die relative Luftfeuchtigkeit gibt den tatsächlichen Wasserdampfgehalt in der Luft in Relation zum theoretisch maximal möglichen Wasserdampfgehalt wieder (Luftfeuchtigkeit bei 100 %). Der maximal mögliche Wasserdampfgehalt ist dabei von der Temperatur abhängig. Bei geringen Lufttemperaturen kann die Luft weniger Wasserdampf aufnehmen als bei hohen. Das Formelzeichen der relativen Luftfeuchtigkeit ist ϕ (griechisch klein Phi), und die Einheit ist Prozent (%).

Bei einer maximalen Luftfeuchtigkeit von 100 % ist die Raumluft gesättigt und kann keinen Wasserdampf mehr aufnehmen. Steigt die Luftfeuchtigkeit dennoch über 100 %, kondensiert der überschüssige Wasserdampf in der Luft, und man steht buchstäblich in einer Nebelwolke. Da der Kondensationspunkt von der Temperatur abhängig ist, wird dieser auch Taupunkt oder Taupunkttemperatur genannt. Die absolute Luftfeuchtigkeit (oder der absolute Feuchtegehalt) gibt hingegen den genauen Wassergehalt in der Luft in Gramm pro Kilogramm (g/kg) oder Gramm pro Kubikmeter (g/m3) an und ist für die Berechnung und Auslegung einer Klimaanlage mit Befeuchtungsfunktion eine wichtige Größe. Wundern Sie sich hier nicht über die Einheit: Es sind Gramm Wasser pro Kilogramm trockener Luft gemeint. Sie dürfen hier also nicht kürzen. In der Gebäudetechnik wird für die absolute Luftfeuchte das Formelzeichen x verwendet. Da Luft die Eigenschaft besitzt, bei warmen Temperaturen mehr Wasserdampf aufnehmen zu können (zu binden) als bei kalten Temperaturen, können Sie sich die folgenden Punkte merken: Bei gleichbleibendem absolutem Feuchtegehalt und steigenden Raumtemperaturen sinkt die relative Luftfeuchte. Bei gleichbleibendem absolutem Feuchtegehalt und sinkenden Raumtemperaturen steigt die relative Luftfeuchte. Dies lässt sich im h,x-Diagramm nach Mollier nachvollziehen. Mehr Informationen zur Luftfeuchte, zu Klimaanlagen und zum h,x-Diagramm finden Sie in Kapitel 8 im Abschnitt »Das h,x-Diagramm nach Mollier – ein geniales Werkzeug«.

Luftbewegung Vielleicht hat Ihnen schon einmal jemand zugerufen, dass Sie das Fenster schließen sollen, weil es zieht. Zugerscheinungen sind Luftbewegungen in einem Raum und ebenfalls eine wichtige Größe für die Behaglichkeit. Ob Sie die Luftbewegung in einem Raum als angenehm oder unangenehm empfinden, hängt stark von der Lufttemperatur ab, wie Sie in Abbildung 2.2 sehen können. Das Formelzeichen der Lufttemperatur ist v, und die Einheit ist Meter pro Sekunde (m/s).

Abbildung 2.2: Behaglichkeitsfeld für Raumlufttemperatur und Luftgeschwindigkeit

Bei geringen Raumtemperaturen um 18 °C wird von vielen Menschen eine geringe Luftgeschwindigkeit (größer 0,1 Meter pro Sekunde) als unangenehm empfunden und führt zu den bekannten »Zugerscheinungen«. Bei hohen Raumlufttemperaturen um 26 °C hingegen können Luftgeschwindigkeiten von bis zu 0,5 Meter pro Sekunde angenehm und kühlend wirken. In einem Temperaturbereich zwischen 20 °C und 22 °C sollten die Luftgeschwindigkeiten daher im Bereich zwischen 0,15 und 0,25 Metern pro Sekunde liegen.

Bekleidung und Aktivität Eine Sporteinheit im Wohnzimmer an einem heißen Sommertag in voller Winterkleidung zu absolvieren, ist nicht gerade zu empfehlen und wahrscheinlich auch ungesund. An einem kalten Wintertag mit offenen Fenstern in Unterwäsche auf der Couch zu sitzen, wahrscheinlich ebenso wenig. Die Bekleidung, die Aktivität und die Raumtemperatur haben also einen direkten Einfluss auf Ihr Behaglichkeitsempfinden und Ihren Wärmehaushalt. Die Kleidung kann daher als eine Grenzschicht für den Wärmeaustausch des menschlichen Körpers mit seiner Umgebung betrachtet werden und funktioniert wie die

Wärmedämmung eines Gebäudes. Die Isolation der Bekleidung wird in Clo (engl. clothing, deutsch: Bekleidung) angegeben und hat die Einheit Quadratmeter mal Kelvin pro Watt (m2*K/W). Dabei erfolgt die Einteilung der Kleidung in Clo für den Innenraum wie folgt: 0,0 Clo Person in Unterwäsche 0,5 Clo Person in leichter Kleidung 1,0 Clo Person mit warmer Kleidung 1,5 Clo Person mit sehr warmer Kleidung Die Aktivität oder der Energieumsatz jedes Menschen wird in metabolischen Einheiten (met) oder in Watt pro Quadratmeter Körperoberfläche (W/m2) angegeben. Dabei gibt es folgende Angaben: 1 met (58 W/m2) sitzende Position 2 met (116 W/m2) stehende Position 3 met (174 W/m2) Spaziergang Die optimale Raumtemperatur kann daher auch in Abhängigkeit von Aktivität und Bekleidung bestimmt werden.

Nicht thermische Einflussgrößen Neben den thermischen Einflussgrößen gibt es noch weitere Faktoren, die Einfluss auf das menschliche Behaglichkeitsempfinden haben. Dazu gehören Luftqualität, Gerüche und Umgebungsgeräusche, aber auch Beleuchtung und Farbgebung in einem Raum. Diese Einflussgrößen werden als nicht thermische Einflussgrößen bezeichnet.

Luftqualität und Gerüche Menschen haben ein gutes Näschen bezüglich der Luftqualität. Wenn Sie einen Raum betreten und es riecht unangenehm oder der Kohlenstoffdioxidgehalt (CO2-Gehalt) ist zu hoch, empfinden Sie dies als unbehaglich. Ein Mittel zur Bewertung der qualitativen Raumluftqualität ist die Konzentration von Kohlenstoffdioxid (CO2-Konzentration) in der Luft, welche über die ausgeatmete Luft der im Raum befindlichen Personen mit der Zeit ansteigt. Sie können die CO2-Konzentration in parts per million (ppm), also Anteile pro Million, oder Volumenprozent (Vol%) mit Hilfe geeigneter Messgeräte nachweisen. Dafür können Sie sich die folgende Zahlen für eine gute oder schlechte Raumluftqualität merken: CO2-Konzentration kleiner 600 ppm (0,06 Vol%): sehr gute Raumluftqualität

CO2-Konzentration größer 1.200 ppm (0,12 Vol%): schlechte Raumluftqualität Die Geruchsbelastung in einem Raum wird in olf (olfaktorisch, den Geruchssinn/Riechnerv betreffend) angegeben. Die Geruchsbelastung von einem olf entspricht dabei einem sitzenden, erwachsenen und geduschten Menschen. 30 olf entsprechen einem durchgeschwitzten Menschen nach einer Sporteinheit. Eine Dusche nach einer körperlichen Aktivität ist insofern dringend zu empfehlen. Eine einfache Maßnahme, um die Luftqualität zu erhöhen und Gerüche zu beseitigen, ist das Öffnen der Fenster in einem Raum. Alternativ helfen in größeren Gebäuden raumlufttechnische Anlagen, die in Kapitel 8 beschrieben werden. Neben hoher Raumluftfeuchte, Kohlenstoffdioxidkonzentration und der Geruchsbelastung durch direkt wahrnehmbare Gerüche gibt es auch Schadstoffe in Räumen (zum Beispiel durch neue Bodenbeläge oder Möbel), die Sie nicht immer direkt über den Geruchssinn wahrnehmen können. In diesem Fall müssen die Schadstoffe professionell nachgewiesen und entfernt werden.

Umgebungsgeräusche und Lärm Umgebungsgeräusche durch Verkehr, technische Anlagen und andere Quellen haben einen erheblichen Einfluss auf das Wohlbefinden von Menschen. Daher gibt es Vorschriften und Regelwerke, die dem Schutz der Allgemeinheit und der Nachbarschaft vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Geräusche und Lärm dienen. Lärm wird in Dezibel (dB) als Schalldruckpegel angegeben. In Tabelle 2.1 finden Sie Beispiele für typische Schalldruckpegel. In Gebäuden wird zwischen Räumen unterschieden, die stärker mit Lärm belastet werden dürfen, und sogenannten schutzbedürftigen Räumen, bei denen man empfindlicher auf Geräusche reagiert. Dazu gehören beispielsweise Wohnräume, Schlafräume, Unterrichtsräume in Schulen oder Büroräume.

Beleuchtung und Farbgebung Vielleicht haben Sie schon einmal ein älteres Krankenhaus besucht und festgestellt, dass an den Decken Leuchtstofflampen mit einer kalten, weißen Farbgebung hängen und die Wände mit grüner oder weißer Latexwandfarbe gestrichen sind. Dies trägt nicht gerade dazu bei, sich wohlzufühlen, hat aber den Vorteil, dass die Beleuchtung dem Tageslicht am ähnlichsten ist und die Wände einfach zu reinigen sind. Lärmquelle – Beispiel mit Abstand Schalldruckpegel in Dezibel Düsenflugzeug – 30 m Entfernung

140 dB

Schmerzschwelle

130 dB

Unwohlseinsschwelle

120 dB

Dieselmotor – 10 m Entfernung

 90 dB

Normale Sprache – 1 m Entfernung

 60 dB

Bibliothek allgemein

 40 dB

Ruhiges Schlafzimmer (nachts)

 30 dB

Blätterrascheln in der Ferne

 10 dB

Tabelle 2.1: Schalldruckpegel für verschiedene Lärmquellen

In modernen Krankenhäusern werden heutzutage wärmere und angenehmere Farben ausgewählt. Für Ihr Wohnzimmer würden Sie wahrscheinlich auch eine andere Farb- und Beleuchtungskombination auswählen. Dies hat einen einfachen Grund: Beleuchtung und Farbgebung der Wände sind Einflussfaktoren für die Behaglichkeit. Beleuchtung: Eine gute Beleuchtung und Ausleuchtung in einem Gebäude durch Tages- und Kunstlicht ist wichtig für den Sehkomfort und die Sehleistung. So enthält Tageslicht alle Spektralfarben und hat deutliche Vorteile gegenüber künstlichem Licht. Eine direkte Sonneneinstrahlung kann aber auch störend wirken und den Sehkomfort verschlechtern. Die sinnvolle Integration von Sonnenschutzsystemen ist daher ebenso zu berücksichtigen wie die Integration von künstlichem Licht als Stilmittel zum Wohlfühlen in der dunklen Jahreszeit. Mehr Informationen zur Licht- und Beleuchtungstechnik erhalten Sie in Kapitel 10. Farbgebung Umgebungsflächen: Die Farbgebung von Wänden und Materialien hat ebenfalls einen Einfluss auf das menschliche Wohlbefinden. So wirken Holz und gelborange Farben wärmer als Stahl und grün-blaue Farben. Eine angenehme Farbwahl erhöht daher die Behaglichkeit, Motivation und Leistung des Menschen. Wie Sie sehen, gibt es viele Einflussfaktoren, die für das Wohlbefinden in einem Gebäude betrachtet werden müssen. Nur wenn diese bei der Planung eines Gebäudes beachtet werden, kann sich der Mensch darin ganzheitlich wohlfühlen.

Kapitel 3

Ein bisschen Physik muss sein – Grundlagen der Gebäudetechnik IN DIESEM KAPITEL Erhalten Sie eine Übersicht der wichtigsten physikalischen Grundlagen für die Gebäudetechnik. Sie erfahren was Energie, Arbeit und Leistung ist und warum ein Gebäude Energie benötigt. Sie lernen die Größen Wärme, Temperatur, Kreisprozesse und weitere Grundlagen der Thermodynamik kennen. Sie lernen die wichtigsten Größen der Elektrotechnik, wie Strom, Spannung, Leistung, Induktion und Magnetfelder, kennen.

Auf der Heizkostenabrechnung steht etwas von Kilowattstunden, auf der Wasserrechnung etwas mit Kubikmeter, der Fernseher hat eine Leistung, und aus der Steckdose kommt Strom. Um die Gebäudetechnik besser zu verstehen, ist es von Vorteil, ein paar physikalische Begrifflichkeiten und Größen zu kennen. Sie brauchen jedoch keine Sorge zu haben, denn Sie werden in diesem Kapitel nur die wichtigsten physikalischen Größen für die Gebäudetechnik in einer stark vereinfachten Form kennenlernen.

Messen, Einheiten und Umrechnen Typische Maßeinheiten, die Sie kennen, sind Meter, Kilogramm und Sekunden. Damit können Sie etwas anfangen, und Sie haben sofort eine Vorstellung davon, wie breit oder schwer etwas ist oder wie lange etwas dauert. Physiker waren über die Jahrhunderte sehr kreativ und haben viele verschiedene Maßsysteme entwickelt. Alle Maßsysteme haben dabei ein gemeinsames Ziel: Messungen sollen einfach zu vergleichen sein. Das SI-System (franz. Système international d'unités, deutsch: Internationales Einheitensystem) ist das vorherrschende Maßsystem in der Wissenschaft und im internationalen Handel. In diesem Buch werden daher die Einheiten des SI-Systems verwendet.

Das SI-System basiert auf sieben Basiseinheiten, die Sie in Tabelle 3.1 sehen können. Diese Basiseinheiten sind genau definiert, jedoch nicht endgültig. Sollten sich beispielsweise Neuerungen in der Messtechnik ergeben, können die Größen nach dem aktuellen Stand der Technik angepasst werden. Basisgröße

Symbol

Einheit

Einheitenzeichen

Zeit

t

Sekunde

s

Länge

l

Meter

m

Masse

m

Kilogramm

kg

Stromstärke

I

Ampere

A

Thermodynamische Temperatur

T

Kelvin

K

Stoffmenge

n

Mol

mol

Lichtstärke

I

Candela

cd

Tabelle 3.1: Die sieben Basiseinheiten des SI-Systems

Alle weiteren Einheiten wie zum Beispiel Joule (Energie), Newton (Kraft), Watt (Leistung) oder Volt (Spannung) sind abgeleitete Einheiten der Basiseinheiten. Im SI-System werden zudem Präfixe für Massen-, Längen-, Flächen- und Raumangaben eingesetzt, damit Sie das Mehrfache oder den Bruchteil einer Größe besser beschreiben können. Im Idealfall sparen Sie sich dadurch das Schreiben vieler Nullen, wie Sie in Tabelle 3.2 sehen können. Darin sind beispielhaft die Präfixe für Massenangaben hinterlegt. Massenpräfix Abkürzung Größe in Kilogramm 1 Megatonne

1 Mt

1.000.000.000 kg

1 Tonne

1 t

1.000 kg

1 Kilogramm

1 kg

1 kg

1 Gramm

1 g

0,001 kg

1 Milligramm

1 mg

0,000.001 kg

Tabelle 3.2: Beispielhafte Präfixe für Massen im SI-System

In vielen Schulaufgaben werden diese Präfixe bewusst eingesetzt, um Sie für die verschiedenen Größen und Einheiten zu sensibilisieren. So kann ein Volumenstrom in Liter pro Sekunde (l/s) oder Kubikmeter pro Stunde (m3/h) angegeben werden. Es ist daher sehr verlockend, Zahlen einfach in den Taschenrechner einzutippen und das Ergebnis niederzuschreiben. Achten Sie jedoch auf die Einheiten und deren Präfixe bei Berechnungen, damit Sie nicht in eine »Einheitenfalle« treten.

Ein Gebäude braucht Energie In Kapitel 2 haben Sie verschiedene Einflussfaktoren kennengelernt, die bei der Planung eines Gebäudes berücksichtigt werden müssen: Außenklima, Innenraumklima, optimale Temperatur, Luftfeuchte, Luftbewegung und Luftqualität. Sie sollen in einem Gebäude nicht frieren, schwitzen oder Luftnot leiden. Sie sollen sich wohlfühlen und frei atmen können, egal, bei welchen klimatischen Außenbedingungen. Um diesem Anspruch gerecht zu werden, gibt es die Haustechnik. Mit entsprechender Gebäudetechnik bekommen Sie Energie in Form von Wärme und Elektrizität in Ihr Gebäude. Da Sie in Ihrem Gebäude jeden Tag Energie nutzen und auch bezahlen müssen, lernen Sie zunächst die Größe Energie genauer kennen, denn ohne Energie gibt es keine Behaglichkeit.

Arbeit verrichten und Energie umwandeln Stellen Sie sich folgende Situation vor: Sie kommen von der Arbeit nach Hause, und Ihr Nachbar kommt aufgeregt mit einem Brief um die Ecke gerannt. Er hat den Brief von seinem Energieversorger bekommen: die Strom- und Heizkostenabrechnung vom letzten Jahr. Auf beiden Rechnungen findet er eine Zahl mit der Einheit Kilowattstunden (kWh) und einen unverschämt hohen Geldbetrag, den er zahlen soll. (In Kapitel 15 erhalten Sie weitere Informationen und Tipps zur Strom- und Heizkostenabrechnung.) Er kann sich daran erinnern, dass Sie sich wirklich gut mit Haustechnik auskennen, und bittet Sie, ihm zu erklären, wie der Energieversorger auf diese Zahlen kommt. Also laden Sie Ihren Nachbarn auf eine Tasse Tee ein und erklären ihm die beiden Größen Energie und Arbeit. Ihr Nachbar schlürft seinen Tee und schaut Sie erwartungsvoll an. Sie erklären, dass Wärme und Strom Energieformen sind und die Zahlen auf den Rechnungen des Energieversorgers die »Menge der genutzten Energie« anzeigen, die Ihr Nachbar für sein Wohlfühlklima in einem Jahr benötigt hat. Je gemütlicher Ihr Nachbar es haben möchte, desto mehr Energie benötigt er, und desto mehr muss er bezahlen. Doch was ist Energie? Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Ihr Nachbar spring auf und meint: »Arbeit verrichte ich den ganzen Tag: im Büro und am Nachmittag in der Werkstatt!« Sie nicken, denn das ist ein sehr gutes Beispiel. As Mensch benötigen Sie und Ihr Nachbar nämlich ebenfalls Energie zur Verrichtung von Arbeit. Diese führen Sie Ihrem Körper durch Nahrung zu. Die Arbeit erfolgt dann durch Muskelkraft (körperliche Arbeit) oder Gehirnleistung (geistige Arbeit). Durch das Verrichten von Arbeit wird also gespeicherte Energie in eine andere Energieform umgewandelt, zum Beispiel in Bewegung oder Wärme. Dabei wird immer so viel Energie umgewandelt, wie Arbeit verrichtet wird. Das Formelzeichen für Energie ist

E und das für Arbeit W. Beide Größen haben die Einheit Joule (J). Energie (E), Arbeit (W) und Wärme (Q) werden oft gleichgesetzt, da sie alle die Einheit Joule haben. Es gibt jedoch eine kleine Differenzierung, die es sich lohnt anzuschauen (die hier beschriebenen Energieformen werden Sie im nächsten Abschnitt dieses Kapitels genauer kennenlernen): Energie (E) beschreibt immer den »Zustand eines Systems«. Ein Stück Holz auf einem Berg hat zum Beispiel Lageenergie und innere Energie. Solange das Stück Holz auf dem Berg liegt und nicht verbrannt wird, hat es beide Energieformen inne. Arbeit (W) und Wärme (Q) hingegen beschreiben einen »Prozess des Energietransports« und existieren nur in dem Moment des Prozesses. Wenn das Stück Holz vom Berg herunterrollt, wird die Lageenergie in Bewegungsenergie umgewandelt, und wenn das Stück Holz verbrannt wird, wird die innere Energie in thermische Energie umgewandelt.

Neben dem Joule als Einheit gibt es für die Energie noch weitere »gebräuchliche« Einheiten. In der Gebäudetechnik wird für Energie überwiegend die Wattsekunde (Ws) als Einheit verwendet, die sich aus der Leistung (P) mal der Zeit (t) ergibt.

Dabei ist eine Wattsekunde (Ws) gleich ein Joule (J).

Auf Ihrer Energierechnung steht nun die Kilowattstunde als Energieform. Da eine Stunde 3.600 Sekunden hat, können Sie eine Kilowattstunde in Joule umrechnen. Dazu gehen Sie wie folgt vor. Zunächst rechnen Sie die Kilowattstunde in Wattstunden um:

Nun können Sie die Wattstunden in Wattsekunden umrechnen: Da eine Wattsekunde gleich ein Joule ist, können Sie nun angeben, wie viel Joule eine Kilowattstunde sind:

Eine Kilowattstunde sind gleich 3,6 Megajoule. Im SI-System werden Energie, Arbeit und Wärme in der Einheit Joule angeben. Dennoch gibt es auch gebräuchliche Einheiten wie die Kilowattstunde, das Newtonmeter oder die Kalorie. Damit Sie bei den vielen gebräuchlichen Einheiten für Energie nicht durcheinanderkommen, gibt es hier eine kleine Gedankenstütze: Energie wird in Joule (J) angegeben. Weitere gebräuchliche Einheiten für Energie sind Newtonmeter (Nm) und Wattsekunden (Ws). Dabei gilt: 1 J = 1 Nm = 1 Ws. Es gibt noch weitere gebräuchliche Einheiten wie die Kalorie (cal) im Zusammenhang mit Nahrungsmitteln (hier gilt: 1 cal = 4,19 J) oder das British Thermal Unit (BTU), welches zum Beispiel im Zusammenhang mit Klimageräten genutzt wird (hier gilt: 1 BTU = 1.055 J).

In Kapitel 15 finden Sie im Abschnitt »Energieverbrauch und Stromkosten berechnen« ausführliche Berechnungen und Beispiele für die Ermittlung Ihres Energiebedarfs sowie der Energiekosten.

Energieformen im Überblick Sie sind umgeben von Energie. Egal, wohin Sie schauen, alles hat Energie. Ein Teil dieser Energie kann von uns Menschen genutzt und umgewandelt werden, ein anderer Teil nicht. In der Physik werden die nachfolgenden Energieformen unterschieden: Innere Energie Thermische Energie: Durch die Verbrennung von Stoffen, Reibung oder die Umwandlung von Sonnenenergie kann thermische Energie freigesetzt werden. Der Begriff »thermische Energie« wird eher selten verwendet. Stattdessen findet der Begriff Wärme Anwendung. Chemische Energie: ist die gespeicherte Energie in Nahrung und Brennstoffen, die durch eine chemische Reaktion, wie zum Beispiel die Verbrennung oder die Verdauung, freigesetzt wird. Auch in einer Batterie ist

chemische Energie gespeichert, die durch eine Reaktion in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Kernenergie: die Bindungsenergie von Atomkernen, die durch deren Spaltung freigesetzt wird. Mechanische Energie Potenzielle Energie: wird auch Lageenergie genannt und ist beispielsweise in einem Stück Holz gespeichert, das hoch oben auf einem Berg liegt. Die potenzielle Energie entspricht der Arbeit, die man aufbringen müsste, um das Stück Holz auf den Berg zu transportieren. Aufgrund seiner Höhenlage kann das Stück Holz Arbeit verrichten, indem es den Berg herunterrollt. Kinetische Energie: wird auch Bewegungsenergie genannt und kann ein fahrendes Auto, ein sich drehendes Rad oder das gerade genannte Stück Holz sein, welches den Berg herunterrollt. Aufgrund der Bewegung wird Arbeit verrichtet. Strahlungsenergie: ist Energie, die von elektromagnetischen Wellen transportiert wird. Sichtbares Licht von der Sonne oder einer Glühlampe, aber auch Radiowellen, Mikrowellen, Röntgenstrahlen und die nicht sichtbare, aber unter Umständen spürbare Infrarotstrahlung gehören zum Beispiel zur Strahlungsenergie. Elektrische Energie: ist Energie, die durch die Umwandlung aller bisher beschriebener Energieformen in elektrische Energie entsteht: Photovoltaik (Strahlungsenergie), Verbrennung von Brennstoffen in einem Kraftwerk (thermische Energie), Betrieb eines Stromgenerators (mechanische Energie) oder der Prozessablauf in einer Brennstoffzelle (chemische Energie). Elektrische Energie kommt auch durch Entladungen in der Natur vor (Blitz).

Energieverlust, Exergie und Anergie Energieformen werden immer nur in eine andere Energieform umgewandelt. Energie kann niemals erzeugt oder vernichtet werden. Dies wird im Energieerhaltungssatz beschrieben.

Die umgangssprachlich genutzten Begriffe Energieverbrauch und Energieverlust sind demnach nicht ganz korrekt und auch nicht möglich. Eine Alternative für Energieverbrauch im eigenen Haushalt könnte beispielsweise genutzte Energie sein. Der Begriff »Energieverlust« ist hingegen nicht ganz so einfach zu ersetzen, da er auch in Expertenkreisen im Zusammenhang mit der Umwandlung von Energieformen verwendet wird. Doch wie können Experten von Energieverlust sprechen? Die nachfolgende Aufklärung hilft Ihnen weiter.

Energie setzt sich aus nutzbarer Energie (Exergie) und nicht nutzbarer Energie (Anergie) zusammen. Dieser nicht nutzbare Teil »Anergie« entsteht bei der Umwandlung von einer Energieform in eine andere, ist ungewollt und dann unwiederbringlich verloren. Wenn Sie beispielsweise Ihr Smartphone aufladen, wird elektrische Energie in der Batterie in chemische Energie umgewandelt. Während des Ladevorgangs wird Ihr Gerät meist etwas warm. Diese Wärmeentwicklung ist jedoch nicht beabsichtigt, sondern ein »Energieverlust« während der Energieumwandlung. Bei diesem Energieverlust handelt es sich um Anergie (nicht nutzbare Energie), welche nicht für das Aufladen des Handys genutzt werden kann. Wenn der umgangssprachliche Begriff »Energieverlust« genutzt wird, ist in der Regel Anergie (nicht nutzbare Energie) gemeint. Energie ist deshalb die Summe aus Exergie und Anergie.

Exergie: ist der nutzbare Teil der Energie, mit dem Arbeit verrichtet werden kann. Anergie: ist der Teil der Energie, mit dem keine Arbeit verrichtet werden kann. Wichtig: Exergie kann vollständig in Anergie umgewandelt werden, Anergie jedoch nicht in Exergie. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass eigentlich nur die nutzbare Energie (Exergie) bei einer Energieumwandlung interessant ist. Um hier eine Bezugsgröße zu schaffen, gibt es den Wirkungsgrad. Über den Wirkungsgrad können Sie die Effizienz einer Maschine, eines Kraftwerkes oder eines elektrischen Gerätes ermitteln. Der Wirkungsgrad η (griechisch klein Eta) ist der Quotient aus nutzbarer Exergie (Enutz) und zugeführter Energie (Ezu).

Schneller Arbeiten durch mehr Leistung An einem kalten Wintertag sitzen Sie frierend auf der Couch und fragen sich, warum es so kalt ist. Sie kombinieren: Es muss mehr Energie, in diesem Fall Wärme, in das Gebäude gebracht werden. Um mehr Wärme in das Gebäude zu bekommen, muss die Heizung mehr Arbeit in der gleichen Zeitspanne verrichten.

Sie kennen das vielleicht von Ihrer Arbeit: Ihr Chef steht eine Stunde vor Feierabend in Ihrem Büro und bittet Sie darum, zusätzlich zu Ihrer eigentlichen Arbeit etwas Wichtiges fertigzustellen. Sie müssen dann in der letzten Stunde vor Feierabend mehr Arbeit erledigen als normal. Sie müssen die Leistung erhöhen. Die Leistung wird durch die verrichtete Arbeit (W) in einer bestimmten Zeitspanne (t) ausgedrückt. Das Formelzeichen der Leistung ist P und die Einheit ist Watt (W).

Die Einheit Watt haben Sie bestimmt schon einmal gesehen. Die Leistung von elektrischen Geräten und LED-Leuchtmitteln wird beispielsweise in Watt angegeben und ist auf kleinen Schildern an den Geräten vermerkt. Diese Angabe beschreibt die maximale Arbeit, die in einer Sekunde verrichtet werden kann. Da diese Leistung nicht permanent abgerufen wird und Schwankungen unterliegt, spricht man auch von der »maximalen Leistungsaufnahme« des Gerätes. Die Leistung hat in der Wärme- und Elektrotechnik unterschiedliche Formelzeichen. Während die elektrische Leistung das Formelzeichen P (Power) hat, wird die »Wärmeleistung« Wärmestrom genannt und hat als Formelzeichen (ausgesprochen Q Punkt). Der Punkt über dem Q deutet nur an, dass die Wärme nach der Zeit abgeleitet wird. Man betrachtet also einen Zeitpunkt und nicht wie bei der Energie einen Zeitraum. Beide Leistungsangaben werden in Watt angegeben. Sie können sich dafür folgenden Zusammenhang merken: Formelzeichen Leistung Elektrotechnik: P (Power) Formelzeichen Leistung Wärmetechnik (Wärmestrom): Die beiden Größen Wärmestrom und elektrische Leistung lernen Sie detaillierter in den nächsten Abschnitten dieses Kapitels kennen.

Es geht um Wärme: Grundlagen der Thermodynamik Wenn von der Thermodynamik gesprochen wird, geht es um Wärme, Temperaturen und Wärmeübertragung. Ein anderes Wort für die Thermodynamik ist die Wärmelehre. Diese

ist ein wichtiges Thema in der Haustechnik, denn im Winter sollen Gebäude warm sein. Aber auch die Kältetechnik, welche besonders in warmen Regionen und der Sommerzeit wichtig ist, basiert auf den Grundlagen der Thermodynamik. Was Kälte mit Wärme zu tun hat und noch vieles, mehr erfahren Sie in diesem Abschnitt des Kapitels.

Wichtige Größen in der Thermodynamik Die Thermodynamik beschäftigt sich mit der Umwandlung und Änderung von Energien. Nachfolgend werden Ihnen daher die wichtigsten thermodynamischen Größen vorgestellt und beschrieben.

Tanz der Moleküle: Die Temperatur Die Temperatur ist die wahrscheinlich bekannteste Größe in der Thermodynamik und hat das Formelzeichen T. Umgangssprachlich wird eine hohe Temperatur als »warm« und eine niedrige Temperatur als »kalt« beschrieben. Die Temperatur gibt jedoch an, wie schnell sich Moleküle in einem Stoff oder einem Körper bewegen. Merken Sie sich dafür die nachfolgenden Punkte. Hohe Temperatur: Die Moleküle in einem Stoff oder Körper bewegen sich schnell, was Sie hervorragend in einem Topf mit kochendem Wasser beobachten können. Niedrige Temperatur: Die Moleküle bewegen sich langsam, wie zum Beispiel bei gefrorenem Wasser. Temperaturen werden mit einem Thermometer gemessen und in den gebräuchlichen Einheiten Grad Celsius (°C) oder in den USA in Gad Fahrenheit (°F) angegeben. Das Formelzeichen für die Temperaturen in Grad Celsius und Grad Fahrenheit ist ϑ (griechisch klein Theta). Die SI-Einheit der Temperatur ist jedoch das Kelvin (K), weshalb das Formelzeichen T verwendet wird. Dabei gilt folgender Zusammenhang: 0K = -273,15 °C = -459,67 °F. Bei einer Temperatur von 0K (−273,15 °C) kommen alle Moleküle zum Stillstand, sodass dieser Punkt der absolute Nullpunkt genannt wird. Die Einheit Kelvin wird nicht in »Grad Kelvin« angegeben, sondern nur in »Kelvin«. Das Formelzeichen der Temperatur in Grad Celsius (°C) oder Grad Fahrenheit (°F) ist ϑ (griechisch klein Theta), welches manchmal mit einem C oder F versehen wird. ϑC steht für Temperatur in Grad Celsius. ϑF steht für Temperatur in Grad Fahrenheit. Zur überschlägigen Umrechnung der jeweiligen Temperatureinheiten können Sie die folgenden Formeln benutzen:

Von Grad Celsius in Grad Fahrenheit: ϑF = (ϑC * 1,8) + 32 Von Grad Fahrenheit in Grad Celsius: ϑC = (ϑF − 32) / 1,8 Von Grad Celsius in Kelvin: T = ϑC + 273,15 K Von Grad Fahrenheit in Kelvin: ϑC = T − 273,15 K

Zwischen zwei Messpunkten: Die Temperaturdifferenz Die Temperaturdifferenz wird in technischen Systemen auch Temperaturspreizung genannt, wird in Kelvin (K) angegeben und gibt den Unterschied zweier Temperaturmesspunkte an. Da die Temperaturdifferenz zwischen zwei Messpunkten auf der Celsius-Skala Δϑ (gesprochen »Delta Theta«) im Betrag genauso groß ist wie die Temperaturdifferenz auf der Kelvin-Skala ΔT (gesprochen »Delta T«), wird in der Praxis häufig nicht differenziert.

Da Sie eine Temperaturdifferenz zwischen zwei Temperaturpunkten berechnen, ist das Ergebnis immer positiv. Die Temperaturspreizung ist eine wichtige Größe zur Berechnung des Wärmestroms, welcher später in diesem Kapitel vorgestellt wird. Die Temperaturdifferenz zwischen Außentemperatur ϑ1 und Innentemperatur ϑ2 können Sie einfach berechnen. Bei einer Außentemperatur von −14 °C und einer Innentemperatur von 20 °C beträgt die Temperaturspreizung 34 Kelvin. Da es sich um eine Differenz handelt, ist das Ergebnis positiv.

Der Kochtopf und die Herdplatte – Wärme erklärt Wärme ist der allgemeine Begriff für thermische Energie. Das Formelzeichen für Wärme ist Q und die Einheit Joule (J). Wenn Sie einem System Wärme zuführen, erhöht sich die Bewegung der darin befindlichen Moleküle, und die Temperatur steigt. Liegt die Temperatur eines Körpers oder eines Stoffes über 0 Kelvin (−273,15 °C), besitzt dieser Wärme. Diese Wärme wird so lange auf einen kälteren Stoff übertragen, bis sich die Temperaturen beider Stoffe

ausgeglichen haben. Sie können sich daher die nachfolgenden Punkte merken: Liegt die Temperatur eines Stoffes oder Körpers über 0 Kelvin (−273,15 °C), besitzt dieser Wärme. Der Wärmeübertrag dauert so lange, bis beide Stoffe das gleiche Temperaturniveau haben. Wärme kann immer nur von einem hohen zu einem niedrigeren Temperaturniveau übertragen werden.

Eine heiße Herdplatte gibt ihre Wärme an kühles Wasser in einem Kochtopf ab, wodurch das Wasser erwärmt wird. Durch die Zufuhr von Wärme wird die Bewegung der im Topf befindlichen Wassermoleküle erhöht, und die Wassertemperatur steigt. Wärme wird von einem hohen zu einem niedrigen Temperaturniveau übertragen. Umgekehrt geht dies jedoch nicht. Das kühle Wasser kann seine Wärme nicht an die heiße Herdplatte abgeben. Wäre dies möglich, würde die Temperatur des Wassers im Kochtopf sinken können und die Temperatur der Herdplatte ansteigen. Die Richtung des Wärmetransports ist wichtig für das Verständnis der Heiz- und Kältetechnik, denn was beim Heizen eines Raumes passiert, ist Ihnen sicherlich klar: Dem Raum wird Wärme zugeführt. Bei der Kältetechnik ist es jedoch anders. Umgangssprachlich wird ein Raum gekühlt, richtigerweise wird dem Raum jedoch Wärme entzogen. Mehr dazu erfahren Sie im Kapitel 6.

Die Leistung der Thermodynamik: Der Wärmestrom Der Wärmestrom (gesprochen Q Punkt) ist die Leistung in der Thermodynamik. Den Wärmestrom benötigen Sie beispielweise zur Dimensionierung von Heizkörpern und Wärmeerzeugern (siehe Kapitel 5, Abschnitt »Wie viel Wärme braucht ein Haus? – Die Heizlast«) sowie Klimaanlagen und Kältemaschinen (siehe Kapitel 6, Abschnitt »Die Kühllastberechnung für Gebäude«). Der Wärmestrom ( ) gibt an, wie viel Wärme (Q) in einer bestimmten Zeit (t) genutzt wird, und hat die Einheit Watt (W). Mehr Informationen zu den Zusammenhängen zwischen Energie und Leistung finden Sie im vorherigen Abschnitt dieses Kapitels »Schneller Arbeiten durch mehr Leistung«. Berechnet wird der Wärmestrom mit der nachfolgenden Formel.

Stellen Sie sich vor, Sie haben einen Topf mit kaltem Wasser auf dem Herd stehen und wollen es zum Kochen bringen. Auf der kleinsten Stufe ist die Leistung des Herds gering, und es dauert es ewig, bis das Wasser kocht. Sie erhöhen also die Leistung, stellen den Herd auf die höchste Stufe, und das Wasser kocht in kürzester Zeit, da wesentlich mehr Wärme übertragen wird. Da die Energiemenge und die Zeit jedoch nicht immer bekannt sind, gibt es noch weitere Möglichkeiten, den Wärmestrom zu berechnen. Mehr dazu finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Die goldene Formel der Gebäudetechnik«.

Ohne Druck geht nicht viel in der Gebäudetechnik Wenn Sie mit Ihrem Mittelfinger der linken Hand auf den Handrücken der rechten Hand drücken, üben Sie einen Druck aus. Der Druck ist die Kraft (F), die auf eine Fläche (A) wirkt. Das Formelzeichen für den Druck ist p und die Einheit Pascal (Pa). Bei hohem Druck wird auch die Einheit Bar (bar) verwendet wobei 1 bar = 100.000 Pa sind. Berechnet wird der Druck mit der folgenden Formel:

In der Gebäudetechnik ist der Druck eine wichtige Größe. Wenn beispielsweise Wasser in einem Heizungsrohr von der Wärmequelle zum Heizkörper transportiert wird, muss auf das Heizungswasser die dafür notwendige Kraft übertragen werden. Dabei sind Biegungen und Bauteile im Heizungsnetz Widerstände für das Wasser, welche überwunden werden müssen. Mit dem Passieren eines Bauteils findet daher ein Druckverlust statt. Der Druckverlust wird in (gesprochen Delta p) angegeben und beschreibt die Druckdifferenz vor und nach einem Bauteil (auch Differenzdruck genannt). In einer Berechnung für das Heizungsrohrnetz (Rohrnetzberechnung) wird daher ermittelt, wie hoch der Druck sein muss, damit ausreichend Wasser an allen Heizkörper ankommt. Die Übertragung des Drucks auf das Wasser kann über die Schwerkraft oder eine Pumpe erfolgen. Mehr Informationen dazu finden Sie im Kapitel 5 im Abschnitt »Wassertransport«.

Masse, Volumen, Dichte und eine Krone aus Gold

Mein Großvater stellte mir einmal folgende Frage: »Was ist schwerer: ein Kilo Federn oder ein Kilo Blei?« Als kleiner Junge war mir sofort klar, dass Blei natürlich viel schwerer ist als Federn, und ich antwortete dementsprechend: »Blei ist natürlich schwerer!« Mein Großvater meinte daraufhin: »Ob man einen großen Sack mit einem Kilo Federn hat oder ein kleines Stück Blei, welches ein Kilo wiegt, spielt keine Rolle, ein Kilo ist ein Kilo.« In der Antwort meines Großvaters wurden drei wichtige physikalische Größen beschrieben: die Masse, das Volumen und die Dichte. Die Masse Die Masse einer Substanz ist eine absolute Größe und wird in Kilogramm (kg) angegeben. »Absolute Größe« bedeutet, dass ein Sack mit einem Kilogramm Federn auf der Erde, aber auch auf dem Mond eine Masse von einem Kilogramm besitzt und der Einfluss der Gravitation keine Rolle spielt. Die Masse ist daher nicht mit dem Gewicht zu verwechseln, welches eine relative Größe ist und dem Einfluss der Gravitation unterliegt. Das Formelzeichen der Masse ist m. Die Anziehungskraft des Mondes beträgt aufgrund seiner geringeren Masse nur ein Sechstel der Anziehungskraft der Erde. Ein Sack Federn, der auf der Erde ein Kilogramm wiegt, würde bei gleicher Masse auf dem Mond nur 167 Gramm wiegen. Das Volumen Das Volumen beschreibt den Platzbedarf, also den Rauminhalt eines dreidimensionalen Raums, den eine Substanz einnimmt. Das Volumen eines Kilogramms Federn nimmt daher sehr viel mehr Rauminhalt ein als ein Stück Blei mit gleicher Masse. Das Formelzeichen für das Volumen ist V, und die Einheit ist Kubikmeter (m3). Es gilt dabei folgender Zusammenhang: 1 Kubikmeter = 1.000 Liter. Gleiche Masse, aber ungleiches Volumen: Die Dichte Die Dichte ρ (griechisch klein Rho) wird in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m3) angegeben und ist das Verhältnis der Masse (m) zum Volumen (V). Mit der Dichte von Stoffen können Sie eine Substanz leichter identifizieren und unterscheiden. Berechnen können Sie die Dichte mit der nachfolgenden Formel:

Der Unterschied zwischen einem Sack Federn und einem Stück Blei ist leicht mit

dem bloßen Auge zu erkennen. Ein Stück Blei mit einer Masse von einem Kilogramm hat ein kleineres Volumen als ein Sack Federn mit einer Masse von einem Kilogramm. Demzufolge hat das Stück Blei eine höhere Dichte als der Sack Federn. 1 kg Sack Federn → großes Volumen → kleine Dichte 1 kg Stück Blei → kleines Volumen → große Dichte Das Beispiel mit dem Sack Federn und dem Stück Blei war einfach. Ob ein Goldring jedoch den angepriesenen Goldanteil besitzt, mit dem er verkauft werden soll, ist nicht mit bloßem Auge erkennbar. Dazu gibt es eine kleine Geschichte aus dem ersten Jahrhundert vor Christus, erzählt von dem römischen Architekten Vitruvius. König Hiero II. von Syrakus ging zu Archimedes und bat ihn darum, zu überprüfen, ob seine Krone aus echtem Gold sei. Er hatte den Verdacht, dass der Goldschmied einen Teil des Goldes, welches für die Krone bestimmt war, für sich behalten hatte. Das war eine harte Aufgabe und nicht leicht zu lösen. Archimedes ließ sich daher zur Entspannung am Abend des Tages ein Bad ein. Als er in die Badewanne stieg, lief das Wasser über, und er hatte einen Geistesblitz. Ein Goldklumpen mit der gleichen Masse wie die Krone, müsste genauso viel Wasser verdrängen wie die Krone selbst, da er auch das gleiche Volumen hätte. Er legte einen Goldklumpen mit der Masse der Krone in die Badewanne und markierte den Wasserstand. Anschließend legte er die Krone des Königs in die Badewanne und konnte beobachten, wie der Wasserstand über die Markierung stieg. Der Krone war ein Metall mit größerem Volumen und kleinerer Dichte beigemischt, sodass mehr Wasser verdrängt wurde. Der Goldschmied wurde für seinen Betrug mit dem Tode bestraft. Die Dichte einer Substanz ist von der Temperatur und dem Druck abhängig. Bei der Erwärmung oder der Druckminderung einer Substanz dehnt sich diese aus, das Volumen nimmt also zu, und die Dichte nimmt ab. Bei der Abkühlung oder Druckerhöhung einer Substanz zieht sich diese zusammen, das Volumen nimmt ab, und die Dichte wird größer. Sie können Sich daher die folgenden Zusammenhänge merken: Steigende Temperatur: steigendes Volumen, sinkende Dichte Sinkende Temperatur: sinkendes Volumen, steigende Dichte

Steigender Druck: sinkendes Volumen, steigende Dichte Sinkender Druck: steigendes Volumen, sinkende Dichte

Eine Ausnahme bei den vorhergenannten Zusammenhängen ist Wasser, denn Wasser hat seine höchste Dichte bei 4 °C. Bei höheren oder niedrigeren Temperaturen ist die Dichte von Wasser geringer. Dieses Phänomen wird die Anomalie des Wassers genannt. Die Dichte von Wasser beträgt bei 4 °C annähernd 1000 kg/m3. Das bedeutet, ein Liter Wasser hat bei 4 °C eine Masse von einem Kilogramm.

Spezifische Wärmekapazität Die spezifische Wärmekapazität gibt an, welche Energiemenge (ΔE) notwendig ist, um die Masse (m) von einem Kilogramm einer Substanz um eine Temperatur (Δϑ) von einem Kelvin zu erhöhen. Das Formelzeichen der spezifischen Wärmekapazität ist c, und die Einheit ist Joule pro Kilogramm mal Kelvin (J/(kg*K). In der Literatur wird die spezifische Wärmekapazität gasförmiger Stoffe als cp und als cv angegeben. Dies hat den folgenden Hintergrund: cp gibt die spezifische Wärmekapazität gasförmiger Stoffe bei konstantem Druck an (p = konst.). cv gibt die spezifische Wärmekapazität gasförmiger Stoffe bei konstantem Volumen an (V = konst.). Die angegebenen spezifischen Wärmekapazitäten gasförmiger Stoffe in Tabelle 3.3 sind als cp (p = konst.) angegeben. Stoff

Aggregatzustand Spezifische Wärmekapazität

Wasser

Fest

2.060 J/(kg*K)



Flüssig

4.183 J/(kg*K)



Gasförmig

2.020 J/(kg*K)

Luft (trocken)

Gasförmig

1.005 J/(kg*K)

Luft (100 % Luftfeuchte) Gasförmig

1.030 J/(kg*K)

Gold

Fest

129 J/(kg*K)

Kupfer

Fest

385 J/(kg*K)

Eisen

Fest

444 J/(kg*K)

Tabelle 3.3: Spezifische Wärmekapazität verschiedener Stoffe

In Tabelle 3.3 finden Sie beispielhafte Wärmekapazitäten verschiedener Stoffe. Berechnen können Sie die spezifische Wärmekapazität mit der folgenden Formel:

Die spezifische Wärmekapazität von flüssigem Wasser ist 4.183 J/(kg*K). Das bedeutet, Sie benötigen eine Wärme von 4.183 Joule, um ein Kilogramm Wasser um ein Kelvin zu erhöhen. In der Gebäudetechnik benötigen Sie die spezifische Wärmekapazität, um beispielsweise die Energiemenge zu berechnen, die zur Erwärmung des Heizungswassers notwendig ist. Dazu erfahren Sie mehr im Kapitel 5 im Abschnitt »Die goldene Formel der Gebäudetechnik«.

Spezifische Wärmeleitfähigkeit Die spezifische Wärmeleitfähigkeit beschreibt, wie schnell sich Wärme in einem Stoff ausbreiten und transportiert werden kann. Das Formelzeichen für die spezifische Wärmeleitfähigkeit ist (gesprochen Lambda), und die Einheit ist Watt pro Meter mal Kelvin (W/m*K). In Tabelle 3.4 sind die Wärmeleitfähigkeiten verschiedener Stoffe aufgelistet. Hier gibt es sehr gut Wärme leitende Stoffe wie Metalle und sehr schlecht Wärme leitende Stoffe wie Holz oder Dämmstoffe für den Hausbau. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit von Stoffen können Sie im Alltag hervorragend beobachten. Dabei spielt Ihr Wärmeempfinden eine wichtige Rolle. Berühren Sie ein Stück Eisen mit einer Temperatur von 10 °C, fühlt sich dies wesentlich kälter an als ein Stück Holz bei einer Temperatur von 10 °C. Dies liegt an der geringeren Wärmeleitfähigkeit von Holz. Stoff Mineralwolle (Dämmstoff)

Wärmeleitfähigkeit 0,030–0,050 W/(m*K)

Vakuumdämmplatte (Dämmstoff) 0,004–0,006W/(m*K) Beton (Baustoff)

2,1 W/(m*K)

Holz (Baustoff)

0,13–0,18 W/(m*K)

Eisen (Metall)

80,2 W/(m*K)

Gold (Metall)

314 W/(m*K)

Tabelle 3.4: Spezifische Wärmeleitfähigkeit von Stoffen

Die Wärmeleitfähigkeit ist somit ein wichtiges Indiz für Dämmstoffe. Je niedriger die spezifische Wärmeleitfähigkeit ist, desto besser eignen sich die Stoffe zum Dämmen. Mit einer guten Fassadendämmung gelangt Wärme somit langsamer aus Ihrem Wohnzimmer in die kalte Umgebung. Die spezifische Wärmeleitfähigkeit ist notwendig, um den Wärmedurchgangskoeffizienten (U-Wert) von Bauteilen zu ermitteln, jedoch nicht damit zu verwechseln. Mehr Informationen zum U-Wert erfahren Sie im Kapitel 4 im Abschnitt »Wärmedämmung, Wärmedurchgang und der U-Wert«.

Fluide in der Haustechnik: Zusammenhänge für Flüssigkeiten und Gase Fluide sind Flüssigkeiten und Gase und spielen in der Gebäudetechnik eine wichtige Rolle, denn sie dienen beispielsweise als Energieträger zur Beheizung von Räumen (Luft und Wasser) oder sind für Prozessabläufe in Wärmepumpen und Kälteanlagen in Form von sogenannten Kältemitteln notwendig (mehr dazu erfahren Sie in Kapitel 6, Abschnitt »Kältemittel in Kältemaschinen und Wärmepumpen«). Die folgenden Grundlagen sind daher Bestandteil notwendiger Prozesse in der Gebäudetechnik.

Es fließt in Kanälen und Rohren: Massenstrom und Volumenstrom Massenstrom und Volumenstrom sind Angaben für die Menge einer Substanz, die pro Zeiteinheit durch ein Rohr oder einen Kanal fließt. Fälschlicherweise werden die beiden Begriffe »Massenstrom« und »Volumenstrom« manchmal als Synonyme verwendet, was falsch ist. Denn wie Sie im Abschnitt zur Dichte erfahren haben, ist das Verhältnis von Masse zum Volumen selten gleich. Achten Sie daher immer darauf, welche Größe verwendet wird. Massenstrom Der Massenstrom gibt die Masse eines Mediums an, das sich in einer bestimmten Zeit durch einen Querschnitt bewegt. Das Formelzeichen für den Massenstrom ist (gesprochen m Punkt) und die Einheit Kilogramm pro Sekunde (kg/s). Den Massenstrom können Sie mit den nachfolgenden Formeln berechnen:

Volumenstrom Der Volumenstrom gibt an, wie viel Volumen eines Mediums in einer bestimmten Zeit durch einen Querschnitt bewegt wird. Das Formelzeichen für den Volumenstrom ist (gesprochen V Punkt), und die Einheit ist Kubikmeter pro Sekunde (m3/s). Bezogen auf Ihr Heizungssystem können Sie mit dem Volumenstrom angeben, wie viel Kubikmeter bzw. Liter Heizungswasser in einer bestimmten Zeit durch Ihr Heizungssystem oder einen einzelnen Heizkörper fließen sollen. Die Berechnung des Volumenstroms ist ein zentrales Anliegen für den hydraulischen Abgleich, mit dem Sie Ihr Heizungssystem optimieren können. Der hydraulische Abgleich wird in Teil IV dieses Buches mit einer Beispielrechnung ausführlich vorgestellt. Den Volumenstrom können Sie mit der nachfolgenden Formel berechnen:

Verkehrskontrolle im Heizungsnetz: Die Strömungsgeschwindigkeit Die Strömungsgeschwindigkeit wird auch Fließgeschwindigkeit genannt und gibt die Geschwindigkeit einer Strömung in einem Rohr oder Kanal an. Das Formelzeichen der Strömungsgeschwindigkeit ist v, und die Einheit ist Meter pro Sekunde (m/s). Berechnet wird die Strömungsgeschwindigkeit mit dem Volumenstrom und der Querschnittsfläche (A). In Abbildung 3.1 ist dies beispielhaft für ein Rohr dargestellt.

Abbildung 3.1: Strömungsgeschwindigkeit in einem Rohr

Wenn Heizwasser in einem Heizungsrohr vom Heizkessel zum Heizkörper fließt, ist es wichtig, die Strömungsgeschwindigkeit im Auge zu behalten. Ist die Strömungsgeschwindigkeit zu hoch, entstehen unangenehme Fließgeräusche, und es gibt hohe Druckverluste (siehe den Abschnitt »Ohne Druck geht nicht viel in der Gebäudetechnik« in diesem Kapitel). Ist die Strömungsgeschwindigkeit hingegen zu klein, werden Räume nicht richtig aufgeheizt, da zu wenig warmes Heizungswasser am Heizkörper ankommt. Bei der Berechnung des Rohr- oder Kanalnetzes ist es daher wichtig, Richtwerte für Strömungsgeschwindigkeiten einzuhalten.

Kontinuitätsgesetz: Unabhängigkeit für den Volumenstrom Wenn Sie das Heizungssystem in Ihrem Keller betrachten, wird Ihnen vielleicht auffallen, dass nicht alle Heizungsrohre den gleichen Rohrdurchmesser haben. Dabei passt durch ein dünnes Rohr weniger Wasser als durch ein dickes. Das ist für den Volumenstrom im Heizungsnetz jedoch kein Problem, denn dafür gibt es zum Glück das Kontinuitätsgesetz. Das Kontinuitätsgesetzt beschreibt die Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit bei einem sich verändernden Rohrquerschnitt, wobei der Volumenstrom konstant bleibt. Merken Sie sich dafür die beiden nachfolgenden Punkte: Wenn sich der Rohrquerschnitt (A) verkleinert, erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit (v), der Volumenstrom bleibt jedoch konstant. Wenn sich der Rohrquerschnitt (A) vergrößert, verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit (v), der Volumenstrom bleibt jedoch konstant. Für das Kontinuitätsgesetzt gilt die nachfolgende Gesetzmäßigkeit, welche Sie passend zu den Formeln in Abbildung 3.2 nachvollziehen können.

Abbildung 3.2: Kontinuitätsgesetz und verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten

Zustandsänderungen und Zusammenhänge zwischen Temperatur, Druck und Volumen Zwischen den Größen Temperatur, Druck und Volumen lässt sich ein thermodynamischer Zusammenhang aufzeigen, welcher die Grundlage für Wärmepumpen und Kältemaschinen liefert. Mehr dazu finden Sie im Abschnitt »Kreisprozesse in der Gebäudetechnik« in diesem Kapitel. Der Zusammenhang wird an dem Modell des idealen Gases gezeigt. Das ideale Gas ist eine Modellvorstellung eines Gases, welches in der Physik verwendet wird, um thermodynamische Prozesse mit Gasen abzubilden. Auch wenn reale Gase nicht dem idealen Gas entsprechen, lassen sich damit viele Vorgänge beschreiben und erklären. Da viele natürliche Gase bei hohen Temperaturen und niedrigen Drücken ähnliche Eigenschaften wie das ideale Gas haben, lassen sich die Zustandsänderungen von Gasen und deren Zusammenhänge sehr gut daran erklären. Man unterscheidet unter anderem drei Zustandsänderungen in geschlossenen Systemen, wobei bei einer Zustandsänderung eine der Größen (also Temperatur, Druck oder Volumen) immer konstant ist. Eine Zustandsänderung erfolgt dann, wenn auf ein geschlossenes System Wärme zu- oder abgeführt oder Arbeit verrichtet wird.

Isotherme Zustandsänderung (konstante Temperatur) Isobare Zustandsänderung (konstanter Druck) Isochore Zustandsänderung (konstantes Volumen)

Die nachfolgenden Beispiele an einem Luftballon sollen Ihnen das Prinzip der Zustandsänderungen zeigen. Es sind keine perfekten Modelle, und die konstanten Größen sind immer nur annähernd konstant. In der Realität gibt es keine Prozesse, die vollkommen isotherm, isobar oder isochor ablaufen. Isotherme Zustandsänderung (konstante Temperatur) Bei der isothermen Zustandsänderung wird die Änderung von Volumen und Druck bei konstanter Temperatur beschrieben. Dieser Zusammenhang wird auch das »Gesetz von Boyle und Mariotte« genannt. Dabei können Sie sich die folgenden Punkte merken: konstante Temperatur sinkendes Volumen → steigender Druck (isotherme Kompression) steigendes Volumen → sinkender Druck (isotherme Expansion) Bei einer isothermen Zustandsänderung verhält sich das Volumen umgekehrt proportional zum Druck. Das bedeutet: Je mehr eine Größe ansteigt, desto mehr sinkt die andere und umgekehrt. Wenn Sie einen Luftballon mit einer Handpumpe sehr langsam aufblasen, können Sie eine annähernd isotherme Zustandsänderung beobachten. Während sich Druck und Volumen der Luft im Ballon ändern, bleibt die Temperatur aufgrund des Wärmeaustausches zwischen der Umgebungsluft und der Luft im Ballon annähernd konstant. Die dünne Schicht des Luftballons begünstigt dabei einen schnellen Wärmeaustausch, der dazu beiträgt, die Temperatur im Ballon annähernd konstant zu halten. Isobare Zustandsänderung (konstanter Druck) Bei der isobaren Zustandsänderung wird die Änderung von Volumen und Temperatur bei konstantem Druck beschrieben. Dieser Zusammenhang wird auch das »Gesetz von GayLussac« genannt. Dabei können Sie sich die folgenden Punkte merken: konstanter Druck steigende Temperatur → steigendes Volumen sinkende Temperatur → sinkendes Volumen

Bei einer isobaren Zustandsänderung, einer konstanten Gasmenge und einem konstanten Druck verhält sich das Volumen proportional zur Temperatur. Das bedeutet: Je mehr eine Größe ansteigt, desto mehr steigt auch die andere. Für die isobare Zustandsänderung legen Sie Ihren fertig aufgeblasenen Ballon in die Sonne. Dabei steigen die Temperatur und auch das Volumen der Luft im Ballon. Da die Wände des Ballons flexibel sind, dehnen sich diese für die Volumenänderung aus. Der Druck im Ballon bleibt hingegen konstant. Isochore Zustandsänderung (konstantes Volumen) Bei der isochoren Zustandsänderung wird die Änderung von Druck und Temperatur bei konstantem Volumen beschrieben. Dieser Zusammenhang wird auch das »Gesetz von Amontons« genannt. Dabei kann man sich Folgendes merken: konstantes Volumen steigende Temperatur → steigender Druck sinkende Temperatur → sinkender Druck Bei einer isochoren Zustandsänderung, einer konstanten Gasmenge und einem konstanten Volumen verhält sich der Druck des Gases proportional zur Temperatur. Für die isochore Zustandsänderung stecken Sie Ihren aufgeblasenen Ballon in eine passende Kiste, sodass diese komplett ausgefüllt ist, und schließen diese. Wenn Sie die Kiste nun in die Sonne stellen, steigen die Lufttemperatur und der Druck im Ballon. Das Volumen bleibt jedoch annähernd konstant, da es auf die Größe der Kiste beschränkt ist. Ein Gasfeuerzeug sollten Sie daher im Sommer keinesfalls in die Sonne legen, denn das Volumen ist durch den starren Behälter begrenzt und somit annähernd konstant. Steigt die Temperatur in dem Feuerzeug, steigt auch der Druck, und es kann im Extremfall, wenn der Behälter dem Druck nicht mehr standhält, explodieren.

Fest, flüssig, gasförmig – Formen von Materie Feste Eiswürfel im Cocktail, flüssiges Kerzenwachs von einer brennenden Kerze oder Wasserdampf im Kochtopf, dies alles sind unterschiedliche Formen von Materien. Unterschiedlichen Formen von Materie werden Aggregatzustände genannt. Die Umwandlung eines Stoffes von fest zu flüssig, von flüssig zu gasförmig, von fest zu gasförmig und auch umgekehrt wird Phasenumwandlung genannt. Die Phasenumwandlung von Stoffen kann durch die Zufuhr oder Abgabe von Wärme oder die Änderung des Umgebungsdrucks erfolgen. In der nachfolgenden Auflistung finden Sie die

verschiedenen Phasenumwandlungen von Materie beschrieben, in Abbildung 3.3 können Sie diese nachvollziehen. Schmelzen wird die Umwandlung von einem Festkörper in eine Flüssigkeit durch Wärmezufuhr genannt. Beispiel: Das Wasser in einem zugefrorenen See schmilzt bei steigenden Außentemperaturen im Frühling.

Abbildung 3.3: Änderungen der Aggregatzustände von Substanzen

Erstarren wird die Umwandlung von einer Flüssigkeit in einen Festkörper durch Wärmeabgabe genannt. Beispiel: Das Wasser in demselben See gefriert bei sinkenden Temperaturen im Winter. Sieden wird die Umwandlung von einer Flüssigkeit in ein Gas durch Wärmezufuhr genannt. Beispiel: Das kochende Wasser für Ihre Spagetti wandelt sich in Wasserdampf um.

Kondensieren wird die Umwandlung von einem Gas in eine Flüssigkeit durch Wärmeabgabe genannt. Beispiel: Der Wasserdampf aus dem Kochtopf gelangt an das kalte Küchenfenster und kondensiert an der Fensterscheibe. Sublimieren wird die direkte Umwandlung von einem Festkörper in ein Gas durch Wärmezufuhr genannt. Beispiel: Wenn Sie eine Pizza aus dem Tiefkühlschrank holen, können Sie einen Dampf beobachten. Die gefrorenen Wasserkristalle auf der Pizzaverpackung wandeln sich direkt in Wasserdampf um. Resublimieren wird die direkte Umwandlung von einem Gas in einen Festkörper durch Wärmeabgabe genannt. Beispiel: Wenn Sie Ihren Tiefkühlschrank öffnen, gefriert der in der Luft enthaltene Wasserdampf an den Wänden des Kühlschranks. So entstehen vereiste Gefrierfächer.

Wärmeübertragung Wärmeübertragung ist eine großartige Sache, denn sie ermöglicht es Ihnen, Ihr Gebäude an kalten Wintertagen aufzuheizen oder an heißen Tagen zu kühlen. Allgemein beschreibt die Wärmeübertragung alle Erscheinungsformen, die mit dem Transport von Wärme im Zusammenhang stehen. Es gibt drei Möglichkeiten, Wärme zu übertragen: die Wärmeleitung, die Konvektion und die Wärmestrahlung. Eine Wärmeübertragung erfolgt immer von einem höheren zu einem niedrigeren Temperaturniveau, zum Beispiel von der heißen Herdplatte auf das kalte Wasser im Kochtopf.

Wärmeleitung Bei der Wärmeleitung findet der Wärmeübertrag innerhalb eines Stoffes oder direkt von einem Stoff zu einem anderen Stoff statt. Diese Wärmeübertragung erfolgt durch einen Temperaturunterschied von einem hohen zu einem niedrigen Temperaturniveau. Dabei spielt die spezifische Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes (siehe den gleichnamigen Abschnitt dieses Kapitels) eine entscheidende Rolle. Je höher die spezifische Wärmeleitfähigkeit eines Stoffes ist, desto besser ist die Wärmeleitung. Wenn Sie eine Metallgabel aus dem Besteckkasten nehmen und anfassen, fühlt sich diese kalt an. Sie halten die Gabel eine Weile in der Hand, und die Gabel nimmt Ihre Körpertemperatur an. Sie haben die Gabel, welche vorher die Raumtemperatur hatte, durch Wärmeleitung erwärmt.

Konvektion Mit Hilfe der Konvektion kann Wärme über sich bewegende Substanzen wie Wasser oder Luft von einem Ort zu einem anderen Ort transportiert werden. Die Konvektion wird daher auch Wärmemitführung genannt. Bei der Erwärmung der Substanz sinkt deren Dichte, sie wird leichter und steigt nach oben. Durch den entstehenden Temperatur- und Dichteunterschied entsteht eine natürliche Strömung. Ein typisches Beispiel für die natürliche Konvektion können Sie an Heizkörpern mit hohem Konvektionsanteil beobachten (dazu mehr in Kapitel 5 im Abschnitt »Raumheizkörper«). Ein Heizkörper erwärmt Luft, und diese steigt nach oben, wie Sie in Abbildung 3.4 sehen können. Gleichzeitig strömt kältere Luft von unten nach und wird ebenfalls am Heizkörper erwärmt. So entsteht im Raum eine Luftzirkulation, und die Raumluft wird rasch erwärmt. Diese Strömung wird auch thermischer Auftrieb oder natürliche Konvektion genannt. Neben der natürlichen Konvektion kann der Wärmetransport auch mit Hilfe von Ventilatoren erzwungen werden, was dann erzwungene Konvektion genannt wird.

Abbildung 3.4: Freie Konvektion an einem Heizkörper

Wärmestrahlung Die Sonne, eine alte Glühlampe, ein Ofen, der menschliche Körper und Heizkörper (mit hohem Strahlungsanteil) haben etwas gemeinsam: Sie alle strahlen Wärme in die Umgebung ab. Bei der Wärmestrahlung wird Wärme durch elektromagnetische Wellen übertragen. Das Besondere an der Wärmestrahlung ist, dass sie sich auch im Vakuum ausbreitet. Die Wärme von Heizflächen mit einem großen Strahlungsanteil wird als wesentlich angenehmer empfunden als die von Heizkörpern mit hohem Konvektionsanteil. Die Wärmestrahlen (wie in Abbildung 3.5) erwärmen Ihren Körper, Gegenstände und Umschließungsflächen beim Auftreffen auf diese. Dabei kann die Raumlufttemperatur unterhalb der Oberflächentemperatur der Gegenstände und Umschließungsflächen sein und trotzdem als angenehm empfunden werden. Dies ist ähnlich wie mit wärmenden Sonnenstrahlen an einem kalten Wintertag.

Abbildung 3.5: Heizkörper mit Wärmestrahlen

Kreisprozesse in der Gebäudetechnik In der Gebäudetechnik spielen Kreisprozesse eine wichtige Rolle. Sie finden beispielsweise in Wärmepumpen und in Kältemaschinen Anwendung. Die Thematik der Kreisprozesse ist jedoch so umfassend, dass Sie damit ein eigenes Buch füllen können. Im Nachfolgenden sind daher nur die wichtigsten Punkte für das Verständnis von Kreisprozessen erklärt. Falls Sie sich intensiver mit Kreisprozessen auseinandersetzen wollen oder müssen, sind die Bücher »Thermodynamik für Dummies« und »Physikalische Chemie für Dummies« sehr zu empfehlen. Kreisprozesse beschreiben die Umwandlung von Energieformen in Maschinen. So gibt es beispielsweise Wärmekraftmaschinen (Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren), die thermische Energie in mechanische Energie umwandeln, und Kraftwärmemaschinen (Wärmepumpen und Kältemaschinen), die mechanische Energie in thermische Energie umwandeln. So erfolgen in einem abgeschlossenen System in einer Maschine durch die Zufuhr und in der Folge auch durch die Abfuhr von Wärme (oder Arbeit) mehrere aufeinanderfolgende Zustandsänderungen eines Fluids, bis dessen Aggregatzustand den Ausgangszustand wieder erreicht hat. Ist der Prozess abgeschlossen, beginnt er von vorne (daher der Name Kreisprozess).

Die Faszination der Entropie Die Entropie ist ein faszinierendes Konzept und gleichzeitig eine nicht einfach zu erklärende Größe. Sie lernen die Größe der Entropie kennen, da sie zur Beschreibung von Kreisprozessen genutzt wird. Allgemein können Sie sich darunter Folgendes vorstellen: Natürliche Prozesse wandeln Systeme geordneter Struktur in Systeme komplexer und ungeordneter Struktur um, wobei der Prozess nicht umgekehrt werden kann. Die Entropie ist somit ein Maß für die entstehende Unordnung und die Irreversibilität in einem System.

In einem Cocktailglas befinden sich Eiswürfel, die Ihr Getränk möglichst lange kalt halten sollen. Die Eiswürfel haben eine geordnete Struktur in dem Cocktail. Mit der Zeit schmelzen die Eiswürfel, und Sie haben eine verdünnte Cocktailmischung mit einer komplexen und ungeordneten Struktur. Der Prozess ist zudem unumkehrbar, da die Cocktailmischung nicht wieder von allein in ihren exakten Ausgangszustand zurückkehren kann, in dem Eiswürfel und Cocktail voneinander getrennt sind. In diesem Prozess ist daher eine hohe

Entropieproduktion zu beobachten. Das hört sich sehr abstrakt an, führt jedoch dazu, dass Entropie mit Prozessen der Thermodynamik verknüpft ist, Anwendung in der Beschreibung von Zeit, chemischen Prozessen, des Klimawandels sowie der Kosmologie findet und im Zusammenhang mit der Relativitätstheorie steht. Der Entropie ist so faszinierend, dass ihr ebenfalls eigene Bücher gewidmet sind. Um den Rahmen des Buches an dieser Stelle nicht zu sprengen, folgen nur ein paar grundlegende Konzepte zur Entropie, die in Prozessen haustechnischer Anlagen zu finden sind. Freuen Sie sich also auf ein paar tiefgründige Kenntnisse zu Wärmepumpen und Kältemaschinen. Die Entropie hat das Formelzeichen S, wird in der Einheit Joule pro Kelvin (J/K) angegeben und ist ein Hilfsmittel, um zwischen der Zustandsgröße Temperatur und der Prozessgröße Wärme zu vermitteln.

Nicht umkehrbare und umkehrbare Prozesse Durch eine steigende Entropie in einem System sind bestimmte Prozesse unumkehrbar (irreversibel). Stellen Sie sich wieder die geschmolzenen Eiswürfel im Cocktailglas vor, die nicht in ihren Ausgangszustand zurückkehren können. Dies ist die Folge des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, wonach die Entropie isolierter Systeme, die einer spontanen Entwicklung überlassen werden, mit der Zeit nicht abnehmen kann. Im Endzustand eines Prozesses, also wenn im System ein thermodynamisches Gleichgewicht herrscht (geschmolzene Eiswürfel im Cocktail), ist das Entropieniveau am höchsten (höchste Unordnung der Moleküle). Jetzt haben Sie etwas von irreversiblen Prozessen gehört. Doch wie sieht es mit umkehrbaren (reversiblen) Prozessen aus? In der Natur gibt es keine spontan ablaufenden reversiblen Prozesse, da durch Reibung und Gravitation kein Prozess dauerhaft von allein in seinen Ausgangszustand zurückkehren kann. In kontrollierten Systemen wie einer Wärmepumpe oder einer Kältemaschine sind jedoch annähernd reversible Prozesse möglich. Merken Sie sich daher die folgenden Punkte: Alle thermodynamischen natürlichen und technischen Prozesse sind irreversibel, also unumkehrbar. In einer kontrollierten Umgebung können Prozesse annähernd reversibel ablaufen, wie zum Beispiel in einem Kraftwerk, einer Wärmepumpe oder einer Kältemaschine. Die Grundlage für einen reversiblen Prozess ist das theoretische Modell des CarnotKreisprozesses, welches im nachfolgenden Abschnitt beschrieben wird. Dabei durchläuft ein ideales Gas (mehr dazu finden Sie im Abschnitt »Fluide in der Haustechnik: Zusammenhänge für Flüssigkeiten und Gase« in diesem Kapitel) in einem abgeschlossenen System durch die Zufuhr von Wärme mehrere aufeinanderfolgende Zustandsänderungen und kann Arbeit verrichten. Der Prozess läuft so lange, bis der

Aggregatzustand des Gases den Ausgangszustand wieder erreicht hat. Der Prozess ist somit reversibel. Während des Carnot-Kreisprozesses ist bei den verschiedenen Zustandsänderungen ein An- und Abstieg der Entropie zu beobachten. Da die Entropie in einem Prozess jedoch immer nur als Änderungsgröße (ΔS) des gesamten Prozesses angegeben wird, ist dies nicht weiter schlimm. Die Entropieänderung in einem reversiblen Kreisprozess ist trotz einer zu- und abnehmenden Entropieproduktion in einzelnen Prozessschritten gleich null (ΔS = 0). Dabei ist jedoch wichtig zu erwähnen, dass eine negative Entropieänderung (ΔS < 0) nicht möglich ist. Merken Sie sich dazu die folgenden Punkte: Während eines Prozesses wird die Entropie immer als Änderungsgröße (ΔS) des gesamten Prozesses angegeben. Irreversibler Prozess: Der Prozess kommt nicht von allein in seinen Ausgangszustand zurück. Demnach ist die Entropieänderung größer null (ΔS > 0). Reversibler Prozess: Der Prozess kommt von allein in seinen Ausgangszustand zurück. Demnach ist die Entropieänderung gleich null (ΔS = 0). Dies ist nur theoretisch möglich. Eine negative Entropieänderung in einem Gesamtprozess (ΔS < 0) ist nicht möglich.

Der Carnot-Kreisprozess Da die ersten Dampfmaschinen sehr ineffizient liefen, beschrieb der Physiker und Ingenieur Sadi Carnot in einem theoretischen Modell einen reversiblen Kreisprozess zur Umsetzung einer Wärmekraftmaschine mit maximalem Wirkungsgrad. In dem Modell soll in einem abgeschlossenen System mit einem idealen Gas ein größtmöglicher Teil an Wärme in mechanische Arbeit umgewandelt werden. Das Modell wird ihm zu Ehren Carnot-Kreisprozess genannt. Der Carnot-Kreisprozess dient als Grundlage von Kreisprozessen, ist jedoch eine Idealisierung und nur theoretisch möglich. Daher sind in einem Carnot-Prozess isentrope Zustandsänderungen möglich. Während einer isentropen Zustandsänderung ist die Entropie konstant, die Temperatur variabel, und es erfolgt kein Wärmeaustausch mit der Umgebung (wird auch adiabate Zustandsänderung genannt). Im Carnot-Prozess entzieht das ideale Gas einem Wärmereservoir mit hoher Temperatur Wärme und wandelt einen Teil der Wärme in mechanische Arbeit (Exergie) um (zum Beispiel Bewegungsenergie). Der andere Teil der Energie wird als nicht nutzbare Wärme (Anergie) an ein Wärmereservoir mit niedriger Temperatur abgegeben. Das ideale Gas durchläuft in einem abgeschlossenen System vier Zustandsänderungen

und lässt sich im p,V-Diagramm (Druck-Volumen-Diagramm) sowie dem T,S-Diagramm (Temperatur-Entropie-Diagramm), wie in Abbildung 3.6 zu sehen ist, beschreiben. Mehr Informationen zu den Zustandsänderungen von Gasen finden Sie im Abschnitt »Zustandsänderungen und Zusammenhänge zwischen Temperatur, Druck und Volumen« in diesem Kapitel. Isotherme Expansion (Strecke A nach B): Das Gas nimmt Wärme (Q1) aus einer hochtemperierten Wärmequelle auf, wodurch das Volumen des Gases steigt und der Druck sinkt. Während der Wärmeaufnahme bleibt die Temperatur des Gases (T1) konstant, da es in thermischem Kontakt mit der Wärmequelle steht. Da das Gas jedoch Wärme aufnimmt, steigt die Entropie. Dieser Prozess findet theoretisch im Kessel einer Dampfmaschine statt.

Abbildung 3.6: T,S- und p,V-Diagramm eines Carnot-Kreisprozesses

Gas nimmt Wärme (Q1) auf p,V-Diagramm: Volumen steigt, Druck sinkt T,S-Diagramm: Temperatur konstant, Entropiedifferenz ΔS > 0 Isentrope (Adiabatische) Expansion (Strecke B nach C): Das Gas wird von der Wärmequelle getrennt und ist thermisch isoliert, sodass Wärme und Energie weder aufgenommen noch verloren werden können, wodurch die weitere Expansion des Gases adiabatisch verläuft (adiabatisch bedeutet, dass kein Wärmeaustausch mit der Umgebung erfolgt). Das Gas dehnt sich weiter aus und kann Arbeit verrichten (W). Dieser Prozess findet zum Beispiel im Kolben einer Dampfmaschine oder an den Blättern einer Turbine statt. Dadurch steigt das Volumen, der Druck sinkt, und die Temperatur T1 fällt auf Temperatur T2. Die Entropie bleibt theoretisch unverändert,

da keine Wärmeübertragung zwischen dem Gas und seiner Umgebung stattfindet. Kein Wärmeaustausch mit der Umgebung, Gas verrichtet Arbeit (W) durch Volumenzunahme, Temperatur und Druck sinken p,V-Diagramm: Volumen steigt, Druck sinkt T,S-Diagramm: Temperatur sinkt, kein Entropieübertrag ΔS = 0 Isotherme Kompression (Strecke C nach D): Das Gas gibt Wärme (Q2) an eine niedrig temperierte Wärmequelle ab (daher wird diese auch häufig »Wärmesenke« genannt), wodurch das Volumen des Gases sinkt und der Druck steigt. Die Temperatur des Gases (T2) bleibt in dieser Phase konstant, da es in thermischem Kontakt mit der Wärmequelle steht. Da jedoch Wärme abgegeben wird, sinkt die Entropie S. Dieser Vorgang erfolgt beispielsweise im Kühlturm eines Kraftwerks. Dort wird die nicht nutzbare Wärme über den Wasserdampf im Kühlturm an die Umwelt abgegeben. Gas gibt Wärme ab p,V-Diagramm: Volumen sinkt, Druck steigt T,S-Diagramm: Temperatur konstant, Entropiedifferenz ΔS < 0 Isentrope (Adiabatische) Kompression (Strecke D nach A): Im letzten Schritt ist das Gas wieder von beiden Wärmereservoirs getrennt. Das Gas wird durch die vom System geleistete Arbeit (zurückbewegender Kolben) weiter adiabatisch komprimiert. Dadurch sinkt das Volumen, der Druck steigt, und die Temperatur T2 steigt wieder auf Temperatur T2. Die Entropie bleibt unverändert, da keine Wärmeübertragung zwischen dem Gas und seiner Umgebung stattfindet. Kein Wärmeaustausch mit der Umgebung, Gasvolumen sinkt, Temperatur und Druck steigen P,V-Diagramm: Volumen sinkt, Druck steigt, T,S- Diagramm: Temperatur steigt, kein Entropieübertrag ΔS = 0 Die Erkenntnisse aus dem Modell des Kreisprozesses sind noch heute gültig. Für eine reversible Wärmekraftmaschine, die auf dem Carnot-Kreisprozess basiert, können Sie sich die folgenden Punkte merken: Der Wirkungsgrad (η) der Maschine wird über den Quotienten aus nutzbarer Energie in Form von mechanischer Arbeit (W) und der zugeführten Wärme (Q1) beschrieben.

Der Wirkungsgrad (η) ist abhängig von den Temperaturen der Wärmequellen. Je höher

die Temperaturdifferenz zwischen T1 und T2 ist und je niedriger die Temperatur der abgeführten Restwärme (T2) ist, desto höher ist der Wirkungsgrad, und desto mehr Arbeit kann die Maschine verrichten.

Der maximale Wirkungsgrad wäre bei einer Temperatur von null Kelvin (− 273,15 °C, dem absoluten Nullpunkt) erreicht, was einem idealen Zustand entspricht und nicht möglich ist. Der Wirkungsgrad des Carnot-Prozesses ist daher immer unter 100 %.

Der Carnot-Kreisprozess kann auch in umgekehrter Richtung ablaufen. Im umgekehrten Kreisprozess (linksdrehender Carnot-Kreisprozess) wird Wärme aus einem Niedertemperatur-Reservoir aufgenommen und durch den Einsatz von Arbeit auf ein Hochtemperatur-Reservoir »gepumpt«. Der linksdrehende Carnot-Kreisprozess ist somit die Grundlage für Wärmepumpen und Kältemaschinen. In kontrollierten Prozessen sind somit durch die Zufuhr von Wärme und Arbeit annähernd reversible Prozesse möglich, welche in Kreisprozessen für Maschinen angewandt werden. Dabei gelten die nachfolgenden Punkte. Mechanische Energie kann vollständig in Wärme umgewandelt werden, umgekehrt ist dies jedoch nicht möglich. Wenn Wärme in mechanische Energie umgewandelt wird, gibt es Energieverluste (nicht nutzbare Energie, siehe Abschnitt »Energieverlust, Exergie und Anergie« in diesem Kapitel). Wärme fließt immer von einem höheren zu einem niedrigeren Temperaturniveau und niemals umgekehrt (siehe Abschnitt »Der Kochtopf und die Herdplatte – Wärme erklärt« in diesem Kapitel). Würde es umgekehrt möglich sein, würde es eine negative Entropieänderung geben, was nicht möglich ist.

Wärmepumpe und Kältemaschine Bei einer Kältemaschine und bei einer Wärmepumpe wird der Carnot-Prozess umgekehrt vollzogen. Durch das Zuführen von elektrischer Energie wird das Gas in der Maschine in einem Verdichter unter hohem Druck komprimiert und Wärme von einem kalten zu einem hohen Temperaturniveau gebracht. Wärmepumpen und Kältemaschinen sind daher Kraftwärmemaschinen.

Wärmepumpe: Eine Wärmepumpe entzieht der Umwelt (Luft, Wasser, Erdreich) Wärme (Q2). Diese wird mit Hilfe eines Verdichters und elektrischer Energie (W) auf ein höheres Temperaturniveau »hochgepumpt«. Die Wärme Q1 wird dann an ein Heizungssystem übergeben (siehe Abbildung 3.7, linke Abbildung). Kältemaschine: Eine Kältemaschine entzieht hingegen einem Raum oder einem Kühlmittel (Wasser, Sole) Wärme (Q2). Diese wird ebenfalls mit Hilfe des Verdichters und von elektrischem Strom (W) auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Die Wärme Q1 wird dann an die Umwelt als ungenutzte Wärme (Abwärme) abgegeben (siehe Abbildung 3.7, rechte Abbildung).

Abbildung 3.7: Linksdrehender Carnot-Kreisprozess links: Wärmepumpe; rechts: Kältemaschine

Als Gas kommen in Wärmepumpen und Kältemaschinen sogenannte Kältemittel zum Einsatz (mehr dazu finden Sie in Kapitel 6 im Abschnitt »Kältemittel in Kältemaschinen und Wärmepumpen«), welche die Eigenschaft haben, bei niedrigen Temperaturen zu sieden. Die Funktion von Wärmepumpen wird in Kapitel 5 und die Funktion von Kältemaschine in Kapitel 6 genauer erklärt. Dabei erfahren Sie direkt an einem Beispiel der jeweiligen Maschinen, wie der linkslaufende Carnot-Prozess vollzogen wird.

Strom aus der Steckdose: Grundlagen der Elektrotechnik In der heutigen Gesellschaft sind Strom und elektrische Energie kaum noch wegzudenken. Daher finden Sie in diesem Kapitel die wichtigsten elektrotechnischen Grundlagen zusammengefasst.

Das Wichtigste zuerst: Elektrische Größen und Zusammenhänge Für Menschen ohne elektrotechnischen Hintergrund ist das Konzept von Elektrizität nicht immer einfach nachzuvollziehen. Daher wird oft das Wassermodell herangezogen, um eine Analogie zwischen elektrischem Strom und dem Strom einer Flüssigkeit herzustellen. Es ist allerdings nur eine Analogie, die ihre Schwächen hat, besonders wenn versucht wird zu erklären, wo die Energie im Strom steckt. Bevor Sie jedoch das Wassermodell kennenlernen, ist es sinnvoll, einen Blick auf das Bohr'sche Atommodell zu werfen.

Atommodell mit Elektronen Zu den kleinsten Elementen gehören Atome, welche aus einem Atomkern mit Neutronen und Protonen sowie einer Atomhülle mit außen liegenden Schalen bestehen, in denen sich Elektronen befinden. In Abbildung 3.8 ist das Atommodell vereinfacht dargestellt. Neutronen haben keine Ladung und befinden sich im Atomkern. Protonen haben eine positive Ladung und befinden sich ebenfalls im Atomkern. Elektronen haben eine negative Ladung und bewegen sich auf Elektronenbahnen wie Satelliten um den Atomkern.

Abbildung 3.8: Vereinfachtes Atommodell mit Atomkern und Elektronenbahnen

Es gibt unterschiedliche Materialien, und jedes Material hat eine bestimmte Anzahl an Neutronen, Protonen und Elektronen. Die äußere Schale der Atomhülle ist die Valenzschale. Diese verliert gerne das ein oder andere Elektron, sodass sich die verlorenen Elektronen zu anderen Atomen bewegen können. Diese Elektronen werden freie Elektronen genannt. Atome, deren Elektronen der Valenzschale leicht verschoben werden können, werden Leiter genannt. Die meisten Metalle, wie zum Beispiel Kupfer, Eisen und Aluminium, sind Leiter. Atome, die nur mit sehr hohem Energieaufwand Elektronen freigeben und keine freien Elektronen besitzen, werden Isolatoren genannt. Dazu gehören beispielsweise Plastik, Gummi oder Silikon. Eine Stromleitung besitzt daher immer einen Leiter im Zentrum der Leitung, damit sich die Elektronen bewegen können, und einen Isolator als Ummantelung, damit die Leitung sicher verwendet werden kann. In Abbildung 3.9 ist eine Stromleitung mit Leiter im Kern

und Isolator als Ummantelung zu sehen.

Abbildung 3.9: Elektroleitung mit Leiter im Kern und Isolator als Ummantelung – Quelle: demarco, Stock.Adobe.com

Die freien Elektronen bewegen sich dabei in dem Leiter zufällig und ohne eine feste Richtung. Wenn die Stromleitung nun an eine Spannungsquelle, wie zum Beispiel eine Batterie, zu einem geschlossenen Stromkreis angeschlossen wird, sorgt die Spannung dafür, dass sich die freien Elektronen in eine Richtung bewegen und fließen. Die Elektronen bewegen sich dann zum Pluspol, wo es ein Elektronendefizit gibt. Dabei können die Elektronen durch eine Lampe fließen und Licht erzeugen. Fließende Elektronen werden daher umgangssprachlich einfach »Strom« genannt.

Der elektrische Stromkreis Ein einfacher Stromkreis besitzt eine Spannungsquelle als elektrische Energiequelle, eine Stromleitung, einen Energieverbraucher und einen Schalter zum Öffnen oder Schließen des Stromkreises. Ist der Stromkreis offen, fließen keine Elektronen. Wird der Stromkreis hingegen geschlossen, können Elektronen fließen und am Verbraucher in eine andere Energieform wie Licht, Wärme oder Bewegung umgewandelt werden. Nachfolgend finden Sie die typischen Bauteile in einem Stromkreis. In Abbildung 3.10 ist ein einfacher Stromkreis

dargestellt. Spannungsquelle: Quelle für elektrische Energie Leitung: Transportweg der Elektronen Verbraucher: Gerät, welches elektrische Energie in eine andere Energieform (zum Beispiel Licht, Wärme, Bewegung) umwandelt Schalter: Mechanismus zum Schließen und Öffnen des Stromkreises

Abbildung 3.10: Einfacher Stromkreis mit allen wichtigen Bauteilen (Spannungsquelle, Leitung, Verbraucher, Schalter)

Um zu wissen, wie viele Elektronen benötigt werden, damit elektrische Energie in eine andere Energieform umgewandelt werden kann, gibt es drei wichtige Größen in der Elektrotechnik: die Spannung, die Stromstärke und den elektrischen Widerstand, welche in den nachfolgenden Abschnitten vorgestellt werden.

Druckunterschied in der Stromleitung: Die Spannung Die Spannung in einem elektrischen Kreis ist für den Elektronenfluss notwendig. Je größer die Spannung ist, desto mehr Elektronen können fließen. Das Formelzeichen der Spannung ist U, und die Einheit ist Volt (V). Damit eine Spannung in einem Stromkreis aufgebaut werden kann, ist eine Spannungsquelle notwendig. Eine Spannungsquelle besitzt einen Pluspol und einen Minuspol, zwischen denen die Spannung aufgebaut wird. Am Pluspol gibt es einen Mangel an Elektronen und am Minuspol einen Überschuss an Elektronen. Daher werden

in einem geschlossenen Stromkreis die Elektronen vom Minuspol abgestoßen und zum Pluspol gedrängt. Die Differenz der Elektronen zwischen Minus- und Pluspol ist die Spannung, welche auch elektrische Potenzialdifferenz genannt wird. In einem Wassermodell ist die Spannungsquelle mit einer Pumpe zu vergleichen, welche einen Druck aufbaut. Die Spannung entspricht dann dem Druck, der von der Pumpe auf das Wasser übertragen wird. Je höher der Druck ist, desto mehr Wasser kann transportiert werden.

Platz da, Elektronen im Anmarsch! – Die Stromstärke Die Stromstärke gibt an, wie viele Elektronen in einer bestimmten Zeit durch eine elektrische Leitung fließen können. Das Formelzeichen der Stromstärke ist I (großes i) und die Einheit Ampere (A). In einem Wassermodell ist die Stromstärke mit der transportierten Wassermenge in einem Heizungsrohr vergleichbar und das Äquivalent zum Volumenstrom. Der Physiker André Marie Ampère nannte die Stromstärke ursprünglich »Intensité du Courant« (Stromintensität) und nutzte dafür das Formelzeichen »I«. Dies wird heute noch für die Stromstärke verwendet.

Elektrische Ladung und die Definition der Stromstärke Die Einheit Ampere ist eine SI-Basiseinheit und damit genau definiert. Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie groß denn nun eigentlich ein Ampere ist und um wie viel Elektronen es sich bei einem Ampere handelt, gibt es die elektrische Ladung Q mit der Einheit Coulomb (C). Ein Coulomb entspricht der elektrischen Ladung, die in einer Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters bei einem Ampere fließt. Die elektrische Ladung wird daher auch in Amperesekunde angegeben. Ein Coulomb entspricht 6,24 * 1018 Elektronen. Dies ist eine unheimlich große Zahl. Damit Sie sich diese besser vorstellen können, finden Sie sie nachfolgend ausgeschrieben.

Es wird eng für die Elektronen: Der elektrische Widerstand Der elektrische Widerstand gibt an, wie gut beziehungsweise schlecht Elektronen durch einen Leiter fließen können. Der Widerstand in einem Leiter entsteht, wenn Elektronen mit den Atomen des Materials kollidieren. Je nach Material gibt es einen hohen oder niedrigen Widerstand. Diese Kollisionen erzeugen Wärme und werden beim Transport von Elektronen eher ungern gesehen, denn Wärme bedeutet in diesem Fall nicht nutzbare elektrische Energie (Anergie). In einem Wassermodell entspricht der elektrische Widerstand der Art der Rohrleitungen. Je mehr Biegungen im Heizungsnetz verbaut sind und je rauer die innere Oberfläche der Rohre ist, desto höher ist der Widerstand für das Wasser. Der elektrische Widerstand wird auch Ohm'scher Widerstand genannt und kann mit dem Ohm'schen Gesetz berechnet werden (siehe nachfolgender Abschnitt). Das Formelzeichen für den elektrischen Widerstand ist R, und die Einheit ist Ohm (Ω). Dabei spielen die Länge und Dicke, die Art des Materials, aber auch die Temperatur eine wichtige Rolle. Sie können sich für den elektrischen Widerstand Folgendes merken: Je länger eine Leitung ist, desto größer ist der Widerstand. Je kürzer eine Leitung ist, desto geringer ist der Widerstand (bei gleichem Querschnitt). Je kleiner der Querschnitt (dünner) einer Leitung ist, desto größer ist der Widerstand. Je größer der Querschnitt (dicker) einer Leitung ist, desto ist geringer der Widerstand. Je höher temperiert eine Leitung ist, desto größer ist der Widerstand. Je niedriger temperiert eine Leitung ist, desto geringer ist der Widerstand. Ein weiterer Aspekt ist das verwendete Material des Leiters. Auch wenn Eisen, Kupfer und Aluminium hervorragende Leiter sind, hat Eisen einen höheren Widerstand als Kupfer und Kupfer einen höheren als Aluminium. Üblicherweise verwendet man dennoch Kupferleitungen in Gebäuden und nur in speziellen Fällen Aluminium, da das Material Aluminium spröder ist. In bestimmten Fällen werden elektrische Widerstände auch bewusst in einen Stromkreis eingebaut, um die Stromstärke vor einem bestimmten Bauteil zu reduzieren und dieses zu schützen. Dies geht jedoch auf Kosten der Energie, da diese in Wärme umgewandelt wird.

Spannung, Stromstärke, Widerstand: Das Ohm'sche Gesetz Das Ohm‘sche Gesetz stellt einen Zusammenhang zwischen den Größen Spannung (U), Stromstärke (I) und Widerstand (R) her.

Für das Ohm‘sche Gesetz brauchen Sie sich nur das Kurzwort »URI« oder das »OhmDreieck«, das in Abbildung 3.11 zu sehen ist, zu merken. Anschließend können Sie die Spannung, die Stromstärke oder den elektrischen Widerstand berechnen. Dazu nutzen Sie die nachfolgenden Formeln.

Abbildung 3.11: Ohm-Dreieck mit Spannung, Widerstand und Stromstärke

Als Ableitung aus diesen Formeln können Sie sich die nachfolgenden Punkte merken: Ein konstanter elektrischer Widerstand R (Ohm’scher Widerstand) ist unabhängig von der Spannung U und der Stromstärke I. Die Spannung U und die Stromstärke I hingegen verändern sich bei Veränderung des Widerstandes R proportional (im gleichen Verhältnis) zueinander. Je größer ein Widerstand R ist, desto größer müssen die Spannung U und die Stromstärke I sein, um den Widerstand zu überwinden. Wie so oft in der Physik gelten Zusammenhänge jedoch nur für »ideale Voraussetzungen«. Daher ist der der Ohm’sche Widerstand im Ohm'schen Gesetz ein idealer Widerstand.

Besonders die Temperatur hat einen enormen Einfluss auf das Verhalten eines realen elektrischen Widerstandes. In diesem Beispiel wird der elektrische Widerstands R gesucht. Es sind folgende Werte gegeben: Spannung U = 1,5 V Stromstärke I = 5 A Lösung:

Bei einer Spannung von 1,5 V und einer Stromstärke von 5 A hat der gesuchte Widerstand eine Größe von 0,3 Ω.

Elektrische Verbraucher und deren Leistung Alle Elektrogeräte, die Sie in eine Steckdose stecken und anschalten, sind elektrische Verbraucher. Bei diesen Verbrauchern wird elektrische Energie in eine nutzbare Energie, wie zum Beispiel Licht (Glühlampe), Wärme (Heizstrahler) oder Bewegung (Ventilator), umgewandelt. Bei einer alten Glühlampe wird der Glühfaden beispielsweise so heiß, dass er ab einer bestimmten Temperatur zu Licht wird. Alte Glühlampen sind jedoch sehr ineffizient, da ca. 80 % des Stroms in Wärme und nur ca. 20 % in Licht umgewandelt werden. Mehr Informationen zu Glühlampen und LEDs erhalten Sie im Kapitel 10. Im Wassermodell sind Verbraucher die Bauteile in einem Heizungsnetz. Dies kann ein Heizungsventil, eine Rückschlagklappe oder Ähnliches sein. Nach jedem Bauteil gibt es einen Druckverlust. So ist es auch bei der Spannung, die nach dem Passieren eines elektrischen Verbrauchers niedriger wird. Wie viel elektrische Energie (E) in einer bestimmten Zeit (t) genutzt wird, gibt die elektrische Leistung an. Das Formelzeichen der elektrischen Leistung ist P, und die Einheit ist Watt (W). Auf allen elektrischen Geräten, die Sie sich kaufen, egal, ob Fernseher, Kühlschrank, Kaffeemaschine oder Lampe, wird die elektrische Leistung in Watt angegeben. Dabei handelt es sich immer um die maximal mögliche Leistung. Die elektrische Leistung können Sie mit der Energiemenge (E) pro Zeit (t) oder mit der Spannung (U) und der Stromstärke (I) berechnen.

Da elektrische Verbraucher auch einen Widerstand in einem Stromkreis darstellen, können Sie die elektrische Leistung auch über den elektrischen Widerstand berechnen.

In diesem Beispiel wird die elektrische Leistung P einer Lampe gesucht. Es sind folgende Werte gegeben: Spannung U = 1,5 V Stromstärke I = 5 A Lösung: Die Lampe hat bei einer Spannung von 1,5 V und einer Stromstärke von 5 A eine Leistung von 7,5 W.

Schaltungen von Stromkreisen Verbraucher können in einem Stromkreis unterschiedlich angeordnet werden. Hier gibt es verschiedene Möglichkeiten, für die Grundlagen reichen jedoch die nachfolgenden aus. Die wichtigsten Schaltungen in Stromkreisen sind die Reihenschaltung und die Parallelschaltung. Je nach Anwendungsgebiet kommen unterschiedliche Schaltungen zum Einsatz. Zuordnen können Sie diese dann anhand der Anordnung der Verbraucher und Widerstände. Reihenschaltung In einer Reihenschaltung sind Verbraucher hintereinander in einer Reihe geschaltet, wie Sie in Abbildung 3.12 sehen können. Dadurch werden alle Verbraucher vom selben elektrischen Strom durchflossen. Das bedeutet, der Strom fließt von der Spannungsquelle zuerst durch den ersten Verbraucher, dann durch den zweiten usw. und zurück zur Spannungsquelle. Dies macht Reihenschaltungen sehr anfällig, da beim Ausfall eines

Verbrauchers der Stromkreis unterbrochen wird und kein Strom mehr fließen kann.

Abbildung 3.12: Reihenschaltung eines Stromkreises

Ein typisches Beispiel für eine Reihenschaltung können Sie an alten Lichterketten für Weihnachtsbäume beobachten. Wenn Sie eine Lampe aus der Fassung der Lichterkette drehen, geht das gesamte Licht am Weihnachtsbaum aus. In einer Reihenschaltung ist die Stromstärke (I) über alle Verbraucher gleich. Die Spannung (U) verteilt sich hingegen auf die einzelnen Verbraucher. Die Gesamtspannung ist die Summe aller Teilspannungen: Uges = U1 + U2 + ... Die Stromstärke ist überall gleich groß: Iges = I1 = I2 = I3 = ... Der Gesamtwiderstand ist die Summe aller Teilwiderstände: Rges = R1 + R2 + R3 + ... Die Gesamtleistung ist gleich der Summe der Teilleistungen: Pges = P1 + P2 + P3 + ... Parallelschaltung In einer Parallelschaltung sind die elektrischen Verbraucher parallel geschaltet, wie es in Abbildung 3.13 zu sehen ist. Dadurch können diese von unterschiedlichen Strömen durchflossen werden. Die Parallelschaltung ist dann weniger anfällig für Ausfälle, da beim Ausfall eines Verbrauchers alle anderen Verbraucher weiterhin mit Strom versorgt werden.

Abbildung 3.13: Parallelschaltung Stromkreis

Ein typisches Beispiel für eine Parallelschaltung ist eine Steckdosenleiste mit mehreren Steckern. Hier können Sie den Steckplatz Ihrer Geräte frei wählen, ohne Angst haben zu müssen, dass ein Gerät nicht mehr funktioniert. In einer Parallelschaltung ist die Spannung (U) über allen Teilzweige gleich. Die Stromstärke (I) verteilt sich hingegen auf die einzelnen Teilzweige. Die Gesamtspannung ist in allen Teilzweigen gleich: U = U1 = U2 = U3 = ... Die Stromstärke ist die Summe aller Teilströme: I = I1 + I2 + I3 + … Der Gesamtwiderstand ist kleiner als der kleinste Teilwiderstand: R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +... Die Gesamtleistung ist gleich der Summe der Teilleistungen: P = P1 + P2 + P3 + ...

Kleine Energiespeicher: Die Kondensatoren Kondensatoren sind kleine Energiespeicher, die auf Leiterplatinen verbaut sind, wie Sie in Abbildung 3.14 sehen können. Sie befinden sich somit in fast allen elektrischen Geräten. Kondensatoren funktionieren ähnlich wie eine Batterie, mit dem Unterschied, dass sie sehr viel weniger Energie speichern und ihre gespeicherte Energie sehr schnell in den Stromkreis abgeben können. Dadurch können Kondensatoren mit ihrer gespeicherten Energie kleinere Stromschwankungen überbrücken.

Abbildung 3.14: Kondensatoren auf einer Leiterplatine – Quelle: Stocksnapper, Stock.Adobe.com

In einem Wasserkreislauf kann man Kondensatoren mit kleinen Wassertanks vergleichen, die bei kurzzeitiger Unterbrechung der Wasserzufuhr weiterhin Wasser in die Leitungen liefern.

AC/DC: Mehr als eine Rockband – Wechselstrom und Gleichstrom Wenn von Strom gesprochen wird, geht es entweder um Gleichstrom oder um Wechselstrom. Diese unterscheiden sich hauptsächlich darin, in welche Richtung sich die Elektronen in einem Stromkreis bewegen. Aufgrund der Vielfalt in Anwendung und Nutzung haben beide Stromarten ihre Daseinsberechtigung. Wechselstrom hat seinen größten Vorteil im Transport von elektrischer Energie über große Distanzen, und Gleichstrom hat seinen größten Vorteil im Betrieb von technischen Geräten. Die Rockband AC/DC hat ihren Bandnamen von Margaret, der Schwester der beiden Brüder und Bandmitglieder Angus und Malcom, erhalten. Nachdem Sie auf

der Rückseite ihrer Nähmaschine die Abkürzung AC/DC gesehen hatte, meinte sie, dass dies ein guter Bandname sei. Die Band AC/DC steht somit komplett unter Strom und nutzt die englischen Abkürzungen für Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC).

Gleichstrom (DC) Im Englischen heißt Gleichstrom »direct current« und hat die Abkürzung »DC«. Typische Spannungsquellen für Gleichstrom sind Batterien oder Photovoltaikanlagen. Das Symbol für Gleichstrom finden Sie in Abbildung 3.15.

Abbildung 3.15: Symbol für Gleichstrom (DC)

Beim Gleichstrom bewegen sich die Elektronen in einem geschlossenen Stromkreis immer in eine Richtung: vom Minuspol zum Pluspol. Stellen Sie nun gerade erschreckt fest, dass auf Ihrem Schaltplan die Stromflussrichtung von Plus nach Minus geht? Zugegebenermaßen kann die Anzeige des Stromflusses in Zeichnungen zu Verwirrung führen, denn hier wird der Stromfluss überwiegend von Plus zu Minus angegeben. Dabei handelt es sich um die technische Stromrichtung, welche ihren Ursprung in der Zeit der Entdeckung der Elektrizität hat. Zu dieser Zeit hat man festgelegt, dass Strom von Plus nach Minus fließt, und noch heute verwendet man diese Angabe in Schaltplänen. Physikalisch richtig ist jedoch, dass Elektronen von Minus nach Plus fließen, wie Sie in Abbildung 3.16 im rechten Bild sehen können. Zur Stromrichtung von Gleichstrom können Sich die folgenden Punkte merken: Technische (konventionelle) Stromrichtung: Strom fließt von Plus nach Minus. Physikalische Stromrichtung: Strom fließt von Minus nach Plus.

Abbildung 3.16: Technische und physikalische Stromrichtung

Wechselstrom (AC) Im Englischen heißt Wechselstrom »alternating current« und hat die Abkürzung »AC«. Beim Wechselstrom gibt es keine feste Flussrichtung der Elektronen, und die Stromrichtung ändert sich mehrere Male pro Sekunde. Daher gibt es beim Wechselstrom keinen festen Plus- oder Minuspol. Die Richtungsänderung von Strom und Spannung wird Polaritätswechsel genannt und findet im deutschen Stromnetz 100-mal pro Sekunde statt. Dabei ergeben zwei Polaritätswechsel eine vollständige Spannungswelle, die als Frequenz bezeichnet wird. Die Frequenz hat das Formelzeichen f und wird in Hertz (Hz) angegeben. Die Einheit Hertz ist eine abgeleitete SI-Einheit, wobei 1 Hertz = eins pro Sekunde ist (1/s). Die Netzfrequenz des europäischen Verbundstromnetzes hat 50 Hertz (50 Hz). Das Symbol für den Wechselstrom finden Sie in Abbildung 3.17.

Abbildung 3.17: Symbol für Wechselstrom (AC)

Für die Stromversorgung von Gebäuden hat sich Wechselstrom weltweit durchgesetzt, da beim Transport vom Kraftwerk zum Gebäude die elektrische Energie mit weniger

Verlusten transportiert werden kann. Somit hat Wechselstrom für den Transport elektrischer Energie über eine große Distanz die meisten Vorteile.

Elektrische- und magnetische Felder Magnetische und elektrische Vorgänge sind nicht voneinander zu trennen und gehören zu den wichtigsten Entdeckungen in der Elektrotechnik. Sie liefern beispielsweise die Grundlage für die Stromproduktion in Kraftwerken (mehr Informationen dazu finden Sie in Kapitel 9). Auch wenn sich Magnetismus und Elektrizität kompliziert anhören, brauchen Sie keine Angst zu haben: Vom Prinzip her sind sie einfach zu verstehen.

Magnetfelder in Stromkreisen Wenn durch einen Leiter Strom fließt, entsteht um diesen Leiter ein elektromagnetisches Feld. Das erzeugte Magnetfeld wird magnetische Flussdichte oder elektromagnetische Induktion genannt, hat das Formelzeichen und die Einheit Tesla (T). Zur Verstärkung des Magnetfelds werden Spulen verwendet. Bei der Spule handelt es sich einfach gesagt um einen Draht mit Wicklungen, wie Sie in Abbildung 3.18 sehen können.

Abbildung 3.18: Spule mit Eisenkern auf Leiterplatine – Quelle: KPixMining, Stock.Adobe.com

Wenn Sie nun eine Spule in einen Stromkreis integrieren und diese mit Strom durchflossen wird, wird um die Spule ein ziemlich starkes elektromagnetisches Feld

erzeugt. Dieses Feld kann nochmals mit einem Eisenstab im Zentrum der Spule verstärkt werden. In Abbildung 3.19 ist beispielhaft der Vorgang einer magnetischen Induktion in einer Spule dargestellt. Beim Schließen eines Stromkreises fließt Strom durch die Spule und induziert ein elektromagnetisches Feld.

Abbildung 3.19: Elektromagnetische Felder in Stromkreisen

Das magnetische Feld kann jedoch nur in einem Wechselstromkreis aufrechterhalten werden, da sich die Fließrichtung des Stromes permanent ändert. In einem Gleichstromkreis funktioniert dies nicht, und ein elektromagnetisches Feld ist nur im Augenblick des Schaltvorgangs messbar. Ein Induktionsherd nutzt die magnetische Flussdichte für das Erhitzen von Essen. Dafür befindet sich unterhalb der Keramikherdplatte eine Spule. Wenn diese Spule mit Wechselstrom durchflossen wird, entsteht ein Magnetfeld, welches sich über die Keramikherdplatte ausbreitet. Wenn Sie nun einen Kochtopf aus Stahl, Metall oder spezielle Induktionskochtöpfe und -pfannen mit Metallkern im Boden auf den Induktionsherd stellen, wirkt das Magnetfeld auf die Kochtöpfe ein, da diese Materialien magnetisch sind. Nicht magnetische Materialien wie Töpfe aus Aluminium oder Gusseisen funktionieren daher nicht auf einem Induktionsherd.

Die freien Elektronen im Boden der induktionsgeeigneten Kochtöpfe beginnen sich aufgrund des Magnetfelds wirbelstromartig zu bewegen und erzeugen dadurch Wärme im Boden der Töpfe. Diese Wärme wird dann zur Zubereitung des Essens im Topf verwendet. Wenn Sie mit dem Kochen fertig sind, ist jedoch lediglich der Kochtopf heiß und die Herdplatte maximal warm, da Keramik nur sehr schlecht Wärme leitet und nicht magnetisch ist. In Abbildung 3.20 ist das Funktionsprinzip eines Induktionsherds dargestellt.

Abbildung 3.20: Funktionsprinzip eines Induktionsherds im Wechselstromkreis

Elektromagnetische Induktion für die Stromproduktion Wenn Sie nun den Eisenstab in der Spule gegen einen Magneten austauschen, können Sie in einem geschlossenen Stromkreis Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandeln. Nach diesem Prinzip funktionieren Stromgeneratoren, wie zum Beispiel ein Fahrraddynamo (siehe Abbildung 3.21), aber auch große Kraftwerke, die für den Strom aus Ihrer Steckdose sorgen.

Abbildung 3.21: Fahrraddynamo für die Stromproduktion – Quelle: Juan, Stock.Adobe.com

Der Magnetstab mit zwei Polen bewegt sich durch die Spule. Dadurch werden in dem Stromkreis eine elektrische Spannung und ein elektrischer Strom induziert, wie Sie in Abbildung 3.22 sehen können.

Abbildung 3.22: Magnet bewegt sich durch eine Spule und induziert Strom

In der linken Abbildung bewegt sich der Magnet (2) nach unten (6) und induziert einen Strom (5), wie Sie auf dem Amperemeter (1) sehen können. Im mittleren Bild befindet sich der Magnet (2) außerhalb der Spule, und es wird kein Strom induziert. Im rechten Bild bewegt sich der Magnet (2) nach oben (6) und induziert einen Strom, wie Sie auf dem Amperemeter (6) sehen können. Das Amperemeter schlägt jedoch in die andere Richtung aus, da sich die Bewegungsrichtung des Stroms (5) geändert hat. Die Elektronen bewegen sich in die Richtung, in die sich der Magnet bewegt. Wie Stromgeneratoren und das Stromnetz funktionieren, erfahren Sie in Kapitel 9.

Kapitel 4

Energiesparendes Bauen und Sanieren IN DIESEM KAPITEL Sie lernen die Grundlagen der Energieversorgung kennen und erfahren, wie der Energiebedarf eines Gebäudes schon in der Planungsphase reduziert werden kann. Sie finden Anforderungen und Pflichten für Hausbesitzende zur Reduzierung des Energiebedarfs, lernen, wie ein Energieausweis aufgebaut ist, welche Typen es gibt und wann ein Energieausweis ausgestellt werden muss. Sie erfahren welche Sanierungs- und Optimierungsmaßnahmen es gibt, um den Energiebedarf und den Energieverbrauch eines Bestandsgebäudes zu reduzieren, und lernen, wie Sie Ihren Energieverbrauch mit etwas Energiemanagement reduzieren können.

Gebäude brauchen Energie, um ein angenehmes Raumklima zu schaffen. Welche Energiequellen und -formen es gibt, welche Folgen ein unbedachter Umgang mit Energie mit sich bringt, wie die Gesetzgebung darauf reagiert und wie Gebäude schon bei der Planung energieeffizient gestaltet werden können, erfahren Sie in diesem Kapitel. Zusätzlich erhalten Sie einen Einblick in die Thematik des Energieausweises sowie Hinweise, die Sie beachten müssen, wenn Sie ein neues Haus bauen wollen oder ihren Altbau sanieren möchten.

Grundlagen der Energieversorgung Für die Erzeugung von Wärme und Strom wird nicht nur eine Energiequelle verwendet, sondern eine Vielzahl. Zu diesem Energiemix gehören in Deutschland überwiegend Erdgas, Kohle und Erdöl als konventionelle Energieträger sowie Windkraft, Sonnenenergie, Wasserkraft und Biogas als erneuerbare Energieträger. Für Deutschland ist der Ausstieg aus der Atomkraft beschlossen, auch wenn diese noch in verschiedenen anderen Ländern der Welt und der EU genutzt wird. Wenn von einem Energiemix die Rede ist, ist meist Primärenergie gemeint. Primärenergie ist die ursprünglich vorkommende Energieform, welche in den genannten Energieträgern gespeichert ist. Mit der Primärenergie kann man erst einmal nicht viel anfangen, sie muss daher in nutzbare Energie wie Elektrizität, Wärme oder einfach verwertbare Brennstoffe umgewandelt werden.

Primärenergie wird nicht nur im Gebäudesektor benötigt, sondern auch im Verkehrssektor, im Bergbau, in Industrie und Handel sowie in den Bereichen Gewerbe und Dienstleistungen. In dem nachfolgenden Abschnitt finden Sie die aktuell wichtigsten Primärenergieträger im deutschen Energiemix. Ich sage bewusst »aktuell«, da sich dies mit der Zeit verschieben wird. Ein gutes Beispiel ist die Kernenergie, welche bis Ende 2022 einem Anteil von ca. 7 % am deutschen Energiemix hatte und nach dem Atomausstieg vorerst keine wichtige Rolle mehr in Deutschland spielen soll. Zudem wird der Anteil erneuerbarer Energien in den nächsten Jahren weiter stark ansteigen, und diese werden konventionelle Energieträger verdrängen.

Konventionelle Primärenergieträger in Deutschland Konventionelle Energieträger für die Wärme- und Stromproduktion sind hauptsächlich Kohle und Erdgas. Erdöl wird im Gebäudesektor immer seltener genutzt und kommt hauptsächlich im Verkehrssektor zum Einsatz. Kohle: Stein- und Braunkohle waren lange Zeit wichtige Energieträger in Deutschland und sind in vielen Ländern der Welt auch heute noch leider eine wichtige Energiequelle. Kohle wird in Kohlekraftwerken hauptsächlich für die Stromproduktion genutzt. Durch das Verbrennen von Kohle wird Wärme in Dampfturbinen in Bewegungsenergie und anschließend in Stromgeneratoren in elektrische Energie umgewandelt. Die dabei entstehende Abwärme kann für Fernwärme in Ballungsgebieten genutzt werden. Diese Kombination nennt sich »Kraft-Wärme-Kopplung« (mehr Informationen dazu finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Blockheizkraftwerk: Die stromerzeugende Heizung«). Bis zum Jahr 2030 will Deutschland aus der Kohleenergie aussteigen. Erdgas: Erdgas ist noch ein wichtiger Energieträger im Wärmemarkt, da ein Großteil der deutschen Gebäude mit Erdgas beheizt wird. Das deutsche Gasnetz hat zudem eine Länge von ca. 511.000 Kilometer und soll auch in der Zukunft als Speicher für Biogase und Wasserstoff genutzt werden. Erdöl: Erdöl spielt im Gebäudebereich immer weniger eine Rolle, da alte ÖlHeizkessel ineffizient laufen und bei Sanierungen gegen Gasthermen, Wärmepumpen oder andere Wärmeerzeuger ausgetauscht werden (mehr Informationen dazu finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Wärmeerzeuger«). Erdöl als Primärenergieträger spielt heute hauptsächlich im Verkehrsbereich in Form von Kerosin, Benzin und Diesel die größte Rolle. Kernenergie: Kernenergie ist seit dem Jahr 2023 im deutschen Energiemix unwichtig als Primärenergieträger, da Deutschland den Ausstieg aus der Kernenergie beschlossen hat.

Erneuerbare Primärenergieträger in Deutschland Erneuerbare Energieträger gewinnen im Zuge der Energiewende an Bedeutung und werden künftig den überwiegenden Anteil der Primärenergie ausmachen. Es gilt daher, erneuerbare Energien auszubauen und deren Anteile zu erhöhen, um die Klimaziele der Bundesregierung zu erreichen. Im Jahr 2021 betrug der Primärenergieanteil laut Umweltbundesamt über alle Sektoren verteilt ungefähr 16 % für erneuerbare Energien. Windenergie: Bei der Windenergie werden Windränder durch Wind angetrieben, und Bewegungsenergie wird in elektrische Energie umgewandelt. Unterschieden wird in Offshore-Windkraft (Windkraftanlagen vor der Küste) und Onshore-Windkraft (Windkraftanlagen an Land). Durch eine gute Standortwahl von Windrädern und Windparks kann der Ertrag deutlich gesteigert werden. Dazu gehören die Windverhältnisse sowie die Geländebeschaffenheit am Standort, die Abstände zwischen den Windrädern, mögliche Umweltauswirkungen, die Akzeptanz der Bevölkerung sowie Lärmbelästigung und Schattenwurf. Bei einer Windflaute kann jedoch kein Strom erzeugt werden, und bei starken Stürmen müssen Windräder aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden. Mehr Informationen zur Windkraft finden Sie in Kapitel 9 im Abschnitt »Windkraft«. Sonnenenergie: Sonnenenergie wird auch Solarenergie genannt und ist die aus der Sonnenstrahlung nutzbar gemachte Energie. Sonnenenergie ist eine unerschöpfliche Energiequelle, kann jedoch nur tagsüber genutzt werden und hat bei bewölktem Himmel einen wesentlich geringeren Wirkungsgrad. Solarenergie wird über verschiedene Technologien genutzt. Photovoltaik: Photovoltaikanlagen wandeln Sonnenlicht direkt in Strom um. Mehr Informationen zur Photovoltaik und wie eine Solarzelle funktioniert, erfahren Sie in Kapitel 9 im Abschnitt »Photovoltaik: Sonnenenergie frei Haus«. Solarthermie: Über Solarkollektoren (Solarthermie) wird Sonnenstrahlung direkt in Wärme umgewandelt, sodass damit geheizt und Warmwasser aufbereitet werden kann. Mehr Informationen zur Solarthermie finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Solarthermie für Heizung und Warmwasser«. Solarthermische Kraftwerke: In großen solarthermischen Kraftwerken wird die Sonnenwärme genutzt, um Wasserdampf zu produzieren, welcher in einem Dampfkraftwerk eine Dampfturbine antreibt und Strom erzeugt. Biomasse: Unter Biomasse fallen die organischen Stoffe, die pflanzlichen und tierischen Ursprungs sind und als Energieträger genutzt werden können. Dazu gehören Holz, Torf, Stroh, Getreide und Dung. Biomasse kann direkt als Brennstoff dienen oder aber zu Biogas vergärt werden. Das Biogas dient dann als Speichermedium und kann in speziell umgerüsteten Gasheizungsanlagen als Brennstoff oder zum Betrieb

von Gasturbienen für die Stromproduktion verwendet werden. Biomasse ist nachwachsend und sinnvoll, wenn sie nachhaltig bewirtschaftet und gewonnen wird. Wasserkraft: Wasserkraft wird auch Hydroenergie genannt und hauptsächlich zur Stromproduktion verwendet. Dabei wird potenzielle Energie (Lageenergie) des Wassers in einem Stausee in kinetische Energie (Bewegungsenergie) umgewandelt, wenn das Wasser aus dem Stausee fließt. Durch den Fluss wird ein Druck aufgebaut, welcher für den Antrieb von Turbinen in Stromgeneratoren genutzt wird und elektrische Energie erzeugt. Typische Beispiele sind Laufwasserkraftwerke in Staudämmen, Pumpspeicherkraftwerke, Gezeitenkraftwerke, Meeresströmungskraftwerke und Meereswärmekraftwerke. Mehr Informationen zur Wasserkraft finden Sie in Kapitel 9 im Abschnitt »Wasserkraft«. Erdwärme: Erdwärme wird auch Geothermie genannt und beschreibt die in der oberen Schicht der Erdkruste gespeicherte Energie. Mehr Informationen zur Geothermie als Wärmequelle für Wärmepumpen finden Sie in Kapitel 5, mehr über die Geothermie als Energiequelle für die Stromproduktion lesen Sie in Kapitel 9. Die nutzbare oberflächennahe Geothermie befindet sich in einem Bereich von einem Meter bis maximal 200 m Tiefe befindet. Als Energiequelle dienen das oberflächennahe Erdreich, Festgestein oder Grundwasser mit Temperaturen von 0 °C bis 15 °C. Als bewährte Technik kommen Wärmepumpen mit Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden oder Grundwasserbrunnen zum Einsatz. Die Niedrigenthalpie befindet sich in einem Bereich von ca. 500 bis 3.000 m. Als Energiequellen dienen 35 °C bis 80 °C warme Thermalgewässer oder Tiefenaquifere (Grundwasserleiter). Als bewährte Nutztechnik kommen Wärmetauscher oder Wärmepumpen mit Tiefbohrbrunnen zum Einsatz. Die Mittel- bis Hochenthalpie befindet sich in einem Bereich von bis zu 2.000  m Tiefe. Als Energiequelle dient hier trockenes, heißes Gestein mit Temperaturen zwischen 150 °C und 300 °C. Als Nutztechnik kommt die HotDry-Rock-Technologie durch Tiefenbohrung oder künstliche Risse im Gestein zum Einsatz. Die gewonnene Wärme kann zur Stromproduktion, Prozesswärme oder Heizung genutzt werden Die Hochenthalpie befindet sich ähnlich wie die Niedrigenthalpie in einem Bereich von ca. 500 bis 3.000 m. Als Energiequellen dienen Dampfvorkommen im Erdreich mit Temperaturen von mehr als 200 °C. Diese Quellen werden durch Bohrungen angezapft und können anschließend mit Dampfabscheidern, Turbinen oder Kondensatoren in nutzbare Energie umgewandelt werden. Die gewonnene Wärme kann zur Stromproduktion, Prozesswärme oder Heizung genutzt werden.

Vom Rohstoff zum Gebäude: Der lange Weg der Primärenergie Damit einem Gebäude Energie in einer verwendbaren Weise zur Verfügung gestellt werden kann, müssen die aus dem vorherigen Abschnitt genannten Primärenergiequellen in nutzbare Wärme und Strom umgewandelt werden. Während der Umwandlung und Veredelung der Energiequellen kommt es zu Energieverlusten in Form von nicht nutzbarer Anergie (siehe Kapitel 3, Abschnitt »Energieverlust, Exergie und Anergie«). Die Energiewirtschaft hat für die veredelten Energieformen Begriffe zur besseren Abgrenzung und Abstufung definiert, die nachfolgend aufgelistet und in Abbildung 4.1 grafisch aufbereitet sind. Primärenergie: Primärenergie ist die ursprünglich vorkommende Energieform, welche für uns Menschen zunächst nicht verwendbar ist und umgewandelt werden muss. Sekundärenergie: Sekundärenergie ist in gewisser Weise auch noch Primärenergie, sie hat jedoch zum vereinfachten Transport bereits einen Umwandlungs- oder Veredelungsprozess durchlaufen. Typische Veredelungserzeugnisse aus fossilen Brennstoffen sind Benzin aus Erdöl oder Briketts aus Kohle. Die direkte Umwandlung in Wärme- oder elektrische Energie aus Sonne und Wind wird von manchen Stellen ebenfalls als Sekundärenergie bezeichnet. Endenergie: Bei der Umwandlung von Primär- in Sekundärenergie sowie dem Energietransport zum Gebäude kommt es zu größeren Energieverlusten. Endenergie ist daher die Energie, die am Gebäude ankommt, abzüglich der Umwandlungs- und Transportverluste. Nutzenergie: Die Energie, die Sie innerhalb Ihres Gebäudes für Wärme, als Warmwasser und direkt für elektrische Geräte verwenden, wird Nutzenergie genannt. Der Unterschied zur Endenergie ist, dass bei der Übergabe der Endenergie ins Gebäude sowie der Umwandlung und Verteilung im Gebäude nochmals Umwandlungs- und Transportverluste anfallen. Nutzenergie ist somit Endenergie abzüglich der Umwandlungs- und Transportverluste am Gebäudeübergabepunkt und im Gebäude.

Abbildung 4.1: Energiefluss von der Primärenergie zur Nutzenergie

Die Energiewende als Folge eines zu hohen Energiebedarfs und -verbrauchs Energie wird für alles benötigt, was die heutige Welt am Laufen hält, und der Energiebedarf sowie der Energieverbrauch steigen stetig an. Energiebedarf und Energieverbrauch sind nicht zu verwechseln. Die Unterschiede finden Sie nachfolgend beschrieben. Energiebedarf: Der Energiebedarf ist eine berechnete Größe, die auf vordefinierten Randbedingungen basiert, und gibt an, wie viel Energie ein Gerät, ein Gebäude, ein Prozess oder eine Aufgabe benötigen. Somit werden diese vergleichbar, und es kann beispielsweise eine Klassifizierung der energetischen Qualität erfolgen. Der Energiebedarf lässt jedoch keine Rückschlüsse zu auf die tatsächlich benötigte Energie während des Betriebs. In der Planung von neuen Gebäuden wird beispielsweise anhand der Gebäudedaten (Wärmeverluste über die Gebäudehülle, Energie zum Betrieb der Anlagentechnik oder Energie zur Warmwasserbereitung) der Energiebedarf ermittelt. Energieverbrauch: Der Energieverbrauch gibt dagegen die tatsächlich benötigte Energie von Geräten, Gebäuden, Aufgaben oder Prozessen während des Betriebs an. Der Verbrauch wird über Energiezähler oder Messgeräte erfasst und bezieht auch das Nutzerverhalten ein, welches einen erheblichen Einfluss auf das Ergebnis hat. So kann ein sparsamer Betrieb den Energieverbrauch

reduzieren. Bei sich ändernden Betriebsbedingungen oder einem unbedachten Nutzerverhalten kann der Energieverbrauch jedoch steigen. Ein Teil dieser Energie wird für die Behaglichkeit in Ihrem Gebäude aufgewendet, ein anderer Teil für den Transport, die Produktion von Materialien und Lebensmitteln, für Industrieprozesse und vieles mehr. Dieser Energiehunger hat Auswirkungen auf Umwelt, Klima und den eigenen Geldbeutel. Die Strom- und Wärmeerzeugung, die vielen Verkehrsaktivitäten und die Produktion von Materialien und Produkten belasten die Umwelt durch den Ausstoß von Treibhausgasen und Luftschadstoffen wie Feinstaub und Stickoxiden. Der Ausstoß dieser Schadstoffe schädigt Ökosysteme, hat maßgeblichen Einfluss auf den menschengemachten Klimawandel und fördert umweltbedingte Erkrankungen bei allen Lebewesen. Eine weitere Folge des hohen Energieverbrauchs sind eine steigende Abhängigkeit von Rohstofflieferanten konventioneller Energieträger, die damit einhergehenden Schwankungen der Energiepreise und mögliche politische Instabilitäten. Nachfolgend sind beispielhafte Folgen eines zu hohen Energie- und Ressourcenverbrauchs aufgelistet. Klimawandel: Der menschengemachte Klimawandel wird hauptsächlich durch die Emissionen von Treibhausgasen in die Atmosphäre, die Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas sowie durch die Abholzung von Wäldern verursacht. Dadurch findet eine Erwärmung der Erdoberfläche und der Atmosphäre statt, welche die Struktur der atmosphärischen Zirkulation verändert und den Transport von Luftmassen beeinflusst. Dadurch gibt es wesentliche Veränderungen in Ökosystemen und deren Gleichgewicht. Die Folge sind Trockenheit und Wetterextreme, Erwärmung der Ozeane und ein Anstieg des Meeresspiegels. Aufgrund dieser Veränderungen sagen Zukunftsszenarien für viele bewohnte Regionen vermehrte Hitzeextreme, für einige Regionen häufigere Starkniederschläge und für einzelne Regionen Dürren und Niederschlagsdefizite voraus. Umweltschäden: Neben den genannten Treibhausgasen und Luftschadstoffen durch die Energieerzeugung und den Straßenverkehr gibt es noch weitere Umweltschäden zu beobachten. Dazu gehören der damit einhergehende Flächenverbrauch, Lärmbelästigung, Wasserverschmutzung, saurer Regen, Waldsterben und eine daraus resultierende Verwüstung sowie ein drastisches Artensterben. Umweltbedingte Erkrankungen: Folgen der vorher genannten Umweltschäden sind Erkrankungen, die damit in Verbindung gebracht werden. Dazu gehören hauptsächlich umweltbedingte Lungen- und Atemwegserkrankungen, aber auch ein erhöhtes Herzinfarktrisiko und Schlafstörungen durch Lärm. Steigende Energiepreise und Abhängigkeiten: Erst im Jahr 1973 hatten die steigenden Ölpreise enorme Auswirkungen auf die Wirtschaft und führten zu einer weltweiten Ölpreiskrise. Diese Ölpreiskrise machte erstmals die Abhängigkeit von

Rohstofflieferanten deutlich. Seitdem Russland-Ukraine-Krieg im Februar 2022 ist das Thema aktueller denn je, denn konventionelle Energieträger wie Gas und Öl werden als Druckmittel in politischen Konflikten genutzt, was eine Erhöhung der Preise und die Verknappung der Liefermengen zur Folge hat. Die Veränderung des Klimas, Umwelt- und Gesundheitsschäden sowie die Unsicherheit in Bezug auf Rohstoffe bringt verändernde Lebensbedingungen und hohe Folgekosten für die Gesellschaft mit sich. Aus diesem Grund wird von der Politik eine Reduzierung des Primärenergiebedarfs, eine Erhöhung der Energieeffizienz und ein Wechsel von konventionellen Energieträgern hin zu erneuerbaren Energieträgern angestrebt. Diesen Prozess kennen Sie unter dem Begriff Energiewende, welche die Transformation hin zu einer sicheren, umweltverträglichen und bezahlbaren Energieversorgung zum Ziel hat. In einem Gebäude fallen Energie für Raumwärme, Warmwasser und elektrische Geräte an, sodass ungefähr 35 % des Gesamtenergieverbrauchs Deutschlands auf den Gebäudesektor fallen. Statistisch betrachtet ist dieser Anteil in den letzten Jahren immer weiter angestiegen, sodass die Energiewende in der Gebäudetechnik eine wichtige Rolle spielt. Da trotz der Klimaerwärmung über das Jahr gesehen die meiste Energie bei älteren Bestandsbauten für die Raumwärme und das Bereiten von Warmwasser benötigt wird, wird bei Gebäuden zudem die Wärmewende gefordert. Wenn Sie weniger Geld für Energie ausgeben und die Energieeffizienz Ihres Gebäudes steigern möchten, gibt es eine gute Nachricht: Im Gebäudesektor schlummert ein enormes Energieeinsparpotenzial, das sich hervorragend mit Energieeffizienz und Umweltschutz in Einklang bringen lässt. Bei der Energiewende geht es allerdings nicht nur um Kosteneinsparung. Eine Reduzierung des Energiebedarfs im Gebäudesektor trägt auch zum erfolgreichen Umsetzen der Klimaschutzziele Deutschlands bei, welche bereits nach der ersten Ölpreiskrise im Jahr 1973 Bestandteil deutscher Klimapolitik und der deutschen Gesetzgebung wurden.

Geschichtsstunde: Gesetze zur Energiereduzierung in Gebäuden Im Jahr 1977 wurden mit der Einführung der ersten Wärmeschutzverordnung die Grundlagen für energiesparendes Bauen in Deutschland gelegt. Ausschlaggebend dafür war die bereits erwähnte Ölpreiskrise 1973. Die damalige Bundesregierung reagierte mit dem Erlass von Gesetzen und Verordnungen zur Energieeinsparung, auf die heute noch aufgebaut wird und die im aktuell gültigen Gebäudeenergiegesetz (GEG) mündeten. In der nachfolgenden historischen Auflistung können Sie sehen, wie verschiedene Gesetzte und Verordnungen seit 1976 auf den Weg gebracht wurden und sich heute im GEG vereinen. In Abbildung 4.2 ist der Verlauf

grafisch dargestellt. Energieeinsparungsgesetz (EnEG): Das EnEG wurde 1976 zur Reduzierung der Abhängigkeit von importierten Energieträgern erlassen und in den Jahren 1980, 2001, 2005, 2009 und 2013 novelliert und angepasst. Zum damaligen Zeitpunkt gab es noch keine für die Bürger wirksamen Regelungen. Die Idee des EnEG war es, eine Grundlage zu schaffen, um Verordnungen zu erlassen, die energetische Anforderungen an Gebäude und ihre Anlagentechnik stellen können. Wärmeschutzverordnung (WSchVO): Die WSchVO wurde 1977 zum energiesparenden Wärmeschutz von Gebäuden als erste Verordnung auf der Grundlage des EnEG von 1976 erlassen und in den Jahren 1982 und 1995 novelliert. In der ersten Fassung wurden erstmals Anforderungen an die Gebäudehülle definiert. Somit wurde die Grundlage für einen energiesparenden Wärmeschutz von Gebäuden geschaffen. Heizanlagenverordnung (HeizAnlV): Diese Verordnung wurde im Jahr 1978 auf Grundlage des EnEG erlassen und stellte Anforderungen an die Ausstattung und die Auslegung von Warmwasserheizungen. Die HeizAnlV wurde in den Jahren 1982, 1989, 1994 und 1998 novelliert. Heizungsbetriebsverordnung (HeizBetrV): Die HeizBetrV wurde ebenfalls im Jahr 1978 zum energieeffizienten Betrieb von Warmwasserheizungen als Verordnung auf der Grundlage des EnEG von 1976 erlassen und 1989 in die Heizanlagenverordnung übernommen. Energieeinsparverordnung (EnEV): Die EnEV wurde im Jahr 2002 erlassen und ersetzte die Wärmeschutzverordnung 1995 und die Heizanlagenverordnung 1998. Die EnEV war die Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden und verschärfte in ihren regelmäßigen Novellierungen die Anforderungen an Neubauten und zu sanierende Gebäude. Die EnEV wurde in den Jahren 2004, 2007, 2009, 2014 und 2016 novelliert. Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG): Das EEWärmeG wurde 2009 zum Einsatz und zur Förderung erneuerbarer Energien bei Neubauten eingeführt und 2011 novelliert. Gebäudeenergiegesetz (GEG): Das GEG ist das aktuell gültige Gesetz und wurde 2020 zur Einsparung von Energie und zur Nutzung erneuerbarer Energien zur Wärmeund Kälteerzeugung in Gebäuden eingeführt. Das GEG führt die Energieeinsparverordnung 2016, das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz 2011 sowie das Energieeinsparungsgesetz 2013 zusammen und ersetzt diese.

Abbildung 4.2: Entwicklung des Gebäudeenergiegesetzes von 1976 bis 2020

Das GEG ist damit seit 2020 geltendes Recht und regelt neben den Anforderungen an die energetische Qualität von Gebäuden auch die Nutzung von erneuerbaren Energien zur Wärme- und Kälteerzeugung. Die Entwicklung des Gesetzes hatte zur Folge, dass die Anforderungen an Neubauten und an die Sanierung von Altbauten über die Jahre immer höher wurden. Ein Neubau aus dem Jahr 1976 verbrauchte beispielsweise sechsmal mehr Energie als ein Neubau aus dem Jahr 2016. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) können Sie im Internet kostenlos unter der folgenden Webseite einsehen: https://www.gesetze-im-internet.de/geg/ Die aktuellen Neuerungen zum GEG finden Sie auf meinem Blog unter der folgenden Webseite: https://www.haustechnikverstehen.de/neuerungen-geg Bis 2050 strebt Deutschland an, den Primärenergiebedarf im Gebäudesektor um 80 % gegenüber 2008 zu reduzieren. Die Primärenergie für den Gebäudesektor soll dann überwiegend aus erneuerbaren Energieträgern stammen, sodass ein nahezu klimaneutraler

Betrieb möglich ist. Die Sanierung von Gebäuden, ein effizienter Betrieb und der Einsatz erneuerbarer Energien stehen somit im Fokus des Gebäudesektors und der Haustechnik.

Schon in der Planung den Energiebedarf eines Gebäudes reduzieren Stellen Sie sich ein nachhaltiges Gebäude vor: ein Gebäude, welches einen geringen Energiebedarf hat und sogar selbst Energie produziert, Regenwasser für die WC-Spülung nutzt, für ein hervorragendes Raumklima sorgt, so gut wie keine Schadstoffe aufweist und nach seiner Nutzungszeit zurückgebaut und recycelt werden kann. Zur Reduzierung und Optimierung des Energiebedarfs im laufenden Betrieb hat es ein Energiemanagementsystem, welches zusätzlich überschüssig erzeugte Energie speichert oder in das öffentliche Stromnetz einspeist. Das hört sich großartig an und beschreibt im groben, wie energiesparendes und nachhaltiges Bauen aussehen kann. Dafür werden bereits im Planungsprozess verschiedene Festlegungen getroffen. Nachfolgend finden Sie die wichtigsten aufgelistet. Standort und Lage des Gebäudes: Dies ist selbstverständlich nur bei Neubauten möglich, aber mit der Festlegung des Standortes und der Lage für ein neues Gebäude schaffen Sie die Grundlage für dessen Energieeffizienz. Die klimatischen Bedingungen vor Ort spielen dabei eine ebenso wichtige Rolle wie die Anordnung des Gebäudes auf dem Gelände. Mehr dazu finden Sie im nachfolgenden Abschnitt dieses Kapitels. Energiesparende Gebäudeplanung: Bei der Planung energieeffizienter Gebäude liegt der Fokus auf einem möglichst geringen Primärenergiebedarf. Sie erreichen dies mit einer effizienten und kompakten Bauform sowie einer sinnvollen Platzierung von Fenstern und Türen. Zudem können durch die Einteilung des Gebäudes in Nutzungszonen Räume mit ähnlichen Temperaturbedingungen, Aufenthaltszeiten und Lichtverhältnissen von ihrer Lage gegenseitig profitieren. Gebäudezweck: Auch wenn sich die Nutzung eines Gebäudes ändern kann, hat der Bau eines Gebäudes zunächst einen bestimmten Zweck. So kann es sich um ein Wohngebäude oder ein Nichtwohngebäude handeln. Nichtwohngebäude sind in 52 Gebäudekategorien unterteilt (zum Beispiel Schulen, Krankenhäuser, Bürogebäude oder Hotels), wobei die einzuhaltenden Höchstwerte des Primärenergiebedarfs für die jeweiligen Gebäudekategorien variieren. Für eine potenzielle Umnutzung des Gebäudes zu einem späteren Zeitpunkt ist während der Planung die Gebäudeflexibilität zu berücksichtigen. Konstruktion und Materialien des Gebäudes: Die energiesparende Konstruktion befasst sich mit dem Einsatz ressourcenschonender Materialien, umweltverträglicher

Baustoffe sowie der Dämmung und Dichtheit von Umschließungsflächen, Fenstern und Türen zur Reduzierung des Energiebedarfs. Dabei gilt es, darauf zu achten, die verschiedenen Materialien verträglich miteinander zu kombinieren und zu montieren, damit diese später wiederverwendet oder fachgerecht entsorgt werden können. Zusätzlich erfolgen durch architektonische Maßnahmen ein besserer Nutzen der Sonnenstrahlen im Winter und ein besserer Schutz vor Sonnenstrahlen im Sommer. Gebäudetechnik: Mit der Planung der Gebäudetechnik treffen Sie die Auswahl der Anlagentechnik für Heizen, Lüften, Kühlen und Warmwasserbereitung. Durch den Einsatz erneuerbarer Energien erreichen Sie einen gewissen Autarkiegrad für Ihr Gebäude, produzieren einen Großteil des notwendigen Energiebedarfs CO2-neutral vor Ort und speichern Überschüsse in vorgesehenen Speichern oder speisen diese ins öffentliche Stromnetz ein. Energiesparendes und nachhaltiges Bauen ist mehr als das schlichte Einhalten der gesetzlichen Vorgaben. Beim energiesparenden Bauen wird ein Gebäude so geplant, dass bereits in der Herstellung wenig Energie benötigt und im Betrieb des Gebäudes möglichst wenig Energie verbraucht wird. Nach dem Ende der Nutzungszeit soll zudem die Möglichkeit bestehen, das Gebäude umweltfreundlich zu entsorgen und alte Bauteile und Baustoffe wiederzuverwenden. Neben den Kriterien für die Architektur und die Baustoffwahl bekommt der Wärmeschutz eine besondere Bedeutung.

Im Winter warm, im Sommer kalt: Anforderungen an den Wärmeschutz Der Wärmeschutz von Gebäuden wird herangezogen, um ein Gebäude energetisch bewerten, vergleichen und einordnen zu können. Mit durchdachten Konzepten lassen sich erstaunliche Ergebnisse erzielen. Die nachfolgenden Faktoren und Größen finden sich daher in fast jedem Planungs- und Energiekonzept wieder und sollten berücksichtigt werden.

Ausrichtung des Gebäudes auf dem Gelände Mit der Ausrichtung eines neu geplanten Gebäudes auf dem Grundstück und einer optimierten Freiraumplanung legen Sie die Weichen für den Schutz vor Wind, einen verbesserten Nutzen der Sonnenenergie in den Wintermonaten und idealerweise einen verbesserten Schutz vor Überhitzung in den Sommermonaten. Aber auch für Bestandsgebäude lassen sich die Gegebenheiten vor Ort verbessern. Windschutz: Die Windlast auf ein Gebäude sollte gering gehalten werden, da ein kalter Wind auf ein Gebäude den Wärmeverlust verstärkt. Dies kann durch künstliche Aufschüttungen, Bepflanzungen und eine optimierte Ausrichtung des Gebäudes reduziert werden, um einen Teil der Winde an dem Gebäude vorbeizuleiten. Bei sehr hohen Gebäuden mit großen Windlasten sollte die Gebäudeform den Windangriff

gering halten. Sonnennutzung im Winter: Die Sonne liefert Licht und Wärme, welche Sie besonders in der kalten Jahreszeit nutzen können. So können Sie durch südliche Ausrichtung und große Fensterflächen im Winter bei niedrigem Sonnenstand die Sonneneinstrahlung in das Gebäude erhöhen. Die Sonneneinstrahlung führt zu höheren solaren Wärmegewinnen im Gebäude und verringert dadurch den Heizbedarf. Der höhere Sonnenlichtanteil sorgt zudem für ein höheres Wohlbefinden der Bewohner. Im Sommer müssen Sie hingegen für eine gute Verschattung der großen Fensterflächen sorgen, um die Wärmelasten zu reduzieren. Dazu erfahren Sie mehr in Abschnitt »Sommerlicher Wärmeschutz« in diesem Kapitel.

Baukörperform und Kompaktheit: Das A/V-Verhältnis Die Baukörperform eines Gebäudes lässt sich in einem Altbau nur schwer ändern, daher spielt die Einflussnahme auf diese nur bei Neubauten eine entscheidende Rolle. Die Baukörperform ist ein wesentlicher Faktor für energiesparendes Bauen, denn je kompakter ein Gebäude ist, desto energieeffizienter ist es. Die Kompaktheit eines Gebäudes wird über das Verhältnis der Hüllfläche (A) zum Gebäudevolumen (V) berechnet und A/V-Verhältnis (gesprochen A-zu-V-Verhältnis) genannt. Dabei kann pauschal gesagt werden, dass ein Gebäude mit geringer Hüllfläche und großem Volumen einen geringeren flächenbezogenen Energiebedarf pro Kubikmeter hat. Je kleiner das A/V-Verhältnis ist, desto kompakter ist ein Gebäude, und desto weniger Energie benötigt es. Beim energiesparenden Bauen ist daher auf ein niedriges A/V-Verhältnis zu achten. Wenn Sie die Möglichkeit haben, im Planungsprozess Einfluss auf das A/V-Verhältnis zu nehmen, versuchen Sie, dieses mit Ihrem Architekturbüro zu optimieren. In Tabelle 4.1 sind einige typische A/V-Verhältnisse von Gebäudetypen aufgelistet. Gebäudetyp

A/V-Verhältnis

Mehrfamilienhaus

0,3–0,5

Reihenhaus

0,4–0,6

Doppelhaus

0,6–0,9

Freistehendes Einfamilienhaus 0,7–1,0

Tabelle 4.1: A/V-Verhältnisse in der Übersicht

Ein Einfamilienhaus, als Quader konzipiert, hat eine Länge von 8 m, eine Tiefe von 5 m und eine Höhe von 3 m, wie in Abbildung 4.3 (links) zu sehen ist. Hier

berechnen Sie nun die Gesamtoberfläche, indem Sie alle Teilflächen ermitteln und addieren.

Abbildung 4.3: A/V-Verhältnis für zwei Beispiele

Daraus ergibt sich eine Gesamtoberfläche von 158 m2 Das Volumen berechnen Sie über den einzelnen Seitenlängen.

Daraus ergibt sich ein Volumen von 120 m3. Nun rechnen Sie das A/V-Verhältnis aus.

Das A/V-Verhältnis ist 1,32 und ziemlich hoch, wenn Sie es mit den Werten aus Tabelle 4.1 vergleichen. Als Alternative wurde ein Mehrfamilienhaus als Quader konzipiert. Es hat eine Länge von 40 m, eine Tiefe von 15 m und eine Höhe von 9 m, wie Sie in Abbildung 4.3 (rechts) sehen können. Sie berechnen nun wieder die Gesamtoberfläche, indem Sie alle Teilflächen addieren.

Daraus ergibt sich eine Gesamtoberfläche von 2.190 m2. Das Volumen berechnen Sie über den einzelnen Seitenlängen.

Daraus ergibt sich ein Volumen von 5.400 m3. Nun rechnen Sie das A/V-Verhältnis aus.

Das A/V-Verhältnis ist 0,41 und wesentlich geringer als das des Einfamilienhauses. Der Unterschied beider A/V-Verhältnisse ist deutlich sichtbar und das Mehrfamilienhaus sehr viel kompakter. Das günstigste Verhältnis von Oberfläche zum Volumen hat eine Kugel, welche allerdings nur schlecht als Gebäude verwirklicht werden kann. Betrachtet man Gebäudeformen mit einer Grundfläche, so hat das Iglu mit seiner halbkugelförmigen Gebäudeform das beste A/V-Verhältnis (siehe Abbildung 4.4). Die im Vergleich zum Innenvolumen sehr kleine Außenoberfläche ist von der Gebäudekompaktheit her ideal – perfekt in der kalten Polarregion.

Abbildung 4.4: Iglus sind sehr kompakt und haben das beste A/V-Verhältnis – Quelle: Volodymyr Shevchuk,

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Wärmedämmung, Wärmedurchgang und der U-Wert Die Wärmedämmung der Außenbauteile wie Fassade, Wände und Boden zum Erdreich sowie des Daches ist die wahrscheinlich wichtigste Maßnahme zur Reduzierung des Energiebedarfs. Sie funktioniert ähnlich wie eine dicke Jacke an Ihrem Körper. Die Dämmwirkung der Jacke reduziert den Wärmestroms von innen nach außen, Ihr Körper verliert langsamer Wärme an die Umgebung und hat einen geringeren Energiebedarf. Mit einer guten Wärmedämmung für eine Gebäude können Sie den Energiebedarf deutlich reduzieren. Die Wärmeverluste über die Umschließungsflächen von innen nach außen werden Transmissionswärmeverluste genannt (mehr dazu finden Sie im Kapitel 5 im Abschnitt »Wie viel Wärme braucht ein Haus? – Die Heizlast«). Ob eine Wand, ein Dach, Fenster oder Türen gute wärmedämmende Eigenschaften besitzen, wird über den Wärmedurchgangskoeffizienten (kurz U-Wert) angegeben. Die Einheit für den U-Wert ist Watt pro Quadratmeter mal Kelvin (W/(m2*K)). Je geringer der U-Wert ist, desto besser sind die wärmedämmenden Eigenschaften des Bauteils, und desto langsamer strömt Wärme vom warmen Innenraum durch das Bauteil an die Außenluft. Da eine Wand in mehreren Schichten aufgebaut ist (etwa Innenputz, Mauerwerk, Dämmung, Außenputz), wird der U-Wert über alle Schichten berechnet. In Abbildung 4.5 ist beispielhaft der Wandaufbau einer Außenwand mit mehreren Schichten und einer Wärmedämmung abgebildet.

Abbildung 4.5: Beispielhafter Außenwandaufbau mit Wärmedämmung – Quelle: sveta, Stock.Adobe.com

Die Dicke der jeweiligen Schicht und deren Wärmeleitfähigkeit spielen dabei eine entscheidende Rolle. Für die Dämmung müssen daher Materialien mit einer geringen spezifischen Wärmeleitfähigkeit (siehe Kapitel 3, Abschnitt »Spezifische Wärmeleitfähigkeit«) und einer Mindestdicke verwendet werden, um den geforderten UWert zu erreichen. Die Anforderungen an U-Werte sind gesetzlich geregelt. Zusammenfassend können Sie sich die nachfolgenden Punkte zum U-Wert merken: Je geringer der U-Wert eines Bauteils ist, desto langsamer strömt Wärme durch das Bauteil.

Der U-Wert eines Bauteils (etwa Wand, Dach, oder Kellerdecke) wird über den Aufbau der einzelnen Schichten ermittelt. Dabei beeinflussen die Dicke und die Wärmeleitfähigkeit der verbauten Stoffe den U-Wert entscheidend. Fertigbauteile wie Fenster und Türen werden mit der Angabe eines U-Werts verkauft, der vom Hersteller garantiert wird. In Bestandsgebäuden kann der bestehende Wandaufbau durch eine Kernbohrung für eine anschließende Berechnung ermittelt werden. Da dies sehr aufwendig ist, erfolgt im Bestand meist eine Bestimmung des Wärmeverlustes über Baualtersklassen. In Kapitel 21 finden Sie im Abschnitt »Wahl der spezifischen Heizlast nach Gebäudeklasse« dazu ein Beispiel. Bei der Sanierung und beim Neubau von Gebäuden sind im Gebäudeenergiegesetz (GEG) vorgeschriebene Mindest-U-Werte für die einzelnen Bauteile hinterlegt, die eingehalten werden müssen. In Tabelle 4.2 sind einige dieser Werte als Orientierung aufgeführt. Bauteil

Mindest-U-Wert Orientierung für Sanierung

Außenwand

0,24 W/(m2*K)

12–16 cm Dämmung

Flachdach

0,20 W/(m2*K)

16–20 cm Dämmung

Oberste Geschossdecke 0,24 W/(m2*K)

14–18 cm Dämmung

Fenster

1,30 W/(m2*K)

Zweischeiben-Wärmeschutz-Verglasung

Außentüren

1,80 W/(m2*K)

Außentür mit Wärmeschutz

Tabelle 4.2: Beispielhafte Mindestanforderung U-Werte bei Sanierung gemäß GEG

Auch bei einem gut gedämmten Gebäude gibt es Schwachstellen, über die ein erhöhter Wärmeverlust und somit höhere Transmissionswärmeverluste zu verzeichnen sind. Diese Schwachstellen werden Wärmebrücken genannt und treten meist an Anschlussbereichen verschiedener Bauteile auf. Dazu gehören unter anderem der Anschluss der Außenwand an das beheizte Dachgeschoss, Fensteranschlüsse zur Außenwand oder die Ecke eines Raumes mit zwei aufeinandertreffenden Außenwänden. Wärmebrücken benötigen eine besondere Aufmerksamkeit, da in diesen Bereichen die Oberflächentemperatur niedriger ist und sich hier Kondenswasser (auch Tauwasser oder Schwitzwasser genannt) bilden kann, wenn die in der Luft befindliche Feuchte unter den Taupunkt fällt. Bei Fenstern mit schlecht isolierenden Rahmen kann man dies in der Heizperiode morgens vor dem Lüften beobachten, wenn sich an Fensterrahmen oder Scheiben Kondenswasser gebildet hat. Dies gilt es in der Planung und Ausführung zu betrachten, damit ein Unterschreiten des Taupunktes verhindert und die Anzahl der Wärmebrücken gering gehalten wird.

Beim Unterschreiten des Taupunktes (auch Taupunkttemperatur) genannt, kondensiert das gebundene Wasser in der Luft, und es bildet sich Kondenswasser. Dies kann zu Schimmelbildung führen und sollte daher vermieden werden. Mehr Informationen zum Taupunkt finden Sie in Kapitel 8 im Abschnitt »Das h,xDiagramm nach Mollier – ein geniales Werkzeug«.

Wärmeschutz für Rohrleitungen und Kanäle In einem Gebäude gibt es meist beheizte und unbeheizte Bereiche. Zu den unbeheizten Bereichen gehören beispielsweise Keller, Dachboden oder Garage. Wenn durch diese Bereiche Rohrleitungen und Lüftungskanäle für die Beheizung des Gebäudes verlaufen, müssen diese gedämmt werden, um die Energieverluste darüber zu reduzieren. In Heizungs- und Sanitäranlagen kommen beispielsweise selbstklebende Dämmmaterialien aus Steinwolle mit einer Oberflächenbeschichtung aus Alufolie, Dämmstoffe aus Polyethylen und Elastomerschäumen aus recycelten und nachwachsenden Rohstoffen zum Einsatz. In Kellerbereichen und Technikzentralen kommen zudem Schutzummantelungen aus Metall, wie es in Abbildung 4.6 zu sehen ist, zum Einsatz. Wie Sie ihre Heizungsrohre in ungedämmten Bereichen selbst dämmen können, erfahren Sie in einer Schritt-für-Schritt-Anleitung in Kapitel 13.

Abbildung 4.6: Gedämmte Heizungsrohre mit Metallummantelung

Bei Kühlleitungen kommen spezielle Dämmstoffe zum Einsatz, da das Kühlwasser die Raumlufttemperatur deutlich unterschreitet und sich Kondenswasser an den Leitungen bilden kann. Um langfristig Schäden an den Leitungen und hohe Wartungskosten zu vermeiden, muss die Dämmung daher dampfdiffusionsdicht (es kann keine Feuchte an die Leitung gelangen) angebracht werden. Dafür werden hauptsächlich flexible Dämmmaterialien aus Kautschuk eingesetzt, da diese wenig Wärme und Feuchte an die Leitung durchlassen. Die Dämmung von Rohrleitungen bietet die folgenden Vorteile: Die Wärmeverluste von Heiz-, Warmwasser-, Zu- und Abluftleitungen werden deutlich reduziert. Die Wassertemperaturen in Kälteverteilungs- und Kaltwasserleitungen können gehalten werden, und die Bildung von Kondensat wird reduziert.

In beheizten Räumen müssen Rohre für die Heizung nicht gedämmt werden, da die Wärmeverluste den Räumen zugutekommen und nicht als Verluste betrachtet werden. Welche Dämmstärke und welche Anforderungen es für die Dämmung gibt, ist gesetzlich geregelt. Damit Sie eine Vorstellung haben, wann wo welche Dämmstärke zum Einsatz kommt, finden Sie Tabelle 4.3 ein paar Beispiele. Als Bezugsgröße gilt eine Wärmeleitfähigkeit von 0,035 W/(m*K) für den Dämmstoff. Art der Leitung

Mindestdicke der Dämmschicht, bezogen auf eine Wärmeleitfähigkeit von 0,035 W/(m*K)

Innendurchmesser bis 22 mm

20 mm

Innendurchmesser über 22 mm bis 35  30 mm mm Innendurchmesser über 35 mm bis 100 mm

Dicke gleich dem Innendurchmesser

Innendurchmesser über 100 mm

100 mm

Tabelle 4.3: Beispiele für die Mindestdicke der Wärmedämmung von Wärmeverteilungs- und Warmwasserleitungen

Dichtheit und Fugendurchlässigkeit von Gebäuden Ein weiterer wichtiger Faktor des Wärmeschutzes ist die Reduzierung der Lüftungswärmeverluste über die Gebäudehülle. Lüftungswärmeverluste sind unbeabsichtigte Wärmeverluste durch Undichtigkeiten in der Gebäudehülle. In Altbauten sind Fugen und Dichtungen von alten Fenstern und Türen oft undichte Schwachstellen, sodass hier ein Luftaustausch auf Kosten von Wärmeverlusten erfolgt.

Um Lüftungswärmeverluste zu reduzieren, werden Neubauten heute wind- und luftdicht gebaut. Dies führt dazu, dass in einem Neubau ein natürlicher Luftaustausch über die Gebäudehülle kaum mehr stattfinden kann. Ein Luftaustausch in einem Gebäude ist aber wichtig, damit Schadstoffe, verbrauchte Luft und Feuchtigkeit abtransportiert und Bauschäden durch Feuchtigkeit im Gebäude vermieden werden. Außerdem benötigen die im Gebäude lebenden Menschen Frischluft zum Atmen. Stellen Sie sich analog eine warme Jacke vor, die Ihren Körper vor Kälte schützt. Wenn zusätzlich zur Kälte noch ein kräftiger Sturm aufzieht, merken Sie schnell, ob ihre Jacke winddicht ist oder eine zusätzliche Windjacke notwendig gewesen wäre. Wenn Sie hingegen unter Ihrer Jacke ins Schwitzen geraten und die entstehende Feuchte nicht abgetragen werden kann, ist die Jacke zu dicht, und Sie fühlen sich ganz schnell unwohl. Ein Mittelding wäre optimal: eine wärmeschützende und windabweisende Jacke, die in der Lage ist, Feuchte nach außen zu transportieren – ein Traum. Bei einem Gebäude ist es ähnlich. Zum einen muss die Dichtheit des Gebäudes sichergestellt werden, und zum anderen gibt es die Forderung, einen ausreichenden Außenluftwechsel zur Sicherstellung von frischer Luft und einer akzeptablen Raumluftfeuchte zu ermöglichen (mehr zum Thema Raumluftfeuchte und Behaglichkeit finden Sie in Kapitel 2 im Abschnitt »Thermische Einflussgrößen«). Da eine luftdichte Bauweise nach GEG verpflichtend ist und die darin angegebenen Grenzwerte für den zulässigen Luftwechsel nicht überschritten werden dürfen, kann der Luftaustausch bei energiesparenden Neubauten meist nur mit einer Lüftungsanlage erreicht werden (mehr dazu finden Sie in Kapitel 8). Da nicht jeder Neubau eine Lüftungsanlage hat, muss bei Neubauten ohne Lüftungsanlage dennoch über die Gebäudehülle und durch regelmäßiges Lüften ein natürlicher Luftaustausch möglich sein. Um herauszufinden, ob ein Neubau diesen Anforderungen entspricht, können Sie mittels Luftdichtenachweis einen Blower-Door-Test durchführen lassen. Bei einem Blower-Door-Test wird ein Überdruck bzw. Unterdruck im Gebäude erzeugt und eine Druckdifferenz von 50 Pascal zur Außenluft erzeugt. Der BlowerDoor-Test heißt daher auch Druckdifferenz-Messung. Mit der erzeugten Druckdifferenz wird eine mittlere Windstärke auf das Gebäude simuliert. Die Simulation zeigt auf, wie viel Luft über vorhandene Leckagen (Undichtigkeiten in der Gebäudehülle) in das Gebäude einströmen kann bzw. hinausgezogen wird. Die Simulation entspricht Windgeschwindigkeiten von ca. 30  km/h (Windstärke 5).

Einen Blower-Door-Test können Sie auch an einzelnen Bauteilen durchführen lassen, um beispielsweise die Fugendurchlässigkeit von Fenstern oder Türen prüfen zu lassen, wie in Abbildung 4.7 zu sehen ist. Während eines Blower-Door-Tests erfahren Sie, wie dicht ein Gebäude ist. Je nach Größe des Gebäudes werden unterschiedliche Herangehensweisen gewählt: zum einen die Luftwechselrate (n50-Wert) bei Gebäuden bis 1.500 m3 und zum anderen die Luftdurchlässigkeit der Gebäudehülle (q50-Wert) bei Gebäuden großer als 1.500  m3. Für beide Herangehensweisen sind im GEG Grenzwerte für Neubauten mit Lüftungsanlage und für Neubauten ohne Lüftungsanlage angegeben. Luftwechselrate, n50-Wert (Gebäude bis 1.500 m3): Die Luftwechselrate gibt an, wie oft das Gebäudeluftvolumen bei einem Differenzdruck von 50 Pascal in einer Stunde ausgetauscht wurde. Die Einheit ist eins pro Stunde (1/h oder h-1), und die Grenzwerte geben an, wie oft pro Stunde das Luftvolumen im Gebäude vollständig mit Frischluft erneuert werden sollte.

Abbildung 4.7: Blower-Door-Test über einer Tür – Quelle: StockMediaProduction, Stock.Adobe.com

Grenzwert für Gebäude ohne Lüftungsanlage n50: < 3,0h−1 Grenzwert für Gebäude mit Lüftungsanlage n50: < 1,5h−1 Luftdurchlässigkeit der Gebäudehülle, q50-Wert (Gebäude größer 1.500  m3): Die Luftdurchlässigkeit der Gebäudehülle gibt an, wie viel Luft bei einem Differenzdruck von 50 Pascal in einer Stunde durch die Gebäudehülle strömt. Die Einheit ist Kubikmeter Luftvolumen pro Quadratmeter Wandfläche mal

Stunde (m3/(m2*h)). Die Grenzwerte geben an, wie viel Luftvolumen in einer Stunde durch einen Quadratmeter der Gebäudehülle strömen darf. Grenzwert für Gebäude ohne Lüftungsanlage q50: < 3,0 m3/(m2*h) Grenzwert für Gebäude mit Lüftungsanlage q50: < 1,5 m3/(m2*h) Bei all diesen Anforderungen an die Dichtheit von Neubauten ist es nicht einfach, den Überblick zu behalten. Daher finden Sie nachfolgend die wichtigsten Punkte zur Dichtheit von Gebäuden zusammengefasst. Welche Folgen haben dichte Gebäudes? Durch dichte Gebäude geht weniger Wärme an die Umwelt verloren, wodurch der natürliche Luftaustausch, welcher in Altbauten als normal empfunden wird, stark reduziert ist. Daher kann es vorkommen, dass energiesparende Gebäude nur mit einer Lüftungsanlage betrieben werden können, um die entstehende Luftfeuchte, Schadstoffe und verbrauchte Luft nach außen zu transportieren. Mehr Informationen zu Lüftungsanlagen finden Sie in Kapitel 8. Wo gibt es Undichtigkeiten? Undichtigkeiten treten häufig an Fenstern und Außentüren, Bauteilübergängen (Mauerwerk an Holzkonstruktionen) sowie Kabelund Rohrdurchdringungen (Steckdosen oder Spülkästen) in der Gebäudehülle auf. Diese Bereiche sind meist auch Schwachstellen in der Gebäudehülle, über die mit den ungewollten Luftströmen ein erhöhter Wärmefluss erfolgt. Welche Gefahren treten durch Undichtigkeiten auf? Warme und feuchte Raumluft kann durch Undichtigkeiten (Leckagen) in das dahinterliegende Mauerwerk oder die dahinterliegende Wärmedämmung eindringen, dort kondensieren und zu Feuchteschäden und Schimmel führen. Weiterhin sorgen Undichtigkeiten für einen erhöhten Wärmeverlust. Wie wird ein Gebäude luftdicht gebaut? Im Inneren des Gebäudes muss eine lückenlose Luftdichtheitsschicht hergestellt werden, die den Austritt von feuchter und warmer Raumluft nach außen in die Bauteile des Gebäudes (Mauerwerk und Wärmedämmung) verhindert und die Lüftungswärmeverluste reduziert. Dies kann bei einem Massivbau an den Innenwänden der Innenputz sein. Bei einem Holzständerbau werden spezielle Dampfbremsfolien und Klebebänder für Schwachstellen eingesetzt. Gleiches gilt für den Dach- und Fußbodenbereich, wenn diese als Leichtbau ausgeführt werden.

Sommerlicher Wärmeschutz Das Ziel des sommerlichen Wärmeschutzes ist es, Gebäude in den warmen Sommermonaten vor Überhitzung zu schützen, damit sie auch bei hohen Außentemperaturen und bei hoher Sonneneinstrahlung ein angenehmes Raumklima bei möglichst geringem Energieaufwand bieten können.

Während der Planung eines Neubaus muss daher darauf geachtet werden, dass sich Räume nicht zu stark aufheizen können und die eingehende Sonnenstrahlung in das Gebäude in den Sommermonaten möglichst gering ist. Auch hier spielt die Wärmedämmung eine wichtige Rolle, denn sie reduziert den Wärmeeintrag in das Gebäude an heißen Sommertagen über die Außenbauteile. Während der Sommerperiode können aufgeheizte, hoch gedämmte Gebäude Schwierigkeiten haben, sich nachts allein durch die Fassade ausreichend abzukühlen. Im Gegensatz dazu können ungedämmte, massive Altbauten in den Sommermonaten in gemäßigten Klimazonen wie Deutschland einen gewissen Vorteil bieten. Beispielsweise sorgt die nächtliche Abkühlung dafür, dass alte Ritterburgen lange angenehm kühl bleiben, während ein gedämmter Baustellencontainer mit wenig Bausubstanz unangenehm warm wird. Gleichzeitig muss eine ausreichende Tageslichtversorgung für die Innenräume sichergestellt sein. Der sommerliche Wärmeschutz ist für Neubauten verpflichtend, und die Anforderungen sind gesetzlich geregelt. Für den Nachweis der Einhaltung des sommerlichen Wärmeschutzes gibt es zwei Herangehensweisen. Sonneneintragskennwertverfahren: Bei diesem vereinfachten Tabellenverfahren erfolgt der Vergleich zwischen zulässigem Sonneneintragskennwert Szul und einem für die jeweiligen Räume ermittelten Sonneneintragskennwert Svorh. Dabei gilt, dass der ermittelte (vorhandene) Sonnenertragswert, bezogen auf den zulässigen Sonnenertragswert, kleiner oder gleich sein muss. Das heißt Svorh Szul. Der zulässige Sonneneintragskennwert ist dabei abhängig von der gegebenen Situation vor Ort und basiert auf Einflussfaktoren wie Bauart, Fensterausrichtung und deren Neigung, Art der Verglasung, Fensterqualität, Sonnenschutzvorrichtung und Art der Nachtlüftung (natürlich oder über eine Lüftungsanlage). Thermische Gebäudesimulation: Das beschriebene Verfahren über den Sonneneintragskennwert ist heute bei Neubauten kaum noch anwendbar. Daher erfolgt überwiegend die computergestützte Simulation des sommerlichen Wärmeschutzes über entsprechende Software. Die Simulation des zeitlichen Temperaturverlaufs in den kritischen Räumen unter Einbeziehung der äußeren klimatischen Bedingungen liegt dabei im Fokus und macht in diesen Räumen die Temperaturentwicklung deutlich. Bei der Simulation gilt es, bestimmte Grenzwerte für die Raumtemperatur so selten wie möglich zu überschreiten. Der Zeitraum der überschrittenen Grenzwerte wird Übertemperaturgradstunden genannt. Für Räume, die einer Nachweispflicht unterliegen, liegen die Grenzwerte bei maximal 1.200 Übertemperaturgradstunden pro Jahr, und bei Nichtwohngebäuden liegen sie bei maximal 500 Übertemperaturgradstunden pro Jahr

Eine Übertemperaturgradstunde liegt dann vor, wenn die Raumtemperatur den Grenzwert für die Dauer von einer Stunde um mehr als ein Kelvin überschreitet, und hat die Einheit Übertemperaturgradstunden pro Jahr (Kelvin*Stunde/Jahr – K*h/a). Um regionale Unterschiede sommerlicher Klimaverhältnisse zu berücksichtigen, fließt der Standort in die Ermittlung mit ein. Es gibt eine Unterteilung in die Regionen A, B und C, wobei A die kälteste Region und C die wärmste Region ist. Eine Karte mit den Klimaregionen Deutschlands findet sich in der DIN 4108-2. Die höchstzulässigen Raumtemperaturen als Grenzwerte sind: A = 25 °C, B = 26 °C und C = 27 °C. Damit Sie einen wirksamen sommerlichen Wärmeschutz für ihr Gebäude erreichen, können Sie sich die nachfolgenden Punkte merken. Verschattung der Fenster: Versuchen Sie, die Sonne gar nicht erst ins Gebäude zu lassen, und beginnen Sie mit der Verschattung bereits frühmorgens. Obwohl Sie im Gebäude möglicherweise Ihre LED-Beleuchtung anschalten müssen (die auch Abwärme produziert), ist es vorteilhafter, die Fenster stark abzudunkeln, anstatt das Sonnenlicht ungestört eindringen zu lassen. Daher sollten Sie besonders für Dachfenster und größere Glasfassaden ein entsprechendes Sonnenschutzsystem installieren. Den größten Schutz bieten außen liegende Systeme wie Jalousien und Rollos, da diese die Sonnenstrahlen davor hindern, durch die Fenster zu gelangen. In Abbildung 4.8 ist beispielhaft ein außen liegender Sonnenschutz dargestellt. Wenn dies bei Ihnen nicht möglich ist, können Sie einen innen liegenden Sonnenschutz ohne Probleme selbst nachrüsten. Auch wenn diese Lösung nicht perfekt ist, ist sie besser als kein Sonnenschutz. Wählen Sie hier Systeme, die durch die Fensterscheibe wieder viel Strahlung zurückreflektieren (helle Materialien).

Abbildung 4.8: Außen liegender Sonnenschutz – Quelle: Kara, Stock.Adobe.com

Fassaden und Dachdämmung: Eine gute Dämmung für Fassade und Dach hilft nicht nur, im Winter möglichst wenig Wärme an die Umgebung zu verlieren, sie hilft auch, im Sommer weniger Wärme in das Gebäude eindringen zu lassen. Insbesondere eine Dachdämmung kann die Bewohner von Dachgeschosswohnungen deutlich vor zu hohen Wärmegewinnen im Sommer schützen. Nachtlüftung: Nutzen Sie aktiv die Kühle der Nacht, und versuchen Sie, in den Nacht- und Morgenstunden so lange wie möglich zu lüften. Tagsüber können Sie dann die Fenster geschlossen halten und verschatten, damit so wenig warme Luft wie möglich in das Gebäude eindringen kann. Alternativ können Sie einen schwachen Luftzug über den Tag hinweg durch das leichte Öffnen einzelner Fenster (Querlüftung) ermöglichen. So kann Ihr Körper durch Konvektion an der Haut besser schwitzen, was die Kühlung des Körpers unterstützt. Bei stehender Luft ist dies selbstverständlich schwierig. Mit einem einfachen Ventilator können Sie jedoch problemlos für eine aktive Luftströmung sorgen. Lüftungsanlage und passive Kühlung: Manche Gebäude benötigen eine Kühlung, damit sie den sommerlichen Wärmeschutz einhalten. Dies kann entweder durch eine Lüftungsanlage mit Kühlfunktion (dazu mehr in Kapitel 8) oder über eine Flächenheizung mit Kühlfunktion erfolgen. Eine reversible Wärmepumpe können Sie beispielsweise im Winter für den Heizbetrieb und im Sommer für den Kühlbetrieb verwenden (mehr Informationen zur Wärmepumpe erhalten Sie in Kapitel 5).

Alternativ kommen kleine Split-Klimageräte für einzelne Räume mit Umluftfunktion zum Einsatz, welche in Kapitel 6 beschrieben werden. Passive Kühlelemente, wie Flächenheizungen, können zudem mit einem Ventilator unterstützt werden und sorgen für eine aktive Luftströmung, die zur Kühlung der Räume beiträgt.

Lebenszykluskosten und Wirtschaftlichkeit Wenn Sie ein neues Gebäude planen oder einen Altbau sanieren wollen, werden Sie sich früher oder später mit den auf Sie zukommenden Kosten auseinandersetzen. Hier gilt es, genau hinzuschauen, denn die Betriebskosten eines Gebäudes sind in der Regel über die gesamte Lebenszeit deutlich höher als die Kosten der Anschaffung inklusive eines späteren Rückbaus. Angenommen, Sie schwanken bei Ihrem Projekt zwischen zwei Gebäudetypen. Das eine Gebäude entspricht den Mindestanforderungen des GEG und das andere den Anforderungen eines Nullenergiehauses mit umweltfreundlichen Materialien (mehr Informationen finden Sie im Abschnitt »Energiesparhäuser im Überblick« in diesem Kapitel). Was Ihnen sofort auffällt, sind die höheren Anschaffungskosten für das Nullenergiehaus. Diese Mehrkosten können auf den ersten Blick ein K.-o.-Kriterium beim Kauf sein. Beim zweiten Blick können sie jedoch deutlich machen, dass die zu erwartenden Kosten für den gesamten Lebenszyklus des Gebäudes, insbesondere die Kosten während der Nutzungszeit, den Anschaffungspreis bei Weitem übersteigen und sich die Mehrkosten in der Anschaffung lohnen können. Mit Hilfe der Lebenszykluskosten (engl. life cycle costing, kurz LCC) können Sie Klarheit für sich schaffen, denn das Ziel der Lebenszyklusberechnung ist eine Minimierung der gesamten Kosten von der Errichtung des Gebäudes über die Nutzungsdauer bis hin zum Rückbau des Gebäudes. Durch eine Lebenszyklusberechnung erhöhen sich zwar die Planungs- und Baukosten, die Wirtschaftlichkeit des Gebäudes über dessen Lebensdauer steigert sich jedoch. Die Kosten während der Nutzungszeit eines Gebäudes betragen bis zu 80 % der Gesamtkosten. Daher ist es ratsam, die Betriebskosten schon während der Planung im Blick zu behalten und den Energiebedarf sowie die Abhängigkeit von Energielieferanten so gering wie möglich zu halten. Bei der Ermittlung der Lebenszykluskosten werden alle anfallenden Kosten für die gesamte Nutzungsdauer eines Gebäudes für einen Lebenszeitraum von ca. 80 Jahren betrachtet. Phase 1 – Errichtung: In der ersten Phase werden die Planungs- und Anschaffungskosten für Herstellung und Errichtung des Gebäudes betrachtet. Durch

computergestützte Programme lässt sich abschätzen, welche Materialien, welcher Energiestandard und welche Anlagentechnik optimal für Ihr Gebäude sind. Phase 2 – Nutzung: In dieser Phase werden die Kosten für die Nutzungsdauer des Gebäudes betrachtet. Dazu gehören neben den Betriebskosten auch die Kosten für die Instandhaltung und Modernisierung sowie die Umplanung einer möglichen Umnutzung oder Weiternutzung des Gebäudes und dessen Anlagentechnik zu einem späteren Zeitpunkt. Da die Energiekosten einen großen Teil der Betriebskosten ausmachen, können Sie über die Analyse der Lebenszykluskosten den wirtschaftlichsten Autarkiegrad ermitteln. Je höher dieser ist, desto mehr Energie produzieren Sie unabhängig in Ihrem Gebäude durch erneuerbare Energien, und desto weniger Energie müssen Sie von außen beziehen. Dabei gilt jedoch auch, dass ein Autarkiegrad von 100 % nicht immer die gesamtwirtschaftlichste Lösung ist. Die Ergebnisse dieser Berechnung können in der Praxis zudem nur dann erreicht werden, wenn sich die Nutzer ähnlich verhalten, wie in der Berechnung angenommen wurde. Leider zeigt die Erfahrung, dass insbesondere in Niedrigenergiehäusern die Bewohnenden häufig verschwenderischer mit Ressourcen umgehen. Dieses Phänomen wird als »Rebound-Effekt« bezeichnet und bedeutet, dass sich Menschen aufgrund ihres effizienten Wohnraums eher eine gewisse Verschwendung erlauben. So heizen sie die Räume im Winter beispielsweise auf 23 °C, obwohl die empfohlene Temperatur bei 21 °C liegt. Interessanterweise neigen Bewohnende von unsanierten Altbauten laut Studien eher dazu, sparsam zu sein und im Winter lieber einen zusätzlichen Pullover anzuziehen, statt die Raumtemperatur konstant bei den angenommenen 21 °C zu halten. Phase 3 – Rückbau: In der letzten Phase erfolgt eine Kostenbetrachtung für den Rückbau und das Recycling der verbauten Materialien. Bei einer entsprechenden Materialienauswahl kann ein Großteil der Materialien unkompliziert entsorgt oder wiederverwendet werden, was zu einer Kostenreduktion führt sowie umwelt- und ressourcenschonend ist. Mit der Betrachtung der Lebenszykluskosten können Sie schon vor Baubeginn Kosten optimieren und Einsparpotenziale identifizieren. So entscheiden Sie sich möglicherweise für eine effizientere und nachhaltigere Gebäudetechnik, wählen umweltfreundlichere Materialien für den Bau oder entschließen sich für einen energieeffizienteren Gebäudetypen. Auch wenn Sie sich für nichts dergleichen entscheiden, erhalten Sie zumindest eine Prognose der auf Sie zukommenden Kosten während der Nutzungszeit. Bei den Nutzungs- und Entsorgungskosten handelt es sich zwar um Prognosen und sie beinhalten eine gewisse Unsicherheit, dennoch sind sie eine hervorragende Möglichkeit, die

Entscheidungsfindung zu erleichtern. Bedenken Sie dabei, dass diese Kostenberechnung lediglich die unmittelbaren persönlichen Kosten widerspiegelt. Wie bei allen Produkten gibt es auch viele indirekte Kosten, die der Gesellschaft oder zukünftigen Generationen auferlegt werden (dies wird auch als Externalisierung von Kosten bezeichnet). Es ist ratsam, über die eigenen finanziellen Grenzen hinaus nachzudenken, wenn Sie ein Gebäude errichten. Schließlich soll das Bauwerk idealerweise mehr als nur einer Generation dienen.

Anforderungen und Pflichten bei Neubau und Sanierung Sie wollen ein Gebäude neu bauen, einen Altbau sanieren oder einfach eine Immobilie kaufen. Dabei spielt die Energieeffizienz von Gebäuden eine immer größere Rolle. Je mehr Sie sich damit auseinandersetzen, desto größer kann die Verwirrung werden. Nachfolgend finden Sie einen kleinen Überblick über die wichtigsten Begriffe für Hausbesitzende, welche Rolle das GEG bei den Anforderungen und Pflichten für Neubauten und Bestandsgebäuden spielt, sowie eine Zusammenstellung der Anforderungen, die an diese gestellt wird. Weiterhin erhalten Sie eine kleine Übersicht der gängigen Energiesparhaus-Typen.

Überblick im Dschungel der Begriffe Sie wollen neu bauen oder einen Altbau sanieren und beginnen mit der Recherche. Dabei stoßen Sie mit großer Wahrscheinlichkeit auf neue Ausdrücke und Begrifflichkeiten. Nachfolgend finden Sie daher die wichtigsten Begriffe aufgelistet, die bei der energetischen Bewertung von Gebäuden immer wieder auftauchen. Heizlast: Die Heizlast eines Gebäudes gibt den maximalen Wärmestrom bei der kältesten am Ort üblichen Außentemperatur (Auslegungsaußentemperatur) über die Gebäudehülle und die Lüftung an. Die Heizlast wird daher in Watt (W) angegeben, entspricht einer Leistung und wird für die Auslegung der Heizungsanlage herangezogen. Mehr Details zur Heizlast finden Sie im Kapitel 5. Heizwärmebedarf fürs Heizen (ohne Warmwasser): Beim Heizwärmebedarf handelt es sich um die Energiemenge, die den Räumen im Gebäude in Form von Wärme zugeführt werden muss, um die gewünschten Raumtemperaturen konstant zu halten. Der Heizwärmebedarf wird in der Regel für ein Jahr betrachtet und wird deshalb auch Jahresheizwärmebedarf genannt. Die Einheit für den flächenbezogenen Heizwärmebedarf ist Kilowattstunde pro Quadratmeter beheizter Fläche und Jahr

(kWh/(m2*a)). Je geringer der spezifische Jahresheizwärmebedarf ist, desto energieeffizienter ist ein Gebäude. Heizenergiebedarf fürs Heizen (ohne Warmwasser): Der Heizenergiebedarf setzt sich aus dem Heizwärmebedarf sowie der Summe aller Wärmeverluste über technische Anlagen zusammen. Dazu gehören zum Beispiel Abgasverluste des Wärmeerzeugers, die beim Verbrennen von Holz, Gas oder Öl entstehen und über den Schornstein an die Umwelt verloren gehen, sodass die darin enthaltene Wärme dem Gebäude nicht zugutekommt. Energieströme aus erneuerbaren Energien oder einer Wärmerückgewinnung werden dem Heizenergiebedarf hingegen gutgeschrieben. Nutzenergiebedarf: Der Nutzenergiebedarf ist die Summe aller nutzbaren Energieformen für die Heizung, die dem Gebäude zur Verfügung stehen. Dies beinhaltet den Heizwärmebedarf, den Nutzwärmebedarf für die Warmwasserbereitung und Hilfsenergie für beispielsweise Heizungspumpen. Endenergiebedarf: Die Summe der Nutzenergie für Wärme, Warmwasser und Strom für Hilfsenergie zuzüglich der Umwandlungs- und Verteilverluste im Gebäude ist der Endenergiebedarf. Grenze ist die Gebäudehülle, und beinhaltet ist die Energiemenge, die vom Energieversorger abgerechnet wird. Die Einheit ist Kilowattstunden pro Quadratmeter Gebäudenutzfläche und Jahr (kWh/(m2*a)). Primärenergiefaktor: Jeder Energieträger hat einen Primärenergiefaktor, welcher angibt, wie viel Energie aufgewendet werden muss, um den Energieträger zu fördern, in nutzbare Energie umzuwandeln und zum Übergabepunkt am Gebäude zu transportieren. Erdgas und Öl haben beispielsweise einen Primärenergiefaktor von 1,1, Strom hat einen von 1,8 und Holz einen von 0,2. Da es sich um einen Umrechnungsfaktor handelt, ist dieser einheitslos. Primärenergiebedarf: Der Primärenergiebedarf eines Gebäudes ergibt sich aus der Multiplikation von Endenergiebedarf und Primärenergiefaktor des Energieträgers. Bei einem Energieträger mit geringem Primärenergiefaktor können Sie somit den gesetzlich geforderten Mindestprimärenergiebedarf recht schnell einhalten. Der Primärenergiebedarf wird für einen Zeitraum von einem Jahr angegeben und hat die Einheit Kilowattstunden pro Quadratmeter Gebäudenutzfläche und Jahr (kWh/(m2*a)), bezogen auf den Primärenergiefaktor.

Energetische Anforderungen an Neubauten und Bestandsgebäude Um ein Gebäude energetisch bewerten zu können, werden verschiedene Parameter herangezogen, welche die energetische Qualität eines Gebäudes beschreiben und eine Klassifizierung ermöglichen. Für Neubauten und Gebäude, die energetisch saniert werden sollen, gibt das GEG Mindeststandards vor, die nicht überschritten werden dürfen.

Für Neubauten, Gebäudeerweiterungen und zu sanierende Bestandsgebäude müssen GEG-Nachweise erstellt werden, die belegen und dokumentieren, dass der Neubau oder die geplanten Maßnahmen am Bestandsgebäude die gesetzlichen Mindestvorgaben einhalten. Das Gebäudeenergiegesetz (GEG) können Sie im Internet kostenlos unter der folgenden Webseite einsehen: https://www.gesetzeim-internet.de/geg/

Damit Sie Ihr Gebäude einordnen können, bezieht sich das GEG auf ein Referenzgebäude, welches als Modell von Form, Nutzfläche und Ausrichtung exakt Ihrem Gebäude entspricht. Die Anlagentechnik, die Dämmung der Gebäudehülle, die Fenster, Türen und das Dach des Referenzgebäudes erfüllen dabei allerdings nur die Mindestanforderungen des GEG, Ihr Neubau muss besser sein als das Referenzgebäude. Bei einem Neubau erfolgt die Bewertung anhand der nachfolgenden Punkte. Jahresprimärenergiebedarf: Der berechnete Wert für den Neubau darf nicht höher als 75 % des Jahresprimärenergiebedarfs des Referenzgebäudes sein. Der Primärenergiebedarf hängt dabei sehr stark vom Energieträger ab, da der Endenergiebedarf mit dem Primärenergiefaktor des Energieträgers multipliziert wird. Wärmeschutz: Der Wärmeverlust über die Gebäudehülle durch Transmissionswärmeverluste darf nicht höher sein als der des Referenzgebäudes. Wärmebrücken: Die Anzahl der Wärmebrücken muss so gering wie möglich gehalten werden und wirtschaftlich vertretbar sein. Dabei werden die Wärmeverluste über Wärmebrücken im Heizwärmebedarf berücksichtigt. Dichtheit: Die Gebäudehülle muss »luftdicht« sein und den geforderten Mindestluftwechsel einhalten. Sommerlicher Wärmeschutz: Der sommerliche Wärmeschutz muss eingehalten und nachgewiesen werden. Einsatz erneuerbare Energien: Um die Anforderungen des GEG einhalten zu können, müssen erneuerbare Energie zum Einsatz kommen. Bei Sanierungsmaßnahmen von Bestandsgebäuden müssen die Mindeststandards des GEG für Einzelmaßnahmen eingehalten werden. Sanieren Sie hingegen große Teile des Gebäudes (der prozentuale Anteil ist gesetzlich geregelt), erfolgt eine energetische Gesamtbilanzierung für das Gebäude, und der gesetzlich vorgeschriebene Primärenergiebedarf muss eingehalten werden.

Pflichten in Bestandsgebäuden, die auch ohne Modernisierungspläne gelten Das GEG sollte für aktive und angehende Hausbesitzende eine der wichtigsten

Abendlektüren werden. Neben den festgelegten Mindeststandards für Neubauten und zu sanierende Altbauten gibt es auch verpflichtende Maßnahmen für Bestandsgebäude, welche unabhängig von einer geplanten Sanierung umgesetzt werden müssen. Mit diesen verpflichtenden Maßnahmen sollen Bestandsgebäude auch einen Beitrag zur Reduzierung des Primärenergiebedarfs im Gebäudesektor leisten. Bei Nichtumsetzung drohen Bußgelder. Nachfolgend finden Sie die wichtigsten Maßnahmen aufgelistet. Dämmung der obersten Geschossdecke: Ist Ihre oberste Geschossdecke zum unbeheizten Dachboden nicht gedämmt oder weist keinen Mindestwärmeschutz auf, muss die oberste Geschossdecke nachträglich gemäß den Vorgaben des GEG gedämmt werden. Demnach darf der U-Wert der obersten Geschossdecke nicht höher als 0,24  W/(m2*K) sein (mehr Informationen zum U-Wert finden Sie im Abschnitt »Wärmedämmung, Wärmedurchgang und der U-Wert« in diesem Kapitel). Diese Pflicht gilt nicht, wenn Sie Besitzer eines Ein- oder Zweifamilienhauses sind und bereits vor Februar 2002 selbst in dem Gebäude gewohnt haben. Die Maßnahme wird erst wieder bei einem Eigentümerwechsel verpflichtend. Dennoch ist es empfehlenswert, die oberste Geschossdecke zum unbeheizten Dachboden zu dämmen, da diese Maßnahme zwischen 7 und 10 % Wärme einsparen kann. In Kapitel 16 finden Sie im Abschnitt »Sparen Sie Energie mit der Dachbodendämmung« eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Dämmung Ihrer obersten Geschossdecke. Dämmung von Rohrleitungen für Heizungs- und Warmwasserrohre: Befinden sich in unbeheizten Kellerräumen, Dachräumen oder Technikzentralen ungedämmte Wärmeverteilungs- und Warmwasserleitungen sowie Armaturen, sind diese nachträglich zu dämmen, um den Wärmeverlust zu reduzieren. In Kapitel 13 im Abschnitt »Heizungsrohre selbstständig dämmen« finden Sie eine Schritt-für-SchrittAnleitung zur Dämmung von Rohrleitungen. Heizkesseltausch: Öl- und Gasheizkessel, die älter als 30 Jahre alt sind, eine Heizleistung zwischen 4 und 400 kW Heizleistung aufweisen und keine Niedertemperatur- oder Brennwertkessel sind, müssen ausgetauscht werden. Um welchen Heizkesseltypen es sich handelt, können Sie über das Typenschild am Heizkessel erfahren ober bei Ihrer Fachfirma erfragen. Diese Pflicht gilt nicht, wenn Sie Besitzende eines Ein- oder Zweifamilienhauses sind und bereits vor Februar 2002 in dem Gebäude gewohnt haben. Die Maßnahme wird erst wieder bei einem Eigentümerwechsel verpflichtend. Es ist dennoch ratsam, den Heizkessel gegen ein modernes Heizgerät zu tauschen oder das Heizsystem zu wechseln, da dies den Energieverbrauch merklich senkt und der Heizungstausch vom Staat gefördert wird.

Unabhängig von den gesetzlichen Vorgaben ist es besonders in Bestandsgebäuden ratsam, ein umfassenderes Maßnahmenpaket zur Senkung der Energiekosten in

Betracht zu ziehen.

Energiesparhäuser im Überblick Wenn Sie neu bauen oder sanieren, sollten Sie sich nicht mit den Mindeststandards aus dem GEG zufriedengeben. Das Niveau des Referenzgebäudes gilt seit 2016 und birgt die Gefahr, dass das Gebäude bei der Fertigstellung bautechnisch veraltet ist. Für einen energetisch hochwertigeren Neubau oder eine Sanierung sind die Mehrkosten zudem meist nur gering höher, es gibt staatliche Fördermittel, und langfristig haben Sie bei steigenden Energiepreisen weniger für Energie zu zahlen. Bei energieeffizienten Gebäuden gibt es eine Vielzahl an Haustypen, deren Bezeichnungen nicht sofort erkennen lassen, was jeweils ihre Merkmale sind. Nachfolgend finden Sie die bekanntesten Energiesparhaus-Typen und deren Merkmale aufgelistet. Da sich die Anforderungen an die Typen von Energiesparhäusern und auch deren Namen ändern können, sollten Sie die Angaben zum Zeitpunkt Ihrer Recherche nochmals überprüfen. KfW-Effizienzhaus: Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) hat diesen Haustyp geprägt. Bei besonders energieeffizienten Gebäuden und Sanierungsobjekten, die den Anforderungen der KfW gerecht werden, gewährt diese einen Tilgungszuschuss im Rahmen eines Förderkredits. Je energieeffizienter Sie bauen oder sanieren, desto höher fällt der Zuschuss aus, und desto geringer ist der zurückzuzahlende Tilgungsbetrag des Kredits. Gemessen wird die Energieeffizienz am Gesamtenergiebedarf und der Qualität der Wärmedämmung der Gebäudehülle. Somit gelten als wichtige Größen der Primärenergiefaktor und die Transmissionswärmeverluste. Als Vergleichswert wird das KfW-Effizienzhaus 100 (Niedrigenergiehaus) herangezogen, welches den Vorgaben des GEG entspricht. Nachfolgend finden Sie ein paar Beispiele für verschiedene Effizienzhausklassen der KfW. KfW Effizienzhaus 55: Primärenergiebedarf 55 % und Transmissionswärmeverluste 70 % des KfW-Effizienzhauses 100. Die KfW-55Förderung für Neubauten ist im Januar 2022 ausgelaufen und wird nicht mehr angeboten, da der Förderfokus auf besonders effizienten Neubauten und der Sanierung von Bestandsimmobilien liegt. KfW-Effizienzhaus 40 und 40 Plus: Primärenergiebedarf 40 % und Transmissionswärmeverluste 55 % des KfW-Effizienzhauses 100. Beim Gebäude 40 Plus müssen noch zusätzlich Anlagen zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien in der Nähe des Gebäudes installiert sein.

KfW-Effizienzhaus Erneuerbare-Energien-Klasse (EE-Klasse): wenn zusätzlich zu den Forderungen bezüglich Primärenergiebedarf und Transmissionswärmeverluste 55 % der Wärme- und Kälteversorgung aus erneuerbaren Energien stammen. Gilt für Neubau und Altbausanierung. KfW-Effizienzhaus Nachhaltigkeitsklasse (NH-Klasse): wenn zusätzlich zu den Forderungen bezüglich Primärenergiebedarf und Transmissionswärmeverluste ein Nachhaltigkeitszertifikat ausgestellt wird, welches den Anforderungen des »Qualitätssiegels Nachhaltiges Gebäude« der Bundesregierung entspricht. Eine Kombination von EE- und NH-Klasse ist nicht möglich, und die NH-Klasse kann nur für Neubauten erreicht werden. Niedrigenergiehaus: Das Niedrigenergiehaus entspricht den Vorgaben des GEG und kann mit dem KfW-Effizienzhaus 100 gleichgesetzt werden. Somit ist jeder Neubau ein Niedrigenergiehaus. Passivhaus: Der Passivhausstandard steht für ein Gebäude mit sehr niedrigem Energieverbrauch, welcher durch entsprechende Maßnahmen in der Gebäudetechnik und Architektur erreicht wird. Dabei ist die Wärmedämmung des Gebäudes so gut, dass theoretisch kein Heizsystem notwendig ist. Die notwendige Wärme erhält das Gebäude durch einfallende Sonnenstrahlung, die Abwärme von technischen Geräten oder die natürlichen Wärme von den darin lebenden Personen. Die Außenluft wird über eine Lüftungsanlage mittels Wärmerückgewinnung vorerwärmt, sodass auch die Lüftungswärmeverluste sehr gering ausfallen. Passivhäuser werden vom »Passivhausinstitut« in Darmstadt zertifiziert und müssen dessen Kriterien einhalten. Für das Passivhaus gibt es drei Varianten (Classic, Plus und Premium). Die beiden Varianten Plus und Premium beziehen in ihre Bewertung den Einsatz und die Produktion erneuerbarer Energien mit ein. Sonnenhaus: Der Fokus beim Sonnenhaus liegt in der deutlichen Reduzierung des Primärenergiebedarfs durch die Nutzung von möglichst viel Sonnenenergie für Wärme und Strom sowie einen höheren Nutzen der Sonneneinstrahlung über Fensterflächen in den Wintermonaten. Somit deckt ein Sonnenhaus mindestens 50 % der notwendigen Endenergie für Wärme mit selbst erzeugter Sonnenenergie aus Solarthermie und Photovoltaik. Da der Primärenergiefaktor für Solarenergie bei null liegt, wird dadurch die notwendige Primärenergiebedarf für das Gebäude halbiert. Manche Sonnenhäuser decken sogar 60 bis 70 % des Wärmebedarfs über Sonnenenergie. Sonnenhäuser sind strikt nach Süden ausgerichtet und haben einen Großteil der Dachfläche mit Solarthermie- und Photovoltaikkollektoren bestückt. Innerhalb der beheizten Gebäudehülle befindet sich ein großer Pufferspeicher (bis zu 10.000 m3 in einem Einfamilienhaus), der architektonisch integriert ist und über einen langen Zeitraum seine Wärme über ein Heizsystem an das Gebäude abgeben kann. Die restliche Primärenergie für das Sonnenhaus wird meist durch eine kleine Holzheizung gedeckt. Für das Sonnenhaus gibt es Fördermöglichkeiten, und das Konzept des Sonnenhauses

lässt sich hervorragend mit den KfW-Effizienzhäusern 40 und 40 Plus kombinieren. Nullenergiehaus: Das Nullenergiehaus versucht, durch einen hohen Dämmstandard und den Einsatz von Photovoltaik- und Solarthermieanlagen den Energiebedarf des Gebäudes für Wärme und Strom durch selbst erzeugte Energie auszugleichen, sodass keine Energie von außen benötigt wird und die Energiebilanz »null« ist. Wird mehr Energie erzeugt, als produziert wird, handelt es sich um ein Plusenergiehaus. Bei einem Nullenergiehaus erfolgt die Betrachtung über das gesamte Jahr, was bedeutet, dass hohe Energieüberschüsse im Sommer rein theoretisch den hohen Energiebedarfen im Winter gegenübergestellt werden. In der Praxis benötigen Nullenergiehäuser im Winter häufig zusätzlichen Strom aus dem öffentlichen Netz, der im Sommer bilanzmäßig wieder eingespeist wird. Plusenergiehaus: Ein Plusenergiehaus hat einen geringen Energiebedarf und produziert mehr Energie, als es selbst verbraucht. Somit ist die Energiebilanz eines Plusenergiehauses positiv. Dies wird über eine gut gedämmte Gebäudehülle und den Einsatz großflächiger Photovoltaik- und Solarthermieanlagen erreicht. Die Mehrkosten bei einem Plusenergiehaus amortisieren sich daher aufgrund der positiven Energiebilanz recht schnell, da überschüssiger Strom in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann. Dafür ist jedoch die Höhe der Vergütung für die Einspeisung entscheidend. Ein Plusenergiehaus hat geringe bis keine Verbrauchskosten, ist unabhängig von steigenden Energiepreisen, und die eigene Energiegewinnung stammt zu 100 % aus erneuerbaren Energien. Einen verbindlichen Standard oder eine verbindliche Definition von einem Plusenergiehaus gibt es jedoch nicht. Drei-Liter-Haus: Anfang der 2000er-Jahre stand das Drei-Liter-Haus im Forschungsfokus des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik, welches auch den Begriff »Drei-Liter-Haus« geprägt hat. Das Drei-Liter-Haus stand für einen niedrigen Energieverbrauch, auch wenn der Begriff heute nur noch selten verwendet wird. Ein Liter Heizöl entspricht in etwa einer Energiemenge von 10 kWh. Bei einem Primärenergiebedarf von 34 kWh/(m2*a) entspricht dies drei Litern Heizöl pro Quadratmeter und Jahr. Dies kann auch auf andere Energieträger umgerechnet werden (10 kWh entsprechen ca. 2,5 kg Trockenholz oder 1 m3 Gas). Damit verbraucht das Drei-Liter-Haus weniger als das KfW-Effizienzhaus 40, jedoch mehr als ein Passivhaus. Es gibt noch viele weitere Energiesparhaus-Typen, die sich jedoch noch in der Standardisierung befinden oder unbekannt sind.

Der Energieausweis: Energetischer Steckbrief für Gebäude

Jedes Gebäude, das verkauft oder angemietet werden soll, benötigt einen Energieausweis. Dadurch sind Gebäude untereinander vergleichbar, und die potenziellen Energiekosten bei Kauf- oder Mietabschluss können besser abgeschätzt werden. Das Prinzip des Energieausweises ist dabei recht einfach. Ähnlich wie bei elektrischen Geräten und LED-Lampen wird ein Gebäude über den Energieausweis einer Energieeffizienzklasse zugeordnet. In Abbildung 4.9 ist der Energieausweis eines Wohngebäudes zu sehen.

Abbildung 4.9: Energieausweis für ein Wohngebäude – Quelle: vegefox.com, Stock.Adobe.com

Ein Gebäude im grünen Bereich und mit der Energieeffizienzklasse A ist sehr energieeffizient, und der zu erwartende Energieverbrauch ist gering. Ein Gebäude im roten Bereich und mit der Energieeffizienzklasse H entspricht einem nicht modernisierten Gebäude, sodass der zu erwartende Energieverbrauch ziemlich hoch ausfallen wird. In Tabelle 4.4 sind die Energieeffizienzklassen mit vergleichbaren Gebäuden aufgelistet. Energieeffizienzklasse Endenergie

Vergleichsgebäude

A+

≤ 30 kWh/(m2*a)

Effizienzhaus 40

A

≤ 50 kWh/(m2*a)

Mehrfamilienhäuser (MFH) Neubau

B

≤ 75 kWh/(m2*a)

Einfamilienhäuser (EFH) Neubau

C

≤ 100 kWh/(m2*a) EFH energetisch gut modernisiert

D

≤ 130 kWh/(m2*a) Teilweise sanierter Bestand

E

≤ 160 kWh/(m2*a) Durchschnittlicher Bestand Wohngebäude

F

≤ 200 kWh/(m2*a) MFH nicht wesentlich energetisch modernisiert

G

≤ 250

EFH nicht wesentlich energetisch modernisiert

Tabelle 4.4: Energieeffizienzklassen für Wohngebäude

Ein Energieausweis gilt für zehn Jahre und muss anschließend erneut ausgestellt werden, wenn nicht vorher größere Umbaumaßnahmen oder Sanierungen an dem Gebäude vorgenommen wurden. Öffentliche Gebäude mit Publikumsverkehr und einer Nutzfläche von mehr als 1.000 m2 sind verpflichtet, einen Energieausweis sichtbar auszuhängen. Nicht jedes Gebäude benötigt einen Energieausweis. Sie brauchen diesen nur, wenn Sie eine Immobilie vermieten oder verkaufen möchten. Dies machen sich von manche Betrügern zunutze. Diese behaupten dann am Telefon, über Flyer, in Form von Gutscheinen im Briefkasten oder direkt vor der Haustür, dass ab einem bestimmten Zeitpunkt jeder Haushalt einen Energieausweis benötigt und dieser für Sie ausgestellt werden kann. Lassen Sie sich hier nicht beirren. Falls Sie unsicher sind, können Sie sich an die Verbraucherzentrale wenden und nachfragen. Wer einen Energieausweis ausstellen darf, ist im GEG definiert. Demnach muss die ausstellende Person eine Qualifizierung und Berufserfahrung nachweisen, um einen Energieausweis ausstellen zu dürfen. In der Regel gehören dazu Architekturschaffende sowie Personen aus den Bereichen Physik, Ingenieurwesen, Technik und Handwerk mit entsprechender Aus- oder Weiterbildung. In der Energieeffizienz-Expertenliste des Bundes finden Sie qualifizierte Personen in Ihrer Region. Die Qualifikationen der Energieberatenden in dieser Liste werden regelmäßig überprüft. Betreut wird die Expertenliste von der Deutschen Energieagentur (dena). Sie finden die Liste auf der folgenden Webseite: https://www.energie-effizienz-experten.de.

Wohn- und Nichtwohngebäude: Verschiedene Kategorien für den Energieausweis Um die Vielfalt der verschiedenen Gebäudetypen in Energieausweisen abzubilden, werden diese zunächst in »Wohngebäude« und »Nichtwohngebäude« unterschieden. Für Nichtwohngebäude erfolgt anschließend eine weitere Unterteilung in verschiedene Gebäudekategorien.

Wohngebäude: Wohngebäude sind Gebäude, die hauptsächlich zum Wohnen genutzt werden. Dazu gehören Einfamilienhäuser (EFH) und Mehrfamilienhäuser (MFH). Nichtwohngebäude: Nichtwohngebäude sind Gebäude, die zu mehr als der Hälfte nicht zu Wohnzwecken genutzt werden. Da ein Krankenhaus mehr Energie benötigt als eine Schule und die beiden Gebäude schlecht zu vergleichen sind, erfolgt eine Unterteilung von Nichtwohngebäuden in 52 Gebäudekategorien. Dazu gehören unter anderem Schulen, Krankenhäuser, Bürogebäude, Werkstätten, Gerichtsgebäude, kulturelle Einrichtungen, landwirtschaftliche Betriebsgebäude und Hotels. Für jede Gebäudekategorie gibt es eigene Energiekennwerte, die zum Vergleich innerhalb der Gebäudekategorie herangezogen werden können. Dadurch können die Gebäude bewertet und einer Energieeffizienzklasse zugeordnet werden.

Energieausweis: Bedarfsausweis oder Verbrauchsausweis Wenn Sie sich mit dem Thema Energieausweis beschäftigen, wird Ihnen schnell auffallen, dass es Angebote für Bedarfsausweise und Verbrauchsausweise gibt, wobei Bedarfsausweise wesentlich teurer sind. Dabei unterscheiden sich die beiden Varianten im Aufwand der Datenerhebung, aber auch in der Qualität ihrer Aussagekraft. Bedarfsausweis: Der Bedarfsausweis für Wohn- und Nichtwohngebäude gibt den berechneten Energiebedarf des Gebäudes wieder und bezieht die Qualität der Gebäudehülle, Anlagentechnik, Baukörperform und Klimadaten in die Bewertung des Gebäudes ein. Es handelt sich hierbei also um einen theoretisch berechneten Energiebedarf auf Grundlage der bauphysikalischen Eigenschaften des Gebäudes sowie der vor Ort herrschenden Klimafaktoren. Der Bedarfsausweis betrachtet das Gebäude ohne den Einfluss des Nutzerverhaltens. Verbrauchsausweis: Der Verbrauchsausweis für Wohn- und Nichtwohngebäude bezieht sich auf die tatsächlichen Energieverbrauchsdaten der letzten Jahre (mindestens drei Heizperioden) des gesamten Gebäudes. Damit harte und milde Winter die Verbrauchswerte nicht verfälschen und zu einem falschen Eindruck der Verbrauchswerte führen, werden die Verbrauchsdaten für Heizung und Warmwasser witterungsbereinigt. Das bedeutet, dass mit Hilfe eines Klimafaktors die Energieverbräuche der einzelnen Jahre untereinander vergleichbar gemacht werden. Das Nutzerverhalten kann hingegen nicht bereinigt werden, sodass hier immer ein gewisser Unsicherheitsfaktor vorliegt. Es wird jedoch berücksichtigt, ob ein Gebäudeteil im erfassten Zeitraum möglicherweise ungenutzt blieb und somit leer stand (Leerstandsbereinigung).

Auf Grundlage eines Energieausweises ist kein Rückschluss auf den künftig zu erwartenden Energieverbrauch möglich, da die Bedarfswerte theoretisch berechnet

wurden und die Verbrauchswerte einzelner Wohneinheiten aufgrund ihrer Lage und des individuellen Verhaltens der Bewohner stark vom Endenergieverbrauch des gesamten Gebäudes abweichen können. Der Energieausweis dient als Werkzeug zur energetischen Bewertung des Ist-Zustandes eines Gebäudes und zum Vergleich von Gebäuden untereinander unter möglichst gleichen Rahmenbedingungen. Wenn Sie einen Energieausweis für Ihr Gebäude benötigen, haben Sie in der Regel die freie Wahl zwischen einen Verbrauchs- oder Bedarfsausweis. Da der Bedarfsenergieausweis jedoch wesentlich mehr Daten benötigt, ist er auch teurer als ein Verbrauchsausweis. Ein Bedarfsausweis muss daher nur verpflichtend ausgestellt werden, wenn einer der nachfolgend aufgelisteten Punkte zutrifft: Hat das Gebäude bis zu vier Wohneinheiten, wurde es vor 1977 gebaut und hält es nicht die Vorgaben der ersten Wärmeschutzverordnung von 1977 ein, ist ein Bedarfsausweis auszustellen. Hält das Gebäude die Vorgaben der ersten Wärmeschutzverordnung ein, reicht ein Verbrauchsausweis aus. Bei der energetischen Sanierung oder Erweiterung eines Bestandsgebäudes ist ein Bedarfsausweis auszustellen. Wenn jedoch nur ein Außenbauteil saniert wurde (Fenster, Türen, Außenwand oder Dach) und die sanierte Fläche weniger als 10 % der Gesamtfläche des Außenbauteils entspricht, reicht ein Verbrauchsausweis aus. Neubauten erhalten immer einen Bedarfsausweis, da keine Verbrauchsdaten vorliegen. Auch wenn Sie, bis auf wenige Ausnahmen, die freie Wahl zwischen Verbrauchs- und Bedarfsausweis haben, wird von der Deutschen Energieagentur (dena) empfohlen, dass Sie sich einen Bedarfsausweis ausstellen lassen, da das Ergebnis eines Verbrauchsausweises ein verfälschtes Bild über das Gebäude liefern kann. Ein Bedarfsausweis gibt hingegen Auskunft über den energetischen Zustand eines Gebäudes und stellt die Energieeffizienz wesentlich genauer dar als ein Verbrauchsausweis.

Aufbau Energieausweis Das Musterdokument für einen Energieausweis hat fünf Seiten und ist für Wohn- und Nichtwohngebäude verfügbar. Im ersten Schritt wird daher entschieden, ob ein Energieausweis für ein Wohn- oder Nichtwohngebäude ausgestellt werden soll. Auf dem Energieausweis für Nichtwohngebäude (Bedarfs- und Verbrauchsausweis) werden auch die Bedarfe und Verbräuche von Strom angegeben. Das bedeutet, der Endenergiebedarf und der Endenergieverbrauch für Nichtwohngebäude werden nach dem Energieträger für Heizung, Warmwasser, eingebaute Beleuchtung, Lüftung und Kühlung aufgelistet. Zusammenfassend erfolgt auf einem Energieausweis für Nichtwohngebäude eine Unterteilung in »Endenergiebedarf Wärme« und »Endenergieverbrauch Wärme« sowie »Endenergiebedarf Strom« und

»Endenergieverbrauch Strom«. In der nachfolgenden Auflistung sind die einzelnen Seiten eines Energieausweises kurz beschrieben. Seite 1 – Steckbrief: Auf der ersten Seite jedes Energieausweises werden Gebäudeinformationen wie Adresse, Gebäudetyp (Gebäudekategorie bei Nichtwohngebäuden), Baujahr, Foto des Gebäudes und Grundfläche abgefragt. Dazu kommt eine Auflistung der vorhandenen Technik für Heizung, Lüftung und Kühlung sowie die Art und Verwendung erneuerbarer Energien. Weiterhin wird auf der ersten Seite angegeben, ob es sich um einen Bedarfs- oder Verbrauchsausweis handelt. Anschließend muss die ausstellende Person mit Datum, Anschrift und Berufsbezeichnung unterschreiben. Seite 2 – Bedarfsausweis: Die zweite Seite wird nur ausgefüllt, wenn es sich um einen Bedarfsausweis handelt. Hier werden der berechnete Primärenergie- und Endenergiebedarf sowie die zu erwartenden Treibhausgasemissionen eingetragen. Weitere Angaben sind die Nutzung erneuerbarer Energien und Maßnahmen zur Energieeinsparung. Seite 3 – Verbrauchsausweis: Die dritte Seite wird nur ausgefüllt, wenn es sich um einen Verbrauchsausweis handelt. Dabei werden die Verbrauchsdaten des gesamten Gebäudes (nicht der einzelnen Mieteinheiten) von mindestens drei Abrechnungsperioden als Grundlage für die Ermittlung des Endenergie- und Primärenergieverbrauchs herangezogen. Seite 4 – Modernisierungsvorschläge: Auf der vierten Seite können Empfehlungen zur kostengünstigen Modernisierung von den ausstellenden Personen eingetragen werden. Diese Seite ist besonders für Bestandsgebäude wichtig, da eine Nennung konkreter Maßnahmen für bestimmte Bau- oder Anlagenteile mit schrittweiser Umsetzung der Maßnahmen erfolgen kann. Diese Maßnahmen tragen dazu bei, den Endenergiebedarf des Gebäudes zu reduzieren. Zusätzlich können eine geschätzte Amortisationszeit und das Energieeinsparpotenzial der Maßnahme angegeben werden. Seite 5 – Erläuterungen: Auf der fünften Seite des Energieausweises gibt es Erläuterungen und Klarstellungen zu den einzelnen Bereichen des Energieausweises. Hier erfolgt auch immer wieder ein Verweis auf das GEG für detailliertere Informationen.

Sanierungs- und Optimierungsmaßnahmen für den Bestand In Deutschland besteht der überwiegende Teil der Gebäude aus Altbauten. Wenn Sie

glücklicher Besitzer eines Bestandsgebäudes sind oder in einem Bestandsgebäude zur Miete wohnen, gibt es viele Möglichkeiten, den Energieverbrauch und den Energiebedarf mit gezielten Sanierungs-, Modernisierungs- und Optimierungsmaßnahmen zu reduzieren. Die nachfolgenden Maßnahmen geben Ihnen einen Überblick und sind unterteilt in geringinvestive und kostenintensive Maßnahmen. Rufen Sie sich dazu die beiden Begrifflichkeiten von Energiebedarf und Energieverbrauch in Erinnerung, die im Abschnitt »Die Energiewende als Folge eines zu hohen Energiebedarfs und -verbrauchs« dieses Kapitels beschrieben sind. Maßnahmen, die den Energieverbrauch aufgrund einer Optimierung reduzieren, reduzieren nicht automatisch den Energiebedarf eines Gebäudes. Eine Maßnahme zur Reduzierung des Energiebedarfs sollte hingegen auch immer eine Reduzierung des Energieverbrauchs zur Folge haben. Viele Sanierungs- und Optimierungsmaßnahmen werden gefördert. Da es nicht immer einfach ist, das richtige Förderprogramm zu finden, lohnt es sich auf der Webseite von »CO2online« (https://www.co2online.de/) oder der Verbraucherzentrale (https://www.verbraucherzentrale.de/) vorbeizuschauen. Dort erhalten Sie zahlreiche nützliche Tipps und Informationen, die Ihnen dabei helfen, das passende Förderprogramm zu finden.

Geringinvestive Maßnahmen Geringinvestive Maßnahmen setzen in der Regel keine große Kapitalbeschaffung voraus. Somit können Sie die nachfolgenden Maßnahmen ohne größere Kreditbeschaffung und mit etwas handwerklichem Geschick in Eigenregie durchführen oder über einen Kleinauftrag von einer Fachfirma umsetzen lassen. In Teil III und Teil IV dieses Buches werden die Maßnahmen detaillierter vorgestellt. Kellerdeckendämmung: Die Dämmung der Kellerdecke zum unbeheizten Keller ist in der Regel eine effektive Maßnahme, um den Wärmeverlust der darüberliegenden Räume zu reduzieren. Bei der Kellerdeckendämmung liegt die Einsparung an Heizenergie zwischen 5 und 7 % des Gesamtwärmeverbrauchs. Für die Kellerdeckendämmung benötigen Sie Hartschaumdämmplatten und je nach Schwere der Platten Montagekleber oder spezielle Dübel und Schrauben zur Verankerung der Dämmplatten in der Kellerdecke. In Kapitel 16 finden Sie im Abschnitt »Wärmeverlust in das Erdreich verhindern: Dämmung der Kellerdecke« eine Schrittfür-Schritt-Anleitung. Dämmung oberste Geschossdecke: Die Dämmung der obersten Geschossdecke kann mit handwerklichem Geschick ebenfalls in Eigenregie durchgeführt werden. Die Energieeinsparung mit einer Dämmung der obersten Geschossdecke liegt zwischen 7 und 10 % an Heizenergie. Wenn Sie den Dachraum nicht als Lager und Abstellfläche nutzen wollen, können Sie Kosten sparen und weiche Dämmmaterialien

verwenden. Lediglich für einen Revisionsgang (begehbarer Bereich zu technischen Anlagen) sollten härtere Dämmplatten eingesetzt werden. Soll der Dachraum als unbeheizte Lagerfläche genutzt werden, liegen die Kosten höher, da begehbare Dämmplatten teurer sind. Je nach Aufbau der obersten Geschossdecke ist unterhalb der Dämmung eine Dampfbremsfolie zu verlegen, um Feuchteschäden durch Kondensat in der Dämmung zu verhindern. Die Dämmung der obersten Geschossdecke ist förderfähig und laut GEG vorgeschrieben. In Kapitel 16 finden Sie im Abschnitt »Sparen Sie Energie mit der Dachbodendämmung« eine Schritt-fürSchritt-Anleitung. Rohrleitungsdämmung: Die Dämmung der Rohrleitungen im unbeheizten Keller ist ebenfalls vom GEG vorgeschrieben und sollte von Ihnen nicht nur aufgrund des Gesetzes umgesetzt werden. Die Dämmung von Heizungsrohren reduziert die Wärmeverluste über das Rohr um bis zu 80 %. In Kapitel 13 finden Sie im Abschnitt »Heizungsrohre selbstständig dämmen« eine Schritt-für-Schritt-Anleitung. Fenster- und Türendichtung: Die Dichtung von alten Fenstern und Türen kann dazu beitragen, die Lüftungswärmeverluste im Gebäude deutlich zu reduzieren. Der Wärmeverlust über undichte Fenster ist nicht zu unterschätzen, daher sollte diese geringintensive Maßnahme auf jeden Fall durchgeführt werden. Undichte Stellen können Sie bei geschlossenen Türen mit einer Kerze oder Räucherstäbchen identifizieren. Falls Sie mit bloßem Auge erkennen, dass Ihr Fenster »schief« hängt, sollte das Fenster zunächst von einer Fachfirma nachjustiert werden. In Kapitel 16 finden Sie im Abschnitt »Fenster und Türen optimieren« weitere Informationen. Heizungsregelung: Besonders in Bestandsgebäuden sollte ein Blick auf die Reglung der vorhandenen Heizungsanlage geworfen werden. Es kann sein, dass seit Jahrzehnten (ja, Sie haben richtig gelesen) niemand mehr auf die Heizungsregelung geschaut hat. Dann sind die Heiztemperaturen vielleicht zu hoch eingestellt, die Heizkurve (mehr dazu in Kapitel 13 im Abschnitt »Die Heizkennline optimieren«) ist zu steil, oder es gibt die Möglichkeit der Nachtabsenkung und des Sommerbetriebs, aber nichts davon ist aktiviert. Hier sollten Sie Ihre Heizungsfachfirma bei der nächsten Wartung fragen, ob sie einen Blick auf die Regelung werfen und mit Ihnen gemeinsam die Parameter festlegen kann. Dies dauert nicht lange und hat eine große Auswirkung auf den Energieverbrauch. In Kapitel 13 finden Sie im Abschnitt »Optimierung der Heizungsregelung« weitere Informationen und Tipps. Elektronische Heizkörperthermostate: Wenn Sie eine Warmwasserheizung mit Heizkörpern und Thermostaten besitzen, sollten Sie einen Wechsel zu elektronischen Thermostaten in Erwägung ziehen. Das Energieeinsparpotenzial in Einfamilienhäusern kann je nach Heizverhalten bis zu 30 % betragen. Mit elektronischen Thermostaten können Sie die Heizzeiten nach Ihrem Bedarf programmieren, sodass bei Nichtanwesenheit die Thermostate automatisch im Energiesparmodus heizen. In Kapitel 13 finden Sie im Abschnitt »Alte

Thermostatköpfe tauschen« weitere Informationen und eine Anleitung. Hydraulischer Abgleich: Der hydraulische Abgleich ist eine Maßnahme zur Optimierung des Heizungssystems und der Wärmeverteilung. Das Energieeinsparpotenzial liegt je nach verbauten Komponenten zwischen 5 und 15 % des Gesamtwärmeverbrauchs. Da ca. 80 % der Bestandsgebäude in Deutschland nicht hydraulisch optimiert sind, widmet sich der gesamte Teil IV dieses Buches dem hydraulischen Abgleich. Dort finden Sie auch eine Beispielrechnung. Der hydraulische Abgleich ist zudem förderfähig. Austausch von Heizungspumpen: In vielen Bestandsgebäuden sind heute noch alte, stufengeregelte Heizungspumpen für die Wärmeverteilung im Gebäude zuständig. Wenn Sie eine alte Heizungspumpe in Ihrem Heizungskeller finden, sollten Sie diese gegen eine elektronisch geregelte Pumpe tauschen lassen. Eine elektronisch geregelte Umwälzpumpe spart bis zu 90 % an Stromkosten und Antriebsenergie. Der Tausch einer Heizungspumpe wird mit einem Zuschuss vom Staat gefördert. Mehr Informationen finden Sie in Kapitel 13 im Abschnitt »Alte Umwälzpumpe austauschen lassen«. Beleuchtung: Werfen Sie einen Blick auf die Beleuchtung in Ihrem Gebäude oder Ihrer Mietwohnung. Sollten Sie feststellen, dass noch alte Glühlampen verbaut sind, wird es Zeit, die Initiative zu ergreifen. Alte Glühlampen sind ineffizient und nutzen nur 5 % der Energie für die Lichterzeugung. Die restlichen 95 % gehen als nicht genutzte Anergie in Form von Wärme verloren. Tauschen Sie daher alte Glühlampen durch effiziente und moderne LED-Lampen aus. Diese nutzen bis zu 90 % weniger Strom und geben die gleiche Lichtfarbe wieder. Mehr Informationen finden Sie in Kapitel 16 im Abschnitt »Stromsparen im Haushalt«.

Kostenintensive Maßnahmen Neben den geringinvestiven Maßnahmen, die im vorherigen Abschnitt beschrieben wurden, gibt es auch kostenintensive Maßnahmen für Bestandsgebäude, die im Gegenzug aber auch ein größeres Energieeinsparpotenzial versprechen. Bei diesen Maßnahmen sollten Sie auf jeden Fall eine Fachfirma einschalten, die Ihnen bei der Sanierung behilflich ist. Zudem werden fast alle Maßnahmen vom Staat gefördert. Fassadendämmung: Die Fassadendämmung eines Bestandsgebäudes hält das wahrscheinlich größte Energieeinsparpotenzial bereit. So kann durch die Fassadendämmung der Energiebedarf und somit auch der Energieverbrauch des Gebäudes um bis zu 20 % gesenkt werden. Durch einen verbesserten U-Wert der Gebäudehülle geht weniger Wärme über diese an die Umwelt verloren, und Wärme wird länger im Gebäude gehalten. Die Kosten für eine Fassadendämmung sind jedoch hoch, da zusätzlich Kosten für Gerüst und Fassadenanstrich hinzukommen. Die Amortisationszeit für die Maßnahme liegt im Durchschnitt bei 15 Jahren.

Fenster- und Türerneuerung: Über alte Fenster und Türen, die nicht richtig abgedichtet sind, geht nicht nur Lüftungswärme verloren. Alte Fenster und Türen haben auch einen vergleichsweise schlechten U-Wert, sodass über diese hohe Transmissionswärmeverluste zu verzeichnen sind. Der U-Wert von einfach verglasten Fenstern kann im schlechtesten Fall bei 5,9 W/(m2*K) liegen, wohingegen eine typische Zwei-Scheiben-Wärmeschutzverglasung einen U-Wert von 1,2 W/(m2*K) aufweist. Der U-Wert von Passivhausfenstern liegt sogar unterhalb von 0,8 W/(m2*K). Dies entspricht einer U-Wert-Verbesserung von über 80 %, sodass weniger Energie an die Umwelt verloren geht. Perimeterdämmung: Die Perimeterdämmung eines Bestandsgebäudes sollten Sie im Fall der Modernisierung ebenfalls in Betracht ziehen. Als Perimeter werden Bauteile bezeichnet, die Kontakt mit dem Erdreich haben. Dazu gehören zum Beispiel erdberührte Außenwände des Kellers sowie die Bodenplatte. Die Bodenplatte lässt sich im Bestand nur schwer dämmen, erdreichberührte Außenwände des Kellers können jedoch ohne Probleme nachträglich gedämmt werden. Dazu müssen die Außenwände von der Erde freigelegt werden und anschließend mit einer Dämmung versehen werden. Heizungstausch: Wenn Sie einen alten Heizkessel im Keller haben, lohnt sich der Tausch der Heizungsanlage gegen eine moderne oder der Wechsel auf ein anderes System. Je nach Gebäudequalität sollten Sie hier durch eine Energieberatung erörtern, welches Heizsystem für Sie in Frage kommt und am besten geeignet ist. Auch wenn eine Fachfirma vor Ort einen Brennwertkessel vorschlägt, muss dies nicht unbedingt die beste Lösung für Sie sein. Vielleicht ist eine Kombination aus Brennwertkessel und solarthermischer Unterstützung oder eine Wärmepumpe in Kombination mit einer Photovoltaikanlage die bessere Wahl. Lassen Sie sich auch hier nicht sofort von den unterschiedlichen Investitionskosten abschrecken. Die Mehrkosten für eine moderne Heizungsanlage mit Unterstützung erneuerbarer Energien rechnen sich schneller als gedacht. Der Heizungstausch wird vom Staat gefördert, und je höher der Anteil erneuerbarer Energien ist, desto höher ist die Förderung. Photovoltaikanlage: Nutzen Sie den Platz auf Ihrem Dach mit Südausrichtung, und reduzieren Sie den Strombezug von einem Energielieferanten durch eine Photovoltaikanlage. Dadurch machen Sie sich nicht nur unabhängiger, sondern steigern auch den Wert Ihrer Immobilie. Ziel sollte es jedoch nicht sein, Geld durch das Einspeisen von Strom in das deutsche Stromnetz zu verdienen. Vielmehr sollten Sie den Strom direkt im Gebäude nutzen und dadurch Ihre Stromrechnung klein halten. Hier ist es ebenfalls sinnvoll, durch eine Energieberatung die Optionen zu klären. Mehr Informationen zur Funktion einer Photovoltaikanlage finden Sie in Kapitel 9. In Kapitel 17 erhalten Sie weitere Informationen zu Balkonkraftwerken und kleinen Insel-Solaranlagen.

Reihenfolge der Sanierungsmaßnahmen beachten Sie kennen nun eine Reihe von geringinvestiven und kostenintensiven Sanierungs- und Optimierungsmaßnahmen für Altbauten, sind voller Tatendrang und wollen beginnen – sehr gut. Doch bevor Sie loslegen, sollten Sie sich ein paar Gedanken darüber machen, welche Maßnahmen Sie an Ihrem Gebäude in den nächsten Jahren wann umsetzen möchten. Ein Sanierungsfahrplan ist empfehlenswert. Wenn Sie das Gebäude komplett sanieren möchten, sollten Sie mit den Dämmmaßnahmen sowie dem Fenster- und Türentausch beginnen. Durch diese Maßnahme wird der Energiebedarf des Gebäudes gesenkt, und eine vorher neu installierte Heizungsanlage wäre nach den Dämmmaßnahmen überdimensioniert. Machen Sie daher einen Plan, was Sie mit dem Gebäude vorhaben und wie es in ein paar Jahren aussehen soll. Nachfolgend finden Sie die Reihenfolge, in der die Sanierungsmaßnahmen im Optimalfall durchgeführt werden sollten. Fenster- und Türentausch: Dies sollte die erste Maßnahme sein, da bei einer anschließenden Fassadendämmung außen liegende Fenster- und Türrahmen mitgedämmt werden können. Somit reduzieren Sie Wärmebrücken an Fenster- und Türanschlüssen. Dämmung der Gebäudehülle: Hierunter fallen alle Maßnahmen, die den Energiebedarf des Gebäudes durch Dämmung reduzieren. Dazu gehören Fassade, Dach, Perimeter oder die Kellerdecke. Heizung: Der Tausch einer Heizung und die Optimierung durch einen hydraulischen Abgleich sollten erst nach den Dämmmaßnahmen erfolgen. Dadurch wird eine Überdimensionierung der Heizungsanlage verhindert und eine optimale Wärmeversorgung der einzelnen Gebäudebereiche gewährleistet. Sollten Sie keine größere Sanierung der Gebäudehülle wie Dämmung und Fenstertausch planen, lohnen sich alle geringinvestiven Maßnahmen in Ihrem Bestandsgebäude. Auch hier gilt: Zuerst sollten die Dämmmaßnahmen an Kellerdecke und oberster Geschossdecke sowie die Dichtung der Fenster erfolgen. Anschließend können Sie die hydraulische Optimierung der Heizung, die Heizungsregelung und den Pumpentausch in Angriff nehmen.

Energiemanagement Das klassische Energiemanagement spielt in größeren Liegenschaften, Gebäudekomplexen von Firmen und öffentlichen Einrichtungen eine wichtige Rolle zur Kostensenkung. Dabei beschäftigt sich das Energiemanagement mit dem preiswerten Energieeinkauf, der Optimierung von technischen Anlagen im laufenden Betrieb, der Überwachung von Energiekennwerten und der Verbesserung der Energieflüsse. Das Ziel

des Energiemanagements ist die Reduzierung des Energieverbrauchs und der laufenden Energiekosten. In Wohngebäuden sieht dies etwas anders aus. Als Gebäudeeigentümer oder Mieter kann Ihnen niemand vorschreiben, wie Sie zu heizen haben oder generell mit Ihrer Energie umgehen sollen. Es sollte jedoch in Ihrem eigenen Interesse liegen, die Energieflüsse im Eigenheim oder in der Mietwohnung zu optimieren. In Kapitel 15 erfahren Sie, wie Sie ihre Strom- und Heizkostenabrechnung besser verstehen, und erhalten passende Checklisten mit Tipps und weitere Informationen. Dazu müssen Sie zunächst Ihren Energieverbrauch kennen. Dies funktioniert in erster Linie durch das Ablesen von Zählern für Strom, Wasser und Wärme. In Mietwohnungen von Mehrfamilienhäusern ist dies für Wärme nicht immer einfach. Daher wurde von der Europäischen Union verordnet, dass Heizkostenzähler künftig fernauslesbar (sogenannte Smart Meter) sein müssen. Über diese erhalten Sie dann monatliche Verbrauchsinformationen zu Energiepreisen, Gesamtenergiekosten, Emissionsdaten sowie Vergleichswerte zum Vorjahr oder zu einem durchschnittlichen Gebäudenutzer. Fernauslesbare Messgeräte für die Heizkosten sind ab 2027 verpflichtend. Wenn Sie noch keinen fernauslesbaren Zähler haben, können Sie dennoch versuchen, Ihre Energie besser zu managen, und die Daten manuell ablesen. Zähler ablesen: Lesen Sie die vorhandenen Zähler ab, und tragen Sie die Werte in eine Tabelle ein. So bekommen Sie mit der Zeit ein gutes Gefühl für den monatlichen Verbrauch von Wärme, Strom und Wasser und können Maßnahmen ergreifen, um diese zu reduzieren. Vergleich mit dem Durchschnitt: Egal, ob Strom, Wärme oder Wasser, es gibt für alle Medien Vergleichswerte, sodass Sie einschätzen können, ob Sie zu viel verbrauchen oder ob ihr Verbrauch im Durchschnitt liegt. Ihr Ziel sollte es sein, unter dem Durchschnitt zu liegen, um die Energiekosten deutlich zu reduzieren. Beim Strom muss zudem unterschieden werden, ob Sie in einem Mehrfamilienhaus (MFH) oder Einfamilienhaus (EFH) wohnen, wie in Tabelle 4.5 zu sehen ist. Wenn die Warmwassererzeugung zusätzlich mit Strom erfolgt, liegt ihr durchschnittlicher Stromverbrauch höher. Beim Jahresheizwärmebedarf spielt zudem das Baujahr eine wichtige Rolle, da die Wärmeschutzstandards für Gebäude mit den Jahren immer besser wurden. Dies sehen Sie in Tabelle 4.6. Haushalt Durchschnittlicher Stromverbrauch(ohne elektrische Warmwasserbereitung)

Durchschnittlicher Trinkwasserverbrauch (warm und kalt)

1 Person 1.300 kWh/a (MFH)2.300 kWh/a (EFM)

46.500 Liter/a

2 2.000 kWh/a (MFH)3.000 kWh/a (EFH) Personen

93.000 Liter/a

3 2.500 kWh/a (MFH)3.500 kWh/a (EFH) Personen

140.000 Liter /a

4 2.600 kWh/a (MFH)4.000 kWh/a (EFH) Personen

186.000 Liter /a

Tabelle 4.5: Durchschnittlicher Jahresverbrauch für Strom und Trinkwasser (»CO2online«) Baujahr des Gebäudes Jahresheizwärmebedarf 1970–1980

200–300 kWh/(m2*a)

1980–1990

125–200 kWh/(m2*a)

1990–2000

90–125 kWh/(m2*a)

2000–heute

0–90 kWh/(m2*a)

Tabelle 4.6: Durchschnittlicher Jahresheizwärmeverbrauch nach Baujahr des Gebäudes

Geringinvestive Maßnahmen durchführen: Setzen Sie geringinvestive Energieeinsparmaßnahmen um, die dazu führen, Ihren Energieverbrauch zu reduzieren. Den geringeren Energieverbrauch werden Sie auf Ihren Energiekostenabrechnungen merken. Geeignete Maßnahmen finden Sie in diesem Kapitel im Abschnitt »Geringinvestive Maßnahmen«. Ändern Sie Ihr Nutzerverhalten: Sie als Bewohnende eines Hauses oder einer Wohnung haben mit Ihrem Verhalten den größten Einfluss auf das Energieeinsparpotenzial. Es ist daher wichtig, einen sensiblen und rücksichtsvollen Umgang mit Ressourcen aller Art zu entwickeln. Nur dann können Sie Ihren Energieverbrauch merklich senken. Typische Beispiele für ein umweltfreundliches Nutzerverhalten finden Sie in Kapitel 16 im Abschnitt »Das eigene Nutzerverhalten beobachten«. Vergleich vorher und nachher: Mit den genannten Maßnahmen und dem Aufzeichnen Ihrer Zählerwerte können Sie Ihre Verbrauchsdaten auswerten und sind in der Lage, einen Vorher-nachher-Vergleich durchzuführen. Sie werden mit Sicherheit einen Unterschied feststellen. Mit einem etablierten Energiemanagement haben Sie Ihren Energieverbrauch im Blick und können diesen langfristig gering halten. Untersuchungen in großen Gebäudekomplexen haben gezeigt, dass nach der Einführung eines Energiemanagements der Verbrauch deutlich reduziert werden konnte. Um weitere Kosten zu reduzieren, wurde das Energiemanagement anschließend vereinzelt wieder abgeschafft, mit der Folge, dass in diesen Gebäuden die Verbräuche wieder anstiegen.

Energiemanagement ist ein laufender Prozess, der sich nur über einen langfristigen Zeitraum voll entfalten kann. Lassen Sie Ihre Energiedaten daher nicht aus den Augen, und entwickeln Sie eine Energiesparmentalität.

Kapitel 5

Es wird warm im Gebäude: Die Warmwasserheizung IN DIESEM KAPITEL Erfahren Sie, wie Heizungsanlagen aufgebaut sind. Lernen Sie die Heizlast kennen und erfahren, wie Sie die Leistung und den Volumenstrom von Heizkörpern berechnen können. Lernen Sie die verschiedenen Wärmeerzeuger und deren Funktion kennen. Dazu gehören Brennwertkessel, Wärmepumpen, Blockheizkraftwerke, Brennstoffzellen und viele mehr. Erfahren Sie, wie Wärme in einem Gebäude verteilt wird und welche Möglichkeiten und Technologien es gibt. Erfahren Sie, wie Wärme an einen Räum übergeben werden kann, damit Sie es warm und gemütlich haben.

Die Warmwasserheizung gehört in unseren Breitengraden zu den wichtigsten und gleichzeitig unscheinbarsten technischen Anlagen in einem Gebäude. Wenn Sie ein Gebäude besitzen, waren Sie wahrscheinlich schon einmal in Ihrem Heizungskeller und haben dort einen Heizkessel als Wärmeerzeuger oder eine Übergabestation für Fernwärme gesehen. Im Wohnzimmer gibt es Heizkörper oder eine Fußbodenheizung, und an den Heizkörpern sind Thermostate angebracht. In diesem Abschnitt geht es um die Warmwasserheizung in einem Gebäude. Das hört sich vielleicht trocken und langweilig an. Ich kann Ihnen aber versichern: Die Heizungstechnik ist spannender und abwechslungsreicher denn je, denn die Vielfalt der Systeme, die Wärme in ein Gebäude bringen, wächst ständig. Zusätzlich gibt es einen kleinen Bonus: Wenn Sie sich ein bisschen mit Heizungstechnik auskennen, können Sie eine Menge Geld und Energie sparen.

Der Aufbau von Heizungsanlagen Wenn Sie sich Ihre Heizungsanlage anschauen, wird Ihnen auffallen, dass in fast jedem Raum Ihrer Wohnung oder Ihres Hauses Elemente der Heizungsanlage verbaut sind. Die wahrscheinlich auffälligsten Bestandteile sind Heizkörper mit dazugehörigen

Thermostaten. Unscheinbarer sind dann schon die Heizungsrohre, die entweder entlang der Wand verlaufen, in der Wand verschwinden oder sich im Fußboden befinden. Je nach Heizungssystem haben Sie auch einen Wärmeerzeuger oder einen Wärmeübertrager in Ihrem Keller oder in Ihrer Wohnung hängen. Damit Sie eine Vorstellung von dem Puzzle einer Heizungsanlage bekommen, wird ein Heizungssystem in die folgenden drei Bereiche unterteilt: Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeübergabe. In Abbildung 5.1 ist dies vereinfacht dargestellt. Wärmeerzeugung: Die Wärmeerzeugung ist das Herzstück Ihrer Heizungsanlage, denn hier wird die Wärme produziert, die Sie für das Heizen oder das Warmwasser Ihres Gebäudes benötigen. Typische Wärmeerzeuger sind Heizkessel, Wärmepumpen, Öfen, Blockheizkraftwerke oder das entfernte Heizkraftwerk, welches das Gebäude mit Fernwärme versorgt. Wärmeverteilung: Über die Wärmeverteilung wird das erwärmte Heizwasser im Gebäude verteilt und zu den Wärmeübergabepunkten transportiert. Dabei ist das Heizungsrohr auf dem Weg zur Wärmeübergabe (zum Beispiel einem Heizkörper) der Vorlauf (VL) und das Rohr hinter der Wärmeübergabe der Rücklauf (RL). Das bedeutet in einem Heizkreis fließt das Wasser immer in eine Richtung: vom Wärmeerzeuger zur Wärmeübergabe und zurück zum Wärmeerzeuger. Wärmeübergabe: Die Wärmeübergabe hat die Aufgabe, die im Heizungswasser gespeicherte Energie an einen Raum oder einen Gebäudekomplex abzugeben, um diesen zu heizen. Typische Elemente der Wärmeübergabe sind Heizkörper oder Fußbodenheizungen. In einem Fernwärmenetz ist die Wärmeübergabe der Fernwärme auch gleichzeitig der Wärmeerzeuger im Gebäude, da die Wärme nicht direkt im Gebäude erzeugt wird. Hier kommt ein Wärmeübertrager (auch Wärmetauscher genannt) zum Einsatz, welcher die Wärme vom heißen Medium »Fernwärmewasser« auf das kältere Medium »Heizwasser« im Gebäude überträgt.

Abbildung 5.1: Aufbau einer Heizungsanlage mit zentraler Wärmeerzeugung, -verteilung und -übergabe

Wenn jetzt Ihre Neugier geweckt wurde, machen Sie sich vielleicht gleich auf die Suche nach den drei Bereichen. Da es viele verschiedene Heizungssysteme gibt, werden nachfolgend die verschiedenen Arten von Heizungsanlagen vorgestellt. So finden Sie Ihre Heizungsanlage auch an der richtigen Stelle. Zentrale Heizung: Wenn von einer Zentralheizung die Rede ist, gibt es einen »zentralen« Wärmeerzeuger im Gebäude, der alle Bereiche mit Wärme versorgt (wie in Abbildung 5.1 zu sehen ist). Diese finden Sie typischerweise in Einfamilien-, aber auch in Mehrfamilienhäusern. Der Wärmeerzeuger der Zentralheizung befindet sich meist im Keller oder seltener auf dem Dachboden eines Gebäudes. Dezentrale Heizung: Eine typische dezentrale Heizung ist ein Holzofen in einem einzelnen Raum. Da dieser Ofen aber kein Heizsystem mit typischer Wärmeverteilung und Wärmeübergabe hat, sollten Sie ihn nicht wirklich dazu zählen. Dezentrale Heizungssysteme gibt es vor allem in Mehrfamilienhäusern innerhalb von Großstädten. Es handelt sich dabei meist um Gas-Etagenheizungen. Jede Wohnung oder jedes Stockwerk hat dann eine eigene Heizungsanlage mit eigenem

Gasanschluss. In Abbildung 5.2 ist eine dezentrale Heizungsanlage zu sehen, wobei der Wärmeerzeuger nicht so groß dimensioniert ist wie in einer zentralen Heizungsanlage. Die »Therme«, wie sie liebevoll genannt wird, befindet sich überwiegend in Küche, Bad oder einem versteckten Bereich im Flur der Wohnung.

Abbildung 5.2: Einfaches Schema eines dezentralen Heizungssystems

Fernwärmeheizung: Bei einer Fernwärmeheizung wird, wie der Name schon sagt, Wärme in der Ferne produziert und anschließend über lange Rohrleitungen zum Gebäude transportiert. Fernwärme kann dabei in einem Heizkraftwerk als »Abfallprodukt« bei der Stromproduktion genutzt werden, wie in Abbildung 5.3 zu sehen ist. Dieser Prozess wird Kraft-Wärme-Kopplung genannt und im Abschnitt »Fernwärmeheizung für Ballungsgebiete« dieses Kapitels genauer vorgestellt. Fernwärmeheizungen gibt es meist in Ballungsgebieten und Großstädten, welche von den örtlichen Stadtwerken verwaltet werden. In der Heizungszentrale eines Gebäudes wird die Wärme dann über einen Wärmeübertrager, den sogenannten »Übergabepunkt« oder die »Übergabestation«, an das Gebäude übertragen und von dort im Gebäude verteilt. Daher sind Fernwärmeheizungen auch gleichzeitig Zentralheizungen. Im Gebäude selbst benötigen Sie dann keinen Wärmeerzeuger und vor allem auch kein Brennstofflager.

Abbildung 5.3: Fernwärmeheizung vom Heizkraftwerk zum Gebäude

Egal, welches Warmwasserheizungssystem Sie sich anschauen, alle Heizungsanlagen sind ähnlich aufgebaut. In der Wärmerzeugung wird das Heizwasser erwärmt, über die Wärmeverteilung wird es im Gebäude verteilt und an der Wärmeübergabe an einen Raum übergeben. Durch die Wärmeabgabe an einen Raum sinkt die Heizwassertemperatur vom Vorlauf zum Rücklauf, und die Raumtemperatur wird erhöht. Die Wassertemperaturen von Vorlauf und Rücklauf sowie die gewünschte Raumtemperatur sind wichtig für die Berechnung von Heizungsanlagen und werden Systemtemperaturen genannt. Das Wasser im Vorlauf kommt mit einer Temperatur von 75 °C in einen Heizkörper und gibt dort Wärme an einen Raum ab. Die gewünschte Raumtemperatur von 20 °C wird erreicht. Dadurch sinkt die Temperatur des Heizwassers, und es hat beim Verlassen des Heizkörpers 55 °C. Die Systemtemperatur ist 75/55/20. Der Begriff Systemtemperatur wird Ihnen in diesem Buch noch öfter über den Weg laufen. Daher können Sie sich folgende Punkte merken: Systemtemperaturen werden in dem Format »Vorlauftemperatur/Rücklauftemperatur/Raumtemperatur« angegeben. Bei Systemtemperaturen von 75/55/20 sind folgende Temperaturen gegeben: Vorlauftemperatur: 75 °C/Rücklauftemperatur: 55 °C/Raumtemperatur: 20 °C.

Wie viel Wärme braucht ein Haus? – Die Heizlast

Damit wissen Sie bereits, wie ein Heizungssystem aufgebaut ist. Bevor Sie nun die verschiedenen Systeme durchforsten, stellen Sie sich vielleicht eine viel wichtigere Frage: Wie hoch ist der Energiebedarf für Ihr Gebäude, und wie groß muss die Leistung der Heizungsanlage sein, damit es im Winter schön warm wird? Hierfür wurde eine Rechenmethode entwickelt, die ständig weiterentwickelt und verfeinert wird. Es handelt sich dabei um die Heizlastberechnung, welche hilft, eine Heizungsanlage richtig zu dimensionieren. Der Vorgang zur Berechnung der Heizlast wird in der Europäischen DIN-Norm »DIN EN 12831 Energetische Bewertung von Gebäuden – Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast« definiert. Die Heizlast eines Gebäudes gibt dabei den Wärmeverlust (auch Verlustleistung genannt) an, der infolge eines hohen Temperaturunterschiedes zwischen Innen und Außen entsteht. Bei einer Raumtemperatur von 20 °C im Wohnzimmer und einem kalten Wintertag mit Außentemperaturen von −14 °C sind das immerhin 34 Kelvin. Mehr Informationen zur Temperaturdifferenz und warum diese in Kelvin angegeben wird, erfahren Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Zwischen zwei Messpunkten: Die Temperaturdifferenz«. Die meisten Wärmeverluste treten über die Bauteile eines Gebäudes, wie Fenster, Türen, Wände, Dach und Keller, auf. Diese werden Transmissionswärmeverluste genannt. Je geringer die U-Werte dieser Bauteile sind (mehr Informationen zum U-Wert finden Sie in Kapitel 4 im Abschnitt »Wärmedämmung, Wärmedurchgang und der U-Wert«), desto langsamer geht die Wärme an die Umwelt verloren. Zusätzlich gibt es Wärmeverluste über schlecht isolierte Warmwasserleitungen oder Undichtigkeiten in der Gebäudehülle (Lüftungswärmeverluste). Um diese Wärmeverluste auszugleichen, führt eine Heizungsanlage dem Gebäude Wärme zu, da ansonsten die Innenraumtemperatur absinken würde. Dadurch wird ein Gleichgewicht zwischen Wärmezufuhr und Wärmeverlust hergestellt, und Sie haben es auch an kalten Wintertagen angenehm warm. In Abbildung 5.4 ist dies vereinfacht dargestellt.

Abbildung 5.4: Wärmeverluste und Wärmegewinne eines Gebäudes

Da ein kalter Wintertag in Hamburg anders definiert ist als im südlichen Obersdorf mit Alpennähe, werden lokale Klimadaten für die Ermittlung der Heizlast herangezogen. Hauptkriterium sind hier die Auslegungsaußentemperaturen (früher auch Normaußentemperatur genannt), welche in der DIN-Norm zur Heizlastberechnung postleitzahlengenau abgebildet sind. Falls Sie wissen wollen, mit welcher Auslegungsaußentemperatur bei Ihnen gerechnet wird, können Sie dies über eine Postleitzahlensuche auf der folgenden Webseite des Bundesverbands Wärmepumpe e. V. herausfinden: https://www.waermepumpe.de/normen-technik/klimakarte/

Die Auslegungstemperatur wird anhand der lokalen klimatischen Bedingungen ermittelt. Dazu wird das kälteste Zweitagemittel herangezogen, welches über einen Zeitraum von 18 Jahren (1995–2012) mindestens einmal in zwei Jahren aufgetreten ist (mehr Informationen zum Einfluss des Außenklimas finden Sie in Kapitel 2 im Abschnitt »Ein Blick nach draußen lohnt sich«). Im Hamburger Postleitzahlengebiet 22301 beträgt die Auslegungsaußentemperatur beispielsweise −9,2 °C und im Obersdorfer Postleitzahlengebiet 87561 −16,7 °C. Bei einem baugleichen Gebäude würde die Heizungsanlage aufgrund der unterschiedlichen

Auslegungsaußentemperaturen in Hamburg kleiner ausfallen als in Obersdorf. Die Heizlast ist der Wärmestrom (siehe Kapitel 3, Abschnitt »Die Leistung der Thermodynamik: Der Wärmestrom«), der erforderlich ist, um die gewünschte Innentemperatur bei der jeweiligen Auslegungsaußentemperatur zu erreichen. Für eine Heizungsanlage in Obersdorf bedeutet dies, dass sie während einer Außentemperatur von −16,7 °C in der Lage sein muss, das Gebäude auf eine gewünschte Innentemperatur von beispielsweise 20 °C zu erwärmen. In internationalen Normungen (Europanorm, EN) und deutschen Normen und Richtlinien (zum Beispiel DIN-Normen und VDI-Richtlinien – Richtlinien des Vereins Deutscher Ingenieure) werden Raumlasten und Volumenströme oft mit unterschiedlichen Formelzeichen angegeben: International: Volumenstrom qV, thermische RaumlastΦ (griech. Phi) National: Volumenstrom

, thermische Raumlast

Zur Vereinfachung werden in diesem Buch die nationalen Varianten und verwendet. Da es sich bei der DIN EN 12831 auch um eine Europanorm handelt, wird die Normheizlast mit dem griechischen Buchstaben Phi (Φ) beschrieben. In der Regel wird die Heizlast raum- oder zonenweise berechnet und anschließend zur Gesamtheizlast eines Gebäudes zusammenaddiert. Somit ist es möglich, die Anzahl und Leistung der einzelnen Heizkörper in den jeweiligen Räumen zu bestimmen und anschließend die Leistungsgröße des Wärmeerzeugers auszulegen. Die Heizlast ΦHL setzt sich aus den folgenden Faktoren zusammen: Norm-Transmissionswärmeverluste ΦT (gesprochen Phi T) – der Wärmeverlust über die Außenbauteile Norm-Lüftungswärmeverluste ΦV (gesprochen Phi V) – der Wärmeverlust durch Undichtigkeiten der Gebäudehülle Zusätzliche Aufheizleistung ΦHU (gesprochen Phi HU) – eine zusätzliche Heizleistung, die eine Heizungsanlage zum Wiederaufheizen des Gebäudes nach einer Pause wie der Nachtabsenkung oder einem längeren Urlaub benötigt. Wärmegewinne Φgain – (gesprochen Phi Gain) – Wärmegewinne durch Maschinen, Sonneneinstrahlung und Personen

Die Aufheizleistung ΦHU ist eine optionale Größe. Wärmegewinne Φgain durch

Maschinen, Sonneneinstrahlung und Personen werden bei der Berechnung der Heizlast nicht berücksichtigt. Sie werden dennoch in der DIN zur Heizlastberechnung erwähnt. Die Heizlastberechnung ist für jeden Neubau verpflichtend durchzuführen. In Bestandsgebäuden ist die nachträgliche Heizlastberechnung nach Norm nur schwierig oder kostenintensiv. Daher erfolgt im Bestand meist ein Schätzverfahren oder eine überschlägige Berechnung nach Baualtersklasse. In Kapitel 21 im Abschnitt »Überschlägige Heizlastberechnung« finden Sie eine Beispielrechnung.

Die goldene Formel der Gebäudetechnik Da Sie nun die Heizlast kennengelernt haben, interessiert Sie sicherlich auch, wie viel Heizungswasser in Ihrem Heizsystem fließen muss, damit es angenehm warm wird. Denn zu viel warmes Heizungswasser würde die Räume zu stark aufheizen und zu wenig für kalte Räume sorgen. Auch wenn die Überschrift dieses Abschnitts etwas provokant ist, gehört die nachfolgende Formel zu den wichtigsten Formeln in der Gebäudetechnik. Mit ihr können Sie berechnen, wie viel warmes Wasser in einen Heizkörper fließen muss, damit die notwendige Wärme bereitgestellt werden kann. In Teil IV dieses Buches sehen Sie an einem größeren Beispiel zum hydraulischen Abgleich, wie die Formel in der Praxis Anwendung findet. Die Formel kann auch für die Luftmenge in einer Lüftungsanlage verwendet werden, wie Sie in einem Beispiel in Kapitel 8 im Abschnitt »Beispielrechnungen für RLT-Anlagen« sehen können. Dort berechnen Sie anhand der Raumheizlast die Luftmenge, die eine Lüftungsanlage zur Beheizung eines Raumes einblasen muss. In der nachfolgenden Formel sind viele Größen enthalten, die in Kapitel 3 im Abschnitt »Es geht um Wärme: Grundlagen der Thermodynamik« vorgestellt werden. Damit können Sie den Wärmestrom sowie den notwendigen Volumenstrom berechnen. In der Formel sind die nachfolgend aufgelisteten Größen enthalten: Wärmestrom in Watt (W) oder Kilowatt (kW) – gesprochen Q Punkt. Massenstrom in Kilogramm pro Stunde (kg/h) – gesprochen m Punkt. Volumenstrom in Liter pro Stunde (l/h) für eine Wasserheizung oder Kubikmeter pro Stunde (m3/h) für eine Lüftungsanlage – gesprochen V Punkt. Temperaturspreizung in Kelvin (K), ist die Temperaturdifferenz zwischen Vorund Rücklauf – gesprochen Delta Theta

Dichte in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m3) – gesprochen Rho spezifische Wärmekapazität in Kilowattstunden pro Kilogramm mal Kelvin (kWh/(kg*K)) – gesprochen c Die Formel zur Berechnung des Wärmestroms sieht folgendermaßen aus.

Da das Volumen von Wasser und Luft bei gleicher Masse unterschiedlich ist (siehe Kapitel 3, Abschnitt »Masse, Volumen, Dichte und eine Krone aus Gold«), wird die Dichte des Stoffes zur Berechnung des Volumenstroms in der Formel berücksichtigt. Dadurch können Sie den Wärmestrom, aber auch den Volumenstrom für eine Warmwasserheizung und eine Lüftungsanlage, bezogen auf das jeweilige Medium (Wasser oder Luft), berechnen. Die »goldene Formel der Gebäudetechnik« sieht folgendermaßen aus.

Zur Auslegung eines Heizkörpers ist die notwendige Heizleistung meist schon bekannt. Diese wird raumweise über die Heizlastberechnung (siehe vorheriger Abschnitt) ermittelt. Was jedoch nicht bekannt ist, sind die notwendigen Volumenströme für die Heizkörper oder die Lüftungsanlage, also wie viel warmes Wasser ein Heizkörper benötigt oder wie viel warme Luft in einen Raum befördert werden muss. Um den Volumenstrom zu berechnen, wird die Formel umgestellt. Sie sieht dann folgendermaßen aus:

In der gezeigten Formel hat die Veränderung eines Wertes (Wärmestrom, Volumenstrom oder Temperaturspreizung) einen erheblichen Einfluss auf die anderen beiden Werte. Daher können Sie sich die folgenden Zusammenhänge merken: Konstanter Wärmestrom und sinkende Spreizung = steigender Volumenstrom Konstanter Wärmestrom und steigende Spreizung = sinkender Volumenstrom Konstanter Volumenstrom und sinkende Spreizung = sinkender Wärmestrom

Konstanter Volumenstrom und steigende Spreizung = steigender Wärmestrom Konstante Spreizung und sinkender Wärmestrom = sinkender Volumenstrom Konstante Spreizung und steigender Wärmestrom = steigender Volumenstrom

Faktoren zur Vereinfachung der Berechnung Damit Sie sich die Dichte und die spezifische Wärmekapazität von Wasser und Luft nicht merken müssen, können Sie aus diesen Größen einen einheitslosen Faktor bilden, da sich diese in bestimmten Temperaturbereichen nur geringfügig ändern. In den nachfolgenden beiden Abschnitten finden Sie die Faktoren für Wasser und Luft, die Sie in die goldene Formel der Gebäudetechnik einsetzen können.

Faktor für das Medium Wasser Die Formeln zur Berechnung des Wärmestroms und des Volumenstroms mit dem Faktor für das Medium Wasser sehen wie folgt aus. Der Faktor ist 1,16 beziehungsweise der Kehrwert 0,86.

Falls Sie sich dafür interessieren, wo der Faktor herkommt, finden Sie hier die Antwort. Die Dichte von Wasser ist bei 20 °C rund 1.000 kg/m3. Sie können diesen Wert vereinfacht für den Temperaturbereich von 0 bis 100 °C verwenden. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser ist c = 4.182 J/(kg*K) = 0,00116 kWh/(kg*k). Der Faktor für das Medium Wasser ergibt sich aus dem Produkt aus spezifischer Wärmekapazität und der Dichte von Wasser, wie in der nachfolgenden Berechnung zu sehen ist.

Da sich die Einheiten in der goldenen Formel der Gebäudetechnik rauskürzen, können Sie den Faktor 1,16 einheitslos für die Dichte und die spezifische

Wärmekapazität einsetzen. Mehr Informationen zur spezifischen Wärmekapazität und zur Dichte finden Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Wichtige Größen in der Thermodynamik«. In diesem Beispiel soll der Volumenstrom für einen Heizkörper berechnet werden. Das Heizmedium ist Wasser. Die Heizlastberechnung hat ergeben, dass ein Raum in einem Gebäude eine Leistung von 1.200 W benötigt, um den Raum bei einer Außentemperatur von −14 °C auf 20 °C zu heizen. Das Heizungssystem hat bei diesen Außentemperaturen die Systemtemperaturen (70/50/20), also 70 °C im Vorlauf, 50 °C im Rücklauf und 20 °C Raumtemperatur. Es sind somit die nachfolgenden Werte gegeben: Wärmestrom Temperaturspreizung Wenn Sie diese Werte nun in die Formel einsetzen, können Sie den Volumenstrom für den Heizkörper berechnen:

Der Heizkörper benötigt 51,6 Liter pro Stunde, um den Raum auf 20 °C zu heizen.

Faktor für das Medium Luft Die Formeln zur Berechnung des Wärmestroms und des Volumenstroms mit dem Medium Luft sehen wie im Folgenden dargestellt aus. Der Faktor ist 0,33 beziehungsweise der Kehrwert 3,03. Ein Beispiel mit der goldenen Formel der Gebäudetechnik für Lüftungsanlagen finden Sie in Kapitel 8 im Abschnitt »Beispielrechnungen für RLTAnlagen«.

Die Dichte von Luft ist bei 20 °C rund 1,2 kg/m3. Sie können diesen Wert vereinfacht für den Temperaturbereich von −20 bis 30 °C verwenden. Die spezifische Wärmekapazität von Luft ist c = 1.005 J/(kg*K) = 0,000273 kWh/(kg*k). Der Faktor für das Medium Luft ergibt sich aus dem Produkt aus spezifischer Wärmekapazität und der Dichte von Luft, wie in der nachfolgenden Berechnung zu sehen ist.

Da sich die Einheiten in der goldenen Formel der Gebäudetechnik rauskürzen, können Sie den Faktor 0,33 für die Dichte und die spezifische Wärmekapazität einsetzen. Da Luft ein größeres Raumvolumen einnimmt, wird der Volumenstrom in Kubikmetern pro Stunde (m3/h) verwendet. Mehr Informationen zur spezifischen Wärmekapazität und zur Dichte finden Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Wichtige Größen in der Thermodynamik«.

Wärmeerzeugung Die benötigte Wärme für Ihr Gebäude liefert Ihnen ein Wärmeerzeuger. Das kann ein Heizkessel, eine Wärmepumpe, eine Fernwärmeübergabestation oder ein anderer Wärmeerzeuger sein. Die Wärme wird also direkt vor Ort produziert oder von einem Heizkraftwerk über ein Kanalnetz von außen zu Ihrem Gebäude transportiert. Die Anforderungen an moderne Heizungsanlagen sind dabei neben dem eigentlichen Heizen ein effizienter Betrieb sowie die Reduzierung des Brennstoffverbrauchs und schädlicher Abgase. In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Wärmeerzeuger vorgestellt. Falls Sie vorhaben, Ihr Heizsystem zu erneuern, sollten Sie eine Energieberatung in Anspruch nehmen. Diese kann Ihnen dabei helfen, die Entscheidung für das richtige Heizsystem zu erleichtern und die richtigen Förderprogramme zu finden. Als Anlaufstelle lohnen sich die Webseiten von »CO2online« (https://www.co2online.de), Verbraucherzentrale (https://www.verbraucherzentrale.de) sowie die Energieeffizienz-Experten-Liste der Deutschen Energieagentur (https://www.energie-effizienz-experten.de). Dort finden Sie viele hilfreiche Tipps und Informationen.

Heizkessel Der größte Anteil an Wärmeerzeugern für Wohnhäuser in Deutschland sind Heizkessel. In diesen werden überwiegend Gas und Öl, aber auch Kohle und Holz als Energiequelle genutzt, um durch deren Verbrennung Wärme zu erzeugen. In Zukunft sollen auch Wasserstoff (H2) sowie Erdgas-Wasserstoff-Gemische Anwendung als Energiequelle finden. In Abbildung 5.5 sind beispielhaft zwei größere Öl-Heizkessel zu sehen. Neben Heizkesseln, die nur eine Art von Brennstoff verwenden, gibt es auch Heizkessel, die mit zwei oder mehreren Brennstoffen funktionieren. Diese finden jedoch nur in größeren Gebäudekomplexen oder Bereichen mit kritischer Infrastruktur Anwendung und nur selten in Wohngebäuden. Falls ein Brennstoff ausgeht, kann ohne Austausch oder Umbau des Heizkessels ein anderer verfeuert werden. Hier gibt es eine Unterteilung in Einstoffbrenner, Zweistoffbrenner und Mehrstoffbrenner. Eine typische Kombination für Zweistoffbrenner ist die Verwendung von Gas und Öl. Eine weitere Unterteilung der Heizkessel erfolgt nach der Brennstoffart. Nachfolgend finden Sie typische Brennstoffe nach Brennstoffart aufgelistet. Feste Brennstoffe: Kohle, Koks, Holz, Holzpellets, Torf Flüssige Brennstoffe: Heizöl Gasförmige Brennstoffe: Erdgas, Biogas, (künftig Wasserstoff und ErdgasWasserstoff-Gemische möglich)

Abbildung 5.5: Zentralheizung mit zwei größeren Öl-Heizkesseln – Quelle: Marcel Wittmann, Stock.Adobe.com

Aufbau von Heizkesseln Der Aufbau von Heizkesseln, egal, für welchen Brennstoff, ist immer ähnlich. Es gibt eine Brennkammer, einen oder mehrere Wärmeübertrager, das Abgassystem und eine Regelund Steuereinrichtung. Brennkammer: In der Brennkammer werden die Brennstoffe verbrannt. Bei Festbrennstoffen gibt es beispielsweise einen Rost, auf dem Holz, Kohle oder Koks verbrannt werden. Ein Förderband transportiert die Feststoffe aus einem Vorratsbunker automatisch in den Heizkessel. Für gasförmige und flüssige Brennstoffe gibt es sogenannte »Brenner«, die Öl oder Gas über eine Düse möglichst fein mit der Verbrennungsluft in der Brennkammer vermischen und anschließend entzünden und verbrennen. Das Öl oder Gas wird ebenfalls automatisch aus einem Vorratstank oder dem örtlichen Versorgungsnetz bezogen. Wärmeübertrager: Hier erfolgt die Übertragung der Verbrennungswärme an das Heizungswasser. Kaltes Wasser aus dem Rücklauf des Heizsystems strömt in den Heizkessel und erwärmt sich. Nach der Wärmeaufnahme fließt das heiße Wasser über den Vorlauf zurück in das Heizungsnetz und wird von einer Pumpe verteilt, wie in

Abbildung 5.6 zu sehen ist.

Abbildung 5.6: Querschnitt eines Heizkessels mit Heizkreis und Heizkörper

Abgassystem: Die aus den Verbrennungsvorgängen entstandenen Abgase verlassen das Gebäude über ein geeignetes Abgassystem, zum Beispiel einen Schornstein. Mehr Informationen finden Sie im Abschnitt »Abgassysteme« in diesem Kapitel. Regel- und Steuereinrichtung: Heizkessel müssen eine Regel- und Steuereinrichtung besitzen, die den Kessel abhängig vom Wärmebedarf und von der Witterung betreiben. Dadurch lässt sich die Effizienz steigern, Brennstoff sparen und Abgase reduzieren. Mehr Informationen dazu finden Sie in Kapitel 7. Damit möglichst wenig Wärme ungewollt an die Umgebung abgegeben und die Wärme hauptsächlich auf das Heizungswasser übertragen wird, besitzen Heizkessel eine Wärmedämmung.

Heizkesseltypen Der Großteil der Heizkessel in Deutschland wird mit Öl und Gas betrieben. Über die Jahrzehnte haben sich diese immer weiter verbessert, sodass allein der Kesseltausch von einem alten Standardheizkessel zu einem effizienten Brennwertheizkessel eine Energieeinsparung von bis zu 15 % bringt, da moderne Brennwertkessel wesentlich effizienter betrieben werden. Standardheizkessel: Standardheizkessel werden auch Konstant-Temperaturkessel genannt und dürfen heute nicht mehr verbaut werden, da sie ineffizient und nicht regelbar sind. Standardheizkessel sind meist aus Gusseisen oder Stahl gefertigt und

somit anfällig für Korrosion. Da es in Abgasen auch Wasserdampf gibt, müssen Standardheizkessel mit Temperaturen von mehr als 70 °C betrieben werden. Unterhalb dieser Temperaturen besteht die Gefahr, dass der Wasserdampf in den Abgasen kondensiert und den Kessel beschädigt. Aufgrund der hohen und konstanten Systemtemperaturen hat der Kessel einen hohen Brennstoffbedarf. Niedertemperaturkessel: Nach der Ölpreiskrise 1973 wurden die ersten Niedertemperaturkessel für niedrigere Systemtemperaturen konzipiert. Auch die ersten Regeleinrichtungen fanden Einzug in die Heizungstechnik. Niedertemperaturkessel waren somit effizienter als Standardheizkessel. Im Vergleich zu modernen Brennwertgeräten sind diese jedoch ineffizient, sodass die Produktion von Niedertemperaturkesseln in der EU seit September 2015 verboten ist. Brennwertkessel: Brennwertkessel sind so konzipiert, dass sie mit sehr niedrigen Temperaturen betrieben werden können und die Kondensation des Wasserdampfes in den Abgasen ausdrücklich erwünscht ist. Der Wasserdampf kondensiert im Gerät und gibt die freigesetzte latente Kondensationswärme an einen weiteren Wärmeübertrager ab. Diese gewonnene Energie wird dem System somit wieder zugeführt. Brennwertgerät haben dadurch weniger Wärmeverluste und hohe Wirkungsgrade. Mehr Informationen zum Brennwertkessel finden Sie im nachfolgenden Abschnitt dieses Kapitels. Da von einem Heizkessel nicht immer die volle Leistung abgerufen werden muss, ist es notwendig, die Leistung zu drosseln oder zu regeln. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten zur Regelung von Heizkesseln für Öl und Gas: Einstufiger Brenner: Bei einem einstufigen Brenner wird der Leistungsbedarf durch das Ein- und Ausschalten des Brenners erreicht. Für die Heizwassertemperatur gibt es einen Sollwertbereich, der den Einschalt- und Ausschaltpunkt des Kessels definiert. Dieser Temperaturbereich wird Hysterese genannt und soll die Brennerlaufzeit verlängern, da ein ständiges Ein- und Ausschalten (Takten) verhindert werden soll, um die Lebensdauer des Kessels zu erhöhen. Erreicht wird dies durch höhere Temperaturdifferenzen zwischen Ein- und Ausschaltpunkt in der Regelung. Diese können bis zu 10 Kelvin betragen und führen im Umkehrschluss zu starken Schwankungen der Vorlauftemperatur und einem ineffizienten Heizverhalten. Mehrstufige Brenner: Mehrstufige Brenner besitzen mehrere Schaltstufen, um den Leistungsbedarf des Heizkessels an den aktuellen Wärmebedarf des Gebäudes anzupassen. Modulierende Brenner: Modulierende Brenner sind heutiger Stand der Technik und können stufenlos in einem Leistungsspektrum arbeiten, was sie sehr effizient macht. Das bedeutet, die Leistung des Brenners kann je nach Wärmebedarf in einem Leistungsbereich von 10 bis 100 % angepasst werden.

Neben dem Beheizen des Wohngebäudes übernehmen viele Heizkessel auch die Aufgabe der Warmwasserbereitung. Das erwärmte Trinkwasser befindet sich dann in einem TrinkWarmwasserspeicher und kann von den Gebäudenutzern zum Duschen, Baden oder Händewaschen genutzt werden. Der Warmwasserspeicher wird je nach Bewohneranzahl, in verschiedenen Größen dimensioniert. Mehr Informationen zur Warmwasserbereitung finden Sie in Kapitel 12 im Abschnitt »Die Warmwasserbereitung für Ihr Gebäude«.

Heizwert und Brennwert Im Zusammenhang mit Heizkesseln treten immer wieder die Begriffe Heizwert, Brennwert und Brennwertheizung auf. Die Marketingexperten dieser Zeit laufen dann zur Spitzenform auf und erzählen Ihnen, dass der Wirkungsgrad der neuesten GasBrennwertheizung bei über 100 % liegt. Nach den Gesetzen der Physik ist dies jedoch nicht möglich. Doch wie kann es sein, dass die Verkaufenden damit argumentieren? Beim Verbrennen von Brennstoffen wird die darin gespeicherte Energie in Wärme umgewandelt. Dabei entsteht in den Abgasen neben Kohlenstoffdioxid und Schadstoffen auch Wasserdampf. Da der Wasserdampf in den Abgasen Wärme bindet und diese beim Abkühlen des Wasserdampfs durch Kondensation wieder freisetzt, wird diese zusätzliche Wärme in speziellen Heizkesseln (Brennwertkesseln) zusätzlich genutzt (im nachfolgenden Abschnitt wird der Brennwertkessel vorgestellt). Beim Kondensieren von Wasserdampf wird genauso viel Energie freigesetzt, wie für den Verdampfungsvorgang benötigt wurde. Diese Energie wird auch latente (verborgene) Energie oder auch Kondensationswärme genannt. Je höher der Wasserdampfanteil in einem Brennstoff ist, desto höher ist der Nutzen der latenten Wärme und somit auch der Wirkungsgrad eines Brennwertkessels. Die Erhöhung des Wirkungsgrads von Erdgas liegt bei ca. 11 % und von leichtem Heizöl bei ca. 6 %. Wasserstoff ist ebenfalls ein brennbares Gas, soll künftig durch erneuerbare Energien umweltfreundlich gewonnen und als Brennstoff verwendet werden. Die Erhöhung des Wirkungsgrads von Wasserstoff durch die Nutzung des Wasserdampfanteils ist mit ca. 18 % am höchsten. Mehr Informationen zu Wasserstoff finden Sie in Kapitel 9 im Abschnitt »Zukunftsvision: Wind und Sonnenenergie für die Wasserstoffwirtschaft«. Da durch die Nutzung der Kondensationswärme mehr Energie aus einem Brennstoff genutzt werden kann, findet eine Unterscheidung in »maximale thermische Nutzung des Brennstoffes ohne die Nutzung von Wasserdampf« (Heizwert) und »maximale thermische Nutzung des Brennstoffes mit der Nutzung von Wasserdampf« (Brennwert) statt. Heizwert

: Der Heizwert ist die Energiemenge eines Stoffes, die thermisch

maximal genutzt werden kann. Beim Heizwert liegt der bei der Verbrennung entstehende Wasserdampf gasförmig vor. Früher wurde der Heizwert »unterer Heizwert« genannt. Brennwer : Der Brennwert ist die Energiemenge eines Stoffes, die thermisch maximal genutzt werden kann, wobei der entstehende Wasserdampf in den Abgasen kondensiert ist und flüssig vorliegt. Früher wurde der Brennwert »oberer Heizwert« genannt. Die Nutzung der Kondensationswärme in einem Brennwertkessel nennt sich »Brennwerteffekt«.

In alten Heizkesseln hat man akribisch darauf geachtet, dass der Wasserdampf in den Abgasen nicht kondensiert, da alte Heizkessel aus Gusseisen oder Stahl waren. Die Kondensation des Wasserdampfes hätte an den nicht korrosionsbeständigen Heizkesseln Schaden anrichten können. Somit wurden alte Heizkessel gezwungenermaßen mit hohen Temperaturen betrieben, was zu einem höheren Energieverbrauch und einem höheren Ausstoß an Abgasen führte. Moderne Brennwertkessel nutzen die Kondensationswärme in den Abgasen und haben dadurch einen höheren Wirkungsgrad als alte Heizkessel. Da der Heizwert als Vergleichswert herangezogen wird, erhalten moderne Brennwertheizungen daher zumindest auf dem Papier Wirkungsgrade von über 100 %. Wenn Ihnen künftig jemand einen Heizkessel mit einem Wirkungsgrad von über 100 % verkaufen möchte, wissen Sie also Bescheid. In Tabelle 5.1 sind die Heiz- und Brennwerte verschiedener Stoffe aufgezeigt. Brennstoff

Heizwert

Brennwert

Erdgas H

9,4–11,8 kWh/m3; 10,4–13,1 kWh/m3;

Erdgas L

7,6–10,1 kWh/m3; 8,4–11,2 kWh/m3;

Heizöl (schwer)

11,1–11,3 kWh/kg 11,8– 1,9 kWh/kg

Heizöl (leicht)

≈ 10,0 kWh/l

≈ 10,6 kWh/l

Nadelholz

4,4–4,5 kWh/kg

4,7–4,9 kWh/kg

Braunkohle Briketts 5,4–5,8 kWh/kg

5,8–6,2 kWh/kg

Tabelle 5.1: Übersicht einiger Heiz- und Brennwerte verschiedener Brennstoffe

Viele Heiz- und Brennwerte sind als Intervall angegeben, da sie aufgrund von Entstehung, Lagerung und Transport Schwankungen unterliegen.

Brennwertkessel: Stand der Kesseltechnik Unter den bisher genannten Heizkesseltypen ist der Brennwertkessel die effizienteste und modernste Lösung. Als Brennstoffe kommen überwiegend Gas und Öl und vereinzelt

auch Holzpellets zum Einsatz. Künftig sollen Brennwertgeräte auch mit Wasserstoff betrieben werden. Mit einem Brennwertkessel können Sie die im Wasserdampf der Abgase gebundene Wärme nutzen und den Brennstoff effizienter einsetzen. In einem Brennwertkessel sind dafür zwei Wärmeübertrager verbaut, wie in Abbildung 5.7 zu sehen ist. Der erste Wärmeübertrager befindet sich in der Brennkammer. Hier wird der Brennstoff verbrannt, und die heißen Abgase übertragen ihre Wärme auf das Heizwasser. Das Heizwasser wird anschließend im Gebäude über den Vorlauf verteilt und kehrt über den Rücklauf zurück zum Brennwertkessel. Nach dem Passieren des ersten Wärmeübertragers sind die Abgase im Heizkessel zwar etwas abgekühlt, jedoch noch immer zu heiß, um zu kondensieren und den Brennwerteffekt nutzen zu können. Über den zweiten Wärmeübertrager verlieren die heißen Abgase daher weitere Wärme, und die Abgastemperatur sinkt, bis der Wasserdampf kondensieren kann. Die Wärme der Abgase und die entstehende Kondensationswärme aus dem kondensierenden Wasserdampf (der bereits genannte Brennwerteffekt) werden an das zurückkommende kältere Heizwasser aus dem Rücklauf übertragen. Dadurch ist das Wasser aus dem Rücklauf bei der anschließenden Erwärmung in der Brennkammer bereits vorerwärmt, und es wird weniger Energie benötigt, um das Wasser auf die Wunschtemperatur zu erhitzen.

Abbildung 5.7: Brennwertkessel – Querschnitt und Funktion

In kleineren, wandhängenden Gas-Brennwertthermen befindet sich die Umwälzpumpe normalerweise im Rücklauf des Heizsystems. Dadurch entsteht ein leichter Überdruck im Wärmeerzeuger, der störende Geräusche und Dampfschläge verhindern soll. Die Umwälzpumpe kann zudem temperaturgeführt betrieben werden und bei zu hohen Rücklauftemperaturen die Drehzahl und somit auch den Volumenstrom reduzieren, wodurch der Brennwerteffekt verstärkt wird. Bei größeren Gebäuden wird eine hydraulische Weiche verwendet (siehe Kapitel 7 im Abschnitt »Hydraulische Weiche«), um Gasthermen vom Verteilnetz zu trennen und negative Auswirkungen der Pumpe im Rücklauf zu vermeiden. Eine zusätzliche Pumpe im Vorlauf hinter der hydraulischen Weiche verteilt das Wasser im Heizungsnetz. Mehr Informationen zum Einbauort von Umwälzpumpen finden Sie im Abschnitt »Pumpenheizung« in diesem Kapitel.

Da sich im Kondensat weitere Stoffe aus dem Abgas niederschlagen, liegt der pH-Wert des Kondensats eher im sauren Bereich. Auf Dauer würden die Abwasserrohre dadurch angegriffen werden, weshalb das Kondensat aufgefangen und mit Trinkwasser neutralisiert werden muss. Vereinzelt kommen auch spezielle Neutralisationsanlagen zum Einsatz, durch die das Kondensat fließen muss, bevor es in die Kanalisation geleitet wird. Die abgekühlten Abgase werden von einem Abgasventilator über den Schornstein nach außen abgeführt. Mehr Informationen zum Luft-Abgas-System finden Sie im Abschnitt »Aufbau von Abgassystemen« in diesem Kapitel. Um die Kondensationswärme nutzen zu können, müssen die Abgase so weit abkühlen, dass der darin befindliche Wasserdampf kondensieren kann. Der Temperaturpunkt, an dem der Wasserdampf in den Abgasen kondensiert, wird »Taupunkt« genannt und liegt bei Öl um 47 °C und bei Gas um 56 °C. Zum Erreichen des Brennwerteffektes gibt es zwei gängige Systeme. Zum einen gibt es die »last- und rücklauftemperaturunabhängige Brennwerttechnik«, welche auch Vollbrennwerttechnik genannt wird, und die »last- und rücklauftemperaturabhängige Brennwerttechnik«, welche auch Niedertemperatur-Brennwerttechnik genannt wird. Nachfolgend finden Sie die Hauptunterscheidungspunkte aufgezeigt. Vollbrennwerttechnik: nutzt die kalte Außenluft, welche für den Verbrennungsvorgang benötigt wird, über ein Luft-Abgas-System. Sie wird für die Abkühlung der Abgase genutzt und ist dadurch unabhängig von der notwendigen Wärmelast und den Rücklauftemperaturen. Je kälter die Außenluft ist, desto effizienter ist die Vollbrennwerttechnik. Niedertemperatur-Brennwerttechnik: nutzt die Rücklauftemperatur des Heizsystems zur Abkühlung der Abgase und ist somit von einer niedrigen Rücklauftemperatur abhängig. Das bedeutet, es sind Vorlauftemperaturen von maximal 40 und 50 °C und Rücklauftemperaturen zwischen 20 und 30 °C notwendig. Nur dann kann der Wasserdampf in den Abgasen am Wärmeübertrager der Rücklauftemperatur kondensieren. Niedertemperatur-Brennwertgeräte lohnen sich in Gebäuden mit niedrigem Wärmebedarf und Heizsystemen mit niedrigen Systemtemperaturen, wie beispielsweise einer Fußbodenheizung. Durch das Nutzen der Kondensationswärme sind ca. 11 % bei Erdgas und ca. 6 % bei Heizöl an zusätzlicher Energie nutzbar. Dies entspricht auch der potenziellen Brennstoffeinsparung, da weniger benötigt wird. Ein hydraulischer Abgleich sollte bei einem Einbau einer Brennwertheizung zusätzlich durchgeführt werden, um das Heizungsnetz zu optimieren. Mehr Informationen zum hydraulischen Abgleich finden Sie in Teil IV dieses Buches.

Im Zuge der Energiewende werden Gas- und Öl-Brennwertkessel uninteressanter. Zwar sind diese in der Anschaffung günstig, jedoch steigen die Energiepreise für Gas- und Öl. Weiterhin sind die zunehmenden CO2 Abgaben nicht zu unterschätzen. Die künftige Nutzung von Wasserstoff (H2) für Brennwertkessel ist vorgesehen und soll die Brennstoffe Öl und Gas ersetzen. Dafür gibt es bereits heute Brennwertkessel, die mit einem Erdgas-Wasserstoff-Gemisch betrieben werden können. Diese haben ein H2-ready- Label, was bedeutet, dass diese Geräte bereit für die Wasserstoffnutzung sind. Die Entwicklung von Heizkesseln, welche vollständig mit Wasserstoff betrieben werden können, wird vorangetrieben. Aktuell ist jedoch unklar, ob Wasserstoff im Wärmemarkt künftig eine wichtige Rolle spielen wird, weil Deutschland nicht genug grünen Wasserstoff produzieren kann, um Erdgas als Brennstoff zu ersetzen. Mehr Informationen dazu finden Sie in Kapitel 9 im Abschnitt »Zukunftsvision: Wind und Sonnenenergie für die Wasserstoffwirtschaft«.

Die Technik der Wärmepumpe: Ein Blick in die Zukunft des Heizens Im Kontext der Energiewende werden elektrische Wärmepumpen (Kompressionswärmepumpen) als eine wichtige Säule für die Wärmeversorgung genannt. Es gibt neben elektrischen Kompressionswärmepumpen noch Adsorptions- und Absorptionswärmepumpen, welche in diesem Buch jedoch nicht weiter betrachtet werden. Das Funktionsprinzip von Adsorptions- und Absorptionswärmepumpen ähnelt dem von Adsorptions- und Absorptionskältemaschinen. Diese werden in Kapitel 6 im Abschnitt »Sorptionskältemaschinen« erklärt. Das Besondere an einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe ist, dass sie mehr nutzbare Energie abgibt, als sie für den eigentlichen Betrieb in Form von Strom aufnimmt. Wenn Sie zum Beispiel 1 kWh elektrische Energie für den Betrieb der Wärmepumpe benötigen, ist es möglich, bis zu 4 kWh Nutzwärme für die Heizung zu erhalten. Wenn der Strom dann über erneuerbare Energiequellen erzeugt wird, arbeitet eine Wärmepumpe CO2neutral. In Abbildung 5.8 ist das Außengerät einer Luft-Wärmepumpe zu sehen.

Abbildung 5.8: Außenbauteil einer Luftwärmepumpe – Quelle: Hermann, Stock.Adobe.com

Wenn Sie vorhaben, in einem Altbau die alte Heizungsanlage gegen eine Wärmepumpe auszutauschen, kann es sein, dass die installierte Heizkörperleistung nicht ausreichend ist und die vorhandenen Heizflächen gegen größere getauscht werden müssen. Besprechen Sie dies unbedingt mit Ihrer Fachfirma. In Kapitel 14 »Wärmepumpe im Altbau und was es zu beachten gibt« finden Sie weitere Informationen.

Funktionsweise einer Wärmepumpe Eine Wärmepumpe entzieht Wärmenergie aus einer Umweltwärmequelle wie der Luft, dem Erdreich, einem Oberflächengewässer oder der Abwärme von Industrieprozessen. Diese Wärmequellen haben eine so geringe Temperatur, dass sie selten anderweitig genutzt werden können. Bei Umweltwärme handelt sich daher um nicht nutzbare Anergie (mehr dazu in Kapitel 3 im Abschnitt »Energieverlust, Exergie und Anergie«), die von der Wärmepumpe nutzbar gemacht wird (siehe Abbildung 5.9). Um diese Quellen zu nutzen, durchläuft ein Kältemittel einen Kreisprozess in der Wärmepumpe. Mehr Informationen zu Kältemitteln erhalten Sie in Kapitel 6 im Abschnitt »Kältemittel in Kältemaschinen und Wärmepumpen«.

Abbildung 5.9: Energiefluss der Wärmepumpe

Der Kreisprozess von Wärmepumpen lässt sich mit dem linksdrehenden CarnotKreisprozess beschreiben. Der Carnot-Kreisprozess wird in Kapitel 3 im Abschnitt »Kreisprozesse in der Gebäudetechnik« genauer erklärt. In einer Wärmepumpe gibt es vier Hauptkomponenten, die zusammen einen Kältemittelkreislauf ergeben. Dazu gehören Verdampfer, Kompressor (Verdichter), Kondensator (Verflüssiger) und Expansionsventil. Am Beispiel des linksdrehenden Carnot-Kreisprozesses lässt sich die Funktion einer Wärmepumpe in vier Schritten beschreiben. In Abbildung 5.10 sehen Sie das dazugehörige Funktionsschema einer Wärmepumpe. Schritt 1 – Verdampfung des Kältemittels: Im ersten Schritt des Kreisprozesses nimmt das Kältemittel im Verdampfer der Wärmepumpe Wärme ( ) aus einer Umweltwärmequelle wie Luft, Wasser oder dem Erdreich auf. Damit die Wärmeübertragung von der Wärmequelle an das Kältemittel funktioniert, muss die Temperatur des Kältemittels beim Eintritt in den Verdampfer deutlich unter der Quelltemperatur liegen. Da der Siedepunkt des Kältemittels sehr niedrig ist, reicht bereits geringe Umweltwärme aus, um das Kältemittel zu verdampfen und seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig zu ändern. Dieser Vorgang wird isotherme Expansion genannt. Schritt 2 – Verdichtung des Kältemittels: Im zweiten Schritt wird das gasförmige Kältemittel mit Hilfe von elektrischer Energie (PEL) in einen Kompressor gesaugt und dort stark verdichtet. Dadurch steigen der Druck und die Temperatur des Kältemittels stark an. Dieser Vorgang wird isentrope (oder adiabatische) Kompression genannt. Schritt 3 – Verflüssigung des Kältemittels: Im dritten Schritt des Kreisprozesses ist das Kältemittel auf einem sehr hohen Temperaturniveau und kann seine Wärme ( ) über einen Wärmeübertrager an ein Heizsystem im Gebäude abgeben. Damit die Wärmeübertragung vom Kältemittel an das Heizsystem funktioniert, muss die Temperatur des Kältemittels beim Eintritt in den Verdampfer deutlich über der Temperatur des Heizsystem liegen. Das Wasser für die Heizung kann dann auf

Temperaturen von bis zu 60 °C erhitzt werden. Der Wärmeübertrager wird auch Kondensator oder Verflüssiger genannt, da in ihm das Kältemittel während der Wärmeabgabe kondensiert und seinen Aggregatzustand von gasförmig zu flüssig ändert. Das Kältemittel ist anschließend wieder flüssig, steht jedoch noch unter hohem Druck. Dieser Vorgang wird isotherme Kompression genannt.

Abbildung 5.10: Funktionsschema einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe

Schritt 4 – Expansion des Kältemittels: Im vierten Schritt passiert das flüssige und unter hohem Druck stehende Kältemittel ein Expansionsventil, wodurch der Druck gesenkt wird. Das Kältemittel dehnt sich wieder aus, kühlt ab und kehrt in seinem Ursprungszustand zurück. Es wird nun in den Verdampfer geleitet, kann erneut Umweltwärme aufnehmen, und der Kreisprozess beginnt von Neuem. Dieser Vorgang wird isentrope (oder adiabatische) Expansion genannt.

Mehr Informationen zu den Eigenschaften von Gasen und dazu, welchen Einfluss

Volumen, Druck und Temperatur aufeinander haben, finden Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Zustandsänderungen und Zusammenhänge zwischen Temperatur, Druck und Volumen«. Die Abläufe und auch die Bauteile in einer Kompressionswärmepumpe und einer Kompressionskältemaschine sind fast identisch. Falls Ihnen hier und in Kapitel 6 im Abschnitt »Kompressionskältemaschinen« Parallelen auffallen, ist dies korrekt. Lediglich die Wärmequelle am Verdampfer ( ) und die Abgabe der Wärme am Kondensator (

) sind unterschiedlich. Merken Sie sich dazu folgende Punkte:

Wärmepumpe: Eine Wärmepumpe entzieht der Umwelt (Luft, Wasser, Erdreich) mittels Kältemittel Wärme ( ). Das Kältemittel wird mit Hilfe eines Kompressors und elektrischer Energie (PEL) auf ein höheres Temperaturniveau verdichtet. Die Wärme im Kältemittel ( ) wird dann an ein Heizungssystem übergeben. Kältemaschine: Eine Kältemaschine entzieht hingegen einem Raum oder einem Kühlmittel (Wasser, Sole) mittels Kältemittel Wärme ( ). Diese wird ebenfalls mit Hilfe des Kompressors und elektrischer Energie (PEL) auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Die Wärme im Kältemittel wird dann an die Umwelt als ungenutzte Wärme ( ) abgegeben. Wie eine Kompressionskältemaschine funktioniert, erfahren Sie in Kapitel 6 im gleichnamigen Abschnitt.

Die Effizienz der Wärmepumpe Aus dem linksdrehenden Carnot-Kreisprozess der Wärmepumpe (siehe Kapitel 3, Abschnitt »Kreisprozesse in der Gebäudetechnik«) lässt sich die Leistungszahl ableiten, welche die Energieeffizienz einer Wärmepumpe beschreibt. Die Leistungszahl wird COP (Coefficient of Performance) genannt und hat das Formelzeichen ε (griech. Epsilon). Der COP gibt das Verhältnis des aus dem Heizsystem zugeführten Wärmestroms zur aufgewendeten elektrischen Leistung über den Verdichter an.

Je höher der COP ist, desto effizienter läuft die Wärmepumpe. Dabei spielt die

Temperaturdifferenz zwischen Verdampfer (TV) und Kondensator (TK) eine wichtige Rolle, denn je geringer die Temperaturdifferenz ist, desto effizienter ist die Wärmepumpe. Daher können Sie den COP auch über die Temperaturdifferenz berechnen, wie Sie in der nachfolgenden Formel sehen können. Diese Formel ist aus dem Carnot-Prozess abgeleitet.

Eine Wärmepumpe ist keine perfekte Maschine, sodass auch sie Energieverluste hat. Mit der gezeigten Formel zur Berechnung des COP über die Temperaturen von Kondensator und Verdampfer ermitteln Sie daher nur den theoretisch möglichen COP, welcher in der Realität nicht erreichbar ist. Der reale Wirkungsgrad einer Wärmepumpe liegt meistens zwischen 50 und 80 %. Der COP einer Wärmepumpe wird von Herstellern daher immer in Bezug zu gegebenen Bedingungen angegeben, wie Sie in Tabelle 5.2 sehen können. COP-Wert Bedingung

Erklärung

Hersteller COP

A2/W35

A = Air (Luft), 2 = Lufttemperatur 2 °C, W = Wasserheizung, 35 = Vorlauftemperatur 35 °C

5,2

W10/W35

W = Wasser, 10 = Wassertemperatur 10 °C, W = Wasserheizung, 35 = Vorlauftemperatur 35 °C

6,1

B0/W35

B = Sole, 0 = Soletemperatur 0 °C, W = Wasserheizung Vorlauftemperatur 35 °C

4,8

Tabelle 5.2: Bedingungen für den COP-Wert einer Wärmepumpe

Der COP-Wert einer Wärmepumpe wird zu fest definierten Normbedingungen ermittelt, damit Wärmepumpen untereinander vergleichbar sind. Dazu werden die Quelltemperatur, die Quellenart (dazu mehr im Abschnitt »Wärmequellen für Wärmepumpen« in diesem Kapitel), die Wärmeträgerart und die Vorlauftemperatur im Heizsystem angegeben, wie Sie in Tabelle 5.2 sehen können. Angenommen, Ihre Wärmepumpe hat die Angabe A2/W35, dann handelt es sich um eine Luft-Wasser-Wärmepumpe (mehr dazu im Abschnitt »Überblick von Wärmepumpenarten« in diesem Kapitel). Für die Berechnung des COP wird eine Außenluft als Wärmequelle mit 2 °C und eine Heizwassertemperatur im Vorlauf von 35 °C angenommen. Der angegebene COP der Wärmepumpe im Datenblatt beträgt 5,2 und besagt damit, dass die Wärmepumpe mit 1 kWh elektrischer Energie eine

Nutzwärme von 5,2 kWh unter den angegebenen Werten erzeugen kann. Wie groß ist der theoretisch mögliche Wirkungsgrad, und wie hoch sind die Verluste am Verdichter und beim Wärmeübertrag? Um dies zu berechnen, ermitteln Sie zunächst den theoretisch möglichen COP über die Temperaturen am Verdampfer und am Verflüssiger. Dazu rechnen Sie diese in Kelvin um. Denken Sie daran, dass der Ausgangspunkt für die Umrechnung in Kelvin immer der absolute Nullpunkt von 0 K (−273,15 °C) ist (mehr dazu in Kapitel 3 im Abschnitt »Tanz der Moleküle: Die Temperatur«). Daraus ergeben sich die folgenden Werte: Temperatur am Verdampfer: TV = 273,15K + 2K = 275,15K Temperatur am Kondensator: TK = 273,15 K + 35 K = 308,15 K Mit der bekannten Formel können Sie nun den theoretisch möglichen COP berechnen:

Der theoretisch mögliche Wirkungsgrad liegt bei 9,34 und weicht von dem angegebenen COP von 5,2 deutlich ab. Wenn Sie nun die beiden Größen ins Verhältnis setzten, machen Sie den Wirkungsgrad der Wärmepumpe sowie die Verluste am Verdichter und beim Wärmeübertrag sichtbar.

Der reale Wirkungsgrad der Wärmepumpe liegt somit bei 56 %, und die Verluste über den Verdichter und beim Wärmeübertrag liegen bei 44 % (Summe ergibt 100 %). Hier eine kleine Erinnerung: Damit die Wärmeübertragung von der Quelle an das Kältemittel und vom Kältemittel ans Heizsystem funktioniert, müssen die Temperaturen des Kältemittels beim Eintritt in den Verdampfer deutlich unter der Quelltemperatur und beim Eintritt in den Kondensator deutlich über der Temperatur des Heizsystems liegen. Wenn Sie den COP über die Temperaturen von Kondensator und Verdampfer

berechnen, müssen Sie daher den realen Wirkungsgrad berücksichtigen, wie in der nachfolgenden Formel zu sehen ist. Falls Ihnen dieser nicht vorliegt, rechnen Sie mit einem realen Wirkungsgrad von 50 bis 80 %.

Um die Effizienz einer Wärmepumpe im realen Betrieb zu beurteilen, gibt es noch zwei weitere Größen: die Jahresarbeitszahl (JAZ) und die saisonale Leistungszahl (SCOP – Seasonal Coefficient of Performance). Jahresarbeitszahl Wärmepumpe (JAZ): Die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe ist im Prinzip der COP einer Wärmepumpe in Betrieb und unter Realbedingungen für ein Betriebsjahr. Die Jahresarbeitszahl kann somit erst ermittelt werden, wenn die Wärmepumpe ein Jahr in Betrieb ist und hängt außer von den klimatischen Bedingungen vor Ort auch von der Gebäudequalität und dem Nutzerverhalten ab. Zur Ermittlung müssen an der Wärmepumpe ein Strom- und ein Wärmemengenzähler installiert sein. Anschießend kann die Jahresarbeitszahl (JAZ) aus dem Quotienten von erzeugter Wärme pro Jahr (QWP in kWh/a) und benötigter elektrischer Energie pro Jahr (Wel in kWh/a) ermittelt werden. Ein kleiner Spoiler an dieser Stelle: Die Jahresarbeitszahl wird mit großer Wahrscheinlichkeit niedriger ausfallen als die angegebenen COPs der Hersteller.

Saisonale Leistungszahl der Wärmepumpe (SCOP): Der SCOP-Wert ist eine Verfeinerung des COP-Wertes, bei der auch der Teillastbereich (Sommer, Frühling und Herbst) der Wärmepumpe betrachtet wird. Somit werden bei der Ermittlung der saisonalen Leistungszahl unterschiedliche Klimazonen und Außentemperaturen berücksichtigt.

Wärmequellen für Wärmepumpen Wärmepumpen können nicht nutzbare Umweltenergie in nutzbare Heizenergie umwandeln. Die klassischen Energiequellen sind die Außenluft, das Grundwasser oder das Erdreich, wie Sie in Abbildung 5.11 sehen können. Aber auch andere Energiequellen wie Eisspeicher, Solarspeicher, das Meereswasser oder Abwärme von Industrieprozessen können als Wärmequelle für eine Wärmepumpe dienen.

Abbildung 5.11: Verschiedene Wärmequellen für Wärmepumpen

Einige Wärmequellen haben im Winter ein sehr niedriges Temperaturniveau. Dennoch kann eine Wärmepumpe diese zum Heizen nutzen. Das in der Wärmepumpe befindliche Kältemittel siedet bei sehr geringen Temperaturen, sodass Außentemperaturen unterhalb von 0 °C ausreichen, um genügend Wärme an das Kältemittel abzugeben. Typische Kältemittel in Wärmepumpen sind R290 (Propan) mit einer Siedetemperatur von −42 °C und R410A (Gemisch aus Difluormethan und Pentafluorethan) mit einer Siedetemperatur von −48 °C unter Atmosphärendruck. Deshalb muss das Kältemittel am Expansionsventil auch wieder entspannt werden, damit die Siedetemperatur wieder erreicht werden kann. Mehr Informationen zu

Kältemitteln erhalten Sie in Kapitel 6 im Abschnitt »Kältemittel in Kältemaschinen und Wärmepumpen«. Nachfolgend sind die wichtigsten Wärmequellen für Wärmepumpen aufgelistet. Außenluft: Der größte Vorteil der Außenluft als Wärmequelle ist, dass Außenluft überall zur Verfügung steht und leicht erschlossen werden kann. Damit kann eine Luft-Wärmepumpe fast überall eingesetzt werden. Der größte Nachteil der Außenluft sind die schwankenden Temperaturen. So hat eine Luft-Wärmepumpe die niedrigste Effizienz bei kalten Außentemperaturen, wenn im Gebäude am meisten Wärme benötigt wird. Mehr Informationen zur Effizienz von Wärmepumpen finden Sie im gleichnamigen Abschnitt in diesem Kapitel. Grundwasser: Grundwasser kann, wenn es in ausreichender Menge und in nicht zu großer Tiefe vorhanden ist, als Wärmequelle genutzt werden. Grundwasser hat ganzjährig Temperaturen zwischen 7 und 12 °C und ist somit relativ konstant. Diese Temperaturen machen eine Wärmepumpe im Winter besonders effizient. Im Sommer kann Grundwasser auch zur Kühlung genutzt werden. Wenn Sie vorhaben, Grundwasser als Wärmequelle zu nutzen, benötigen Sie jedoch eine Genehmigung der örtlichen unteren Wasserbehörde. Erdwärme (Geothermie): Wenn Sie die Erde als Wärmequelle nutzen möchten, können Sie Erdsonden oder Erdkollektoren verwenden. Ab einer Tiefe von ca. 15 Metern sind die Einflüsse von Sonnenstrahlung und Außentemperaturen nicht mehr wahrnehmbar, und es stellt sich eine konstante Temperatur von ca. 10 °C ein, die mit zunehmender Tiefe ansteigt (alle 33 Meter um ca. ein Kelvin). Erdkollektoren werden in einer Tiefe von bis zu drei Metern verlegt, sodass lokale Wettereinflüsse bemerkbar sind. Erdsonden werden hingegen bis zu einer Tiefe von 100 Metern gebohrt und haben in dieser Tiefe eine konstante Temperatur von ca. 13 °C. Solarthermie: Solarthermie kann nicht nur für die Warmwasserbereitung eingesetzt werden (mehr dazu in Kapitel 12 im Abschnitt »Zentrale Warmwasserversorgung«), sondern auch direkt in Ihr Heizungssystem Wärme einspeisen oder indirekt die Hauptwärmequelle Ihrer Wärmepumpe unterstützen. So können Sie auf der Seite der Wärmequelle ein höheres Temperaturniveau erreichen, und die Wärmepumpe läuft effizienter. Eisspeicher: Auch wenn es sich etwas paradox anhört, können Sie einen Eisspeicher als Wärmequelle verwenden. Ein Eisspeicher nutzt dazu, wie der Brennwertkessel (siehe Abschnitt »Brennwertkessel: Stand der Kesseltechnik« in diesem Kapitel), latente Wärme (verborgene Wärme). Bei einem Eisspeicher dient die Kristallisationswärme von Wasser als Wärmequelle, die während des Gefrierens freigesetzt wird. Beim Gefrieren von Wasser wird genauso viel Wärme freigesetzt, wie für den Schmelzvorgang von Wasser benötigt wird. Das entspricht einer spezifischen Energie von 333,5 kJ/kg. Um eine Vorstellung von dieser Menge zu

bekommen, stellen Sie sich folgenden Vorgang vor: Der Schmelzvorgang von 0 °C kaltem Eis auf 0 °C kaltes Wasser benötigt genauso viel Energie wie die Erwärmung von 0 °C kaltem Wasser auf 81 °C warmes Wasser. Somit kann auf kleinem Raum eine hohe Speicherkapazität angeboten werden (dies ist gerade bei Geothermieanlagen eine Herausforderung). Im Winter entzieht die Wärmepumpe dem Wasser im Eisspeicher Wärme, und das Wasser im Eisspeicher gefriert. Die Energie zur Regeneration des Eisspeichers, also zum Schmelzen des Eises, kann im Sommer für die Kühlung im Gebäude genutzt werden. Alternativ wird dem Eisspeicher zur Regeneration im Sommer Wärme über einen Luftabsorber oder eine Solarthermieanlage zugeführt. Oberflächenwasser: Auch See-, Fluss- und Meerwasser kann als Wärmequelle für eine Wärmepumpe dienen. Die Wassertemperaturen im Winter liegen zwischen 3 und 5 °C, und die Auswirkungen auf die Gewässer werden als gering eingeschätzt. Wärmepumpen mit See-, Fluss- und Meerwassernutzung als Wärmequelle müssen jedoch in Gewässernähe sein, und es sind Genehmigungen der lokalen Wasserbehörden notwendig. Prozesswärme: Prozesswärme ist die Abwärme von industriellen Prozessen und technischen Verfahren. Während hochtemperierte Abwärme für die Heizung von Fernwärmenetzen genutzt wird, kann niedertemperierte Abwärme als Wärmequelle für Wärmepumpen dienen. Es gibt eine Vielzahl von Wärmequellen, die für Wärmepumpen in Frage kommen. Auch die Kombination mit Photovoltaik als Strom- und Solarthermie zur Wärmeunterstützung (Adsorption- und Absorptionswärmepumpen) ist für Wärmepumpen interessant, da sie auf erneuerbare Energiequellen für den Antrieb zurückgreifen.

Überblick von Wärmepumpenarten Die Art der Wärmepumpe wird über zwei Größen definiert: den Wärmeträger der Wärmequelle und den Wärmeträger im Heizsystem. Daher erfolgt die Bezeichnung einer Wärmepumpe in dieser Reihenfolge. So entzieht eine Luft-Wasser-Wärmepumpe der Außenluft Wärme (Wärmeträger der Wärmequelle ist Luft) und übergibt sie an eine Warmwasserheizung (Wärmeträger im Heizsystem ist Wasser). Nachfolgend finden Sie die verschiedenen Wärmepumpenarten aufgelistet. Luft-Wasser-Wärmepumpe (LW-WP): Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe entzieht der näheren Umgebungsluft Wärme und gibt diese an eine Warmwasserheizung ab. Diese kann als Wärmeübertragungsflächen Heizkörper oder eine Flächenheizung wie eine Fußbodenheizung haben. Die Umgebungsluft kann Außenluft, die Abluft des eigenen Gebäudes mittels Wärmeübertrager oder aber auch die Abluft eines Industrieprozesses sein. Luft-Luft-Wärmepumpe (LL-WP): Die Luft-Luft-Wärmepumpe entzieht ebenfalls

der näheren Außenluft Wärme für den Heizprozess, gibt ihre Wärme jedoch an eine Luftheizung oder an ein Lüftungsgerät mit Heizfunktion ab. Wasser-Wasser-Wärmepumpe (WW-WP): Eine Wasser-Wasser Wärmepumpe entzieht einer Wasserwärmequelle (Oberflächengewässer oder Grundwasser) Wärme und überträgt diese auf eine Warmwasserheizung. Wasser-Luft-Wärmepumpe (WL-WP): Die Wasser-Luft-Wärmepumpe entzieht ebenfalls einer Wasserwärmequelle Wärme für den Heizprozess und übergibt die erzeugte Wärme an eine Luftheizung oder Klimaanlage. Sole-Wasser-Wärmepumpe (SW-WP): Sole ist eine wässrige Lösung aus Salzen mit einem niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser. Sole ist somit frostsicher und eignet sich ideal als Wärmeträger bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes. Eine SoleWasser-Wärmepumpe kann daher Wärme aus Eisspeichern, Solarspeichern oder dem Erdreich entziehen, auch wenn diese Wärmequellen Temperaturen unter 0 °C aufweisen. Die Sole-Wasser-Wärmepumpe überträgt anschließend die gewonnenen Wärme an eine Warmwasserheizung. Sole-Luft-Wärmepumpe (SL-WP): Die Sole-Luft-Wärmepumpe nutzt die gleichen Wärmequellen wie eine Sole-Wasser-Wärmepumpe, übergibt ihre Wärme jedoch an eine Luftheizung oder Klimaanlage

Eine reversible Wärmepumpe kann in den Sommermonaten auch kühlen. Sie funktioniert dann wie eine Kältemaschine (siehe Kapitel 6). Dabei entzieht die Wärmepumpe dem Gebäude über eine Fußbodenheizung oder eine Lüftungsanlage Wärme und gibt diese an die Umwelt oder die ursprüngliche Wärmequelle ab. Wenn Sie beispielsweise Erdsonden im Einsatz haben und Geothermie als Wärmequelle im Winter verwenden, kann die Raumwärme über die Erdsonden im Sommer dem Boden zugeführt werden und diesen regenerieren (wieder aufwärmen).

Betriebsweise von Wärmepumpen Wärmepumpen laufen effizient, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizsystem gering gehalten wird. Besonders im Winter, wenn das Heizsystem das Gebäude mit einer hohen Temperatur aufheizen soll, kann die Wärmequelle eine niedrige Temperatur aufweisen und der Betrieb einer Wärmepumpe ineffizient sein. Daher gibt es für Wärmepumpen verschiedene Betriebsweisen. Zwar werden in vielen Datenblättern für Wärmepumpen Wärmequelltemperaturen von bis zu −20 °C angegeben, dennoch sollten Sie immer versuchen, auf eine hohe Wärmequelltemperatur zurückzugreifen. Dies ist besonders im Altbau wichtig, da hier auch nach umfangreichen Sanierungsmaßnahmen Vorlauftemperaturen von bis

zu 50 °C für die Warmwasserheizung notwendig sein können. Die nachfolgenden Betriebsweisen zeigen daher Möglichkeiten, wie eine Wärmepumpe betrieben werden kann. Welche Betriebsweise für Sie die beste ist, müssen Sie mit einem Fachbetrieb oder in einer Energieberatung erörtern, da es schwierig ist, eine allgemeingültige Aussage zu treffen. Nachfolgend finden Sie die verschiedenen Betriebsweisen von Wärmepumpen aufgelistet und in Abbildung 5.12 grafisch dargestellt. Monovalente Betriebsweise: Das Adjektiv »monovalent« kommt aus dem Griechischen und steht für »allein« oder »einzig«. Somit ist eine Wärmepumpe mit monovalenter Betriebsweise ganzjährig für die Deckung des Wärme- und Warmwasserbedarfs verantwortlich, wie in Abbildung 5.12 oben links zu sehen ist. Eine monovalente Betriebsweise eignet sich daher besonders bei konstanten Quelltemperaturen. Dazu gehörten die Temperaturen des Grundwassers und des Erdreichs.

Abbildung 5.12: Betriebsweisen von Wärmepumpen

Bivalente Betriebsweise: Die lateinische Vorsilbe »bi« steht für »zwei«, daher wird eine Wärmepumpe bei einer bivalenten Betriebsweise von einem weiteren Wärmeerzeuger, meist einer kleinen Gas-Brennwerttherme, unterstützt. Die Wärmepumpe heizt bis zu einer bestimmten Außentemperatur allein und wird beim Unterschreiten der Außentemperatur vom zweiten Wärmeerzeuger unterstützt oder abgelöst. Die Grenztemperatur, wenn der zweite Energieträger einsetzt, wird »Bivalenzpunkt« genannt. Die bivalente Betriebsweise eignet sich besonders gut bei Altbauten mit hohem Wärmebedarf und Wärmequellen mit schwankenden Temperaturen. Für die bivalente Betriebsweise gibt es drei Unterbetriebsarten, die in Abbildung 5.12 dargestellt sind. Bivalent-alternative Betriebsweise: Bis zum Bivalenzpunkt deckt die Wärmepumpe den Wärmebedarf des Gebäudes allein. Beim Unterschreiten des Bivalenzpunktes wird die Wärmepumpe abgeschaltet und vom zweiten Wärmeerzeuger abgelöst.

Bivalent-parallele Betriebsweise: Beim Unterschreiten des Bivalenzpunktes unterstützt der zweite Wärmeerzeuger die Wärmepumpe im Heizbetrieb. Die Heizleistung des zweiten Wärmeerzeugers steigt bei kälterer Außentemperatur. Bivalent-teilparallele Betriebsweise: Dies ist eine Mischung aus bivalentalternativer und -paralleler Betriebsweise. Dafür gibt es zwei Bivalenzpunkte. Beim Unterschreiten des ersten Bivalenzpunktes unterstützt der zweite Wärmeerzeuger die Wärmepumpe. Beim Unterschreiten des zweiten Bivalenzpunktes schaltet die Wärmepumpe ab, und der zweite Wärmeerzeuger übernimmt den gesamten Heizbetrieb. Diese Betriebsweise eignet sich besonders dann, wenn die Wärmepumpe ab der Unterschreitung des zweiten Bivalenzpunktes ineffizient läuft. Multivalente Betriebsweise: Bei der multivalenten Betriebsweise (lat. Vorsilbe »multi« für »viele«) sind mehrere technische Anlagen in Kombination mit der Wärmepumpe für die Deckung des Wärmebedarfs zuständig. Ein multivalentes System kann beispielsweise aus einer Wärmepumpe mit unterstützender Gastherme, einer Photovoltaik- und Solarthermieanlage, sowie einem Eisspeicher bestehen. Der Antrieb der Wärmepumpe kann teilweise mit Strom aus der Photovoltaikanlage gedeckt werden, und als Wärmequelle dient der Eisspeicher. Die Solarkollektoren versorgen ganzjährig den Trinkwarmwasserspeicher mit Wärme, und in den Sommermonaten wird die Wärme zusätzlich zur Regenration des Eisspeichers genutzt. Nur an den kältesten Tagen im Jahr unterstützt die Gastherme die Wärmepumpe für den Heizbetrieb. Multivalente Anlagen bieten für jede Betriebssituation optimierte Fahrweisen, müssen jedoch sogfältig geplant werden. Ein besonderes Augenmerk liegt hier auf der Regelung, damit immer die richtigen Fahrweisen fürs Heizen und für die Warmwasserbereitung gewählt werden. Die Gesamteffizienz über das Jahr kann sich schnell verschlechtern, wenn über einen kurzen Zeitraum eine falsche Fahrweise gewählt wurde.

Weitere Wärmeerzeuger Neben Heizkesseln und Wärmepumpen gibt es noch unzählige weitere Wärmeerzeuger, die in einer Detailbeschreibung jedoch den Umfang dieses Buches sprengen würden. Daher finden Sie in der nachfolgenden Auflistung weitere verbreitete Wärmeerzeuger, die eine interessante Alternative für Sie sein können.

Solarthermie für Heizung und Warmwasser Eine Solarthermieanlage wandelt nicht wie eine Photovoltaikanlage Sonnenenergie in Strom, sondern in Wärme um. Diese Wärme können Sie für die Warmwassererwärmung und zur Unterstützung Ihrer Heizungsanlage nutzen. Eine Solarthermieanlage besteht in der Regel aus Solarkollektoren auf dem Dach, einer Solarstation mit Regeleinheit und einem großen Pufferspeicher mit Wärmeübertrager (weitere Informationen zu

Pufferspeicher, Wärmeübertrager und weiteren Bauteilen der Gebäudetechnik erhalten Sie in Kapitel 7). Wenn Sie eine schwarze Tonne im Sommer aufstellen und mit Wasser füllen, können Sie, wie in Abbildung 5.13 zu sehen ist, bei guter Sonneneinstrahlung eine warme Dusche genießen. Das Prinzip der Solardusche ähnelt dem einer Solarthermieanlage, mit dem Unterschied, dass Sie das Wasser in der Tonne direkt und ineffizienter erwärmen.

Abbildung 5.13: Solardusche im Sommer – Quelle: Sir_Oliver, Stock.Adobe.com

In Solarkollektoren befindet sich ein frostsicheres Wärmeträgermedium (Soleflüssigkeit), welches über die dunklen Kollektorflächen Sonnenstrahlen einfängt und diese fast vollständig in Wärme umwandelt. Die heiße Sole wird mit einer Pumpe in einen Wärmespeicher transportiert, wo die Sole ihre Wärme über einen Wärmeübertrager an das im Pufferspeicher befindliche Wasser abgibt. Die Soleflüssigkeit fließt anschließend zurück zum Sonnenkollektor und kann erneut Wärme aufnehmen. In Kapitel 12 im Abschnitt »Zentrale Warmwasserversorgung« wird die Funktion einer Solarthermieanlage für die Warmwasserbereitung genauer vorgestellt. In Abbildung 5.14 sind die Röhrenkollektoren einer Solarthermieanlage auf einem Dach abgebildet. Die Wärme aus dem Speicher steht dann für die Warmwasserbereitung oder die Unterstützung Ihrer Heizungsanlage zur Verfügung. Die Wärme aus Solarthermieanlagen kann jedoch nicht nur fürs Heizen genutzt werden, sondern auch für das Kühlen von Gebäuden. Dazu kommen Sorptionskältemaschinen zum Einsatz, welche in Kapitel 6 vorgestellt werden.

Abbildung 5.14: Röhrenkollektor einer Solarthermieanlage – Quelle: Christian, Stock.Adobe.com

Solarkollektoren gibt es als Flachkollektoren und als Vakuum-Röhrenkollektoren. Röhrenkollektoren sind zwar deutlich teurer, haben aber auch einen höheren Ertrag bei gleicher Kollektorfläche. Röhrenkollektoren werden meist dann eingesetzt, wenn die Solarthermieanlage auch einen Großteil der Heizfunktion übernehmen soll. Aufgrund des Vakuums in den Kollektoren haben Röhrenkollektoren weniger Wärmeverlust (ähnlich wie bei einer Thermoskanne), können dadurch besser mit Temperaturschwankungen umgehen und weisen bereits bei geringer Sonneneinstrahlung einen Ertrag auf. Flachkollektoren werden hingegen oft ausschließlich für die Warmwasserbereitung eingesetzt. Welcher Kollektortyp für Sie der richtige ist, sollten Sie in einer Energieberatung erörtern, denn neben den monetären Aspekten sind auch die zur Verfügung stehende Dachfläche und die Gebäudeausrichtung wichtig. Da in unseren Breitengraden nicht immer Sonne in ausreichendem Maß vorhanden ist, gilt es, abzuwägen, ob eine Solarthermieanlage ausschließlich zur Warmwasserbereitung genutzt wird oder auch als Ergänzung zum eigentlichen Heizsystem.

Wenn Sie Ihr Gebäude überwiegend mit Solarthermie beheizen wollen, muss es über einen niedrigen Energiebedarf, eine Südausrichtung, große Kollektorflächen und einen großen thermischen Speicher verfügen, der sich im beheizten Bereich des Gebäudes befindet. Die Speichergröße und die Kollektorfläche müssen dabei gut aufeinander abgestimmt sein. Diese Vorgehensweise findet im Energiesparhaus-Typ »Sonnenhaus« Anwendung. Mehr zum Sonnenhaus finden Sie in Kapitel 4 im Abschnitt »Energiesparhäuser im Überblick« oder auf der Webseite des Sonnenhaus-Instituts e. V. (https://www.sonnenhaus-institut.de/).

Fernwärmeheizung für Ballungsgebiete Die Fernwärmeheizung ist meist in Großstädten vorzufinden und liefert Wärme über ein weit verzweigtes Fernwärmenetz zum Gebäude. Im Gebäude angekommen, strömt die Wärme entweder direkt in das Gebäude oder wird mittels Wärmeübertrager an das Gebäude übergeben. Die Wärme wird zentral in einem Heizwerk oder Heizkraftwerk produziert. Es gibt Kraftwerke, Heizwerke und Heizkraftwerke. Mit dieser kleinen Gedankenstütze werden Sie diese nicht mehr durcheinanderbringen: Kraftwerk: Ein Kraftwerk produziert ausschließlich Strom. Heizwerk: Ein Heizwerk produziert ausschließlich Wärme. Heizkraftwerk: Ein Heizkraftwerk produziert Strom, wobei die dabei entstehende Abwärme einem lokalen Wärmenetz (zum Beispiel der städtischen Fernwärme) fürs Heizen zugeführt wird. Diese Technologie wird Kraft-WärmeKopplung (kurz KWK) genannt. Heizkraftwerke sind sehr viel effizienter, da sie Strom und Wärme produzieren und beide Energieformen nutzen. Die Kraft-Wärme-Kopplung spielt somit beim Erreichen der Klimaschutzziele eine wichtige Rolle. Die Wärme in einem Fernwärmenetz ist meist ein Abfallprodukt aus Heizkraftwerken (Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen), Müllverbrennungsanlagen oder hochtemperierten Industrieprozessen. Hier gibt es unterschiedliche Interpretationen, ob diese Wärme als CO2-neutral bezeichnet werden kann, da im Kraftwerk selbst große Mengen an CO2 erzeugt werden. Die Wärme kann aber auch aus erneuerbaren Energiequellen wie Solarthermie oder dem Erdreich mittels Tiefengeothermie gewonnen werden.

Abbildung 5.15: Überirdische Fernwärmeleitungen in einem Stadtgebiet – Quelle: focus finder, Stock.Adobe.com

Die anfallende Wärme wird anschließend über unterirdische oder oberirdische Leitungen großflächig verteilt, wie Sie in Abbildung 5.15 sehen können. Das Fernwärmenetz von München hat beispielsweise eine Länge von rund 900 Kilometern. Als Wärmeträger kommt überwiegend Wasser, seltener Dampf zum Einsatz. Fernwärme ist jedoch nicht überall verfügbar und somit nicht für jeden zugänglich. Ein Gebäude mit Fernwärmeanschluss hat den Vorteil, dass der Wärmeübertrager platzsparend ist und die Kosten für die Wartung sehr gering ausfallen. Sie benötigen keinen zusätzlichen Wärmeerzeuger.

Blockheizkraftwerk: Die Strom erzeugende Heizung In einem Blockheizkraftwerk (kurz BHWK) wird durch die Verbrennung eines Brennstoffes (zum Beispiel Gas) ein Motor oder eine Turbine angetrieben, welche Strom und Wärme produziert. Ein BHKW nutzt somit das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) und funktioniert ähnlich wie ein großes Heizkraftwerk (siehe vorheriger Abschnitt zur Fernwärmeheizung). In Abbildung 5.16 sehen Sie ein Mikro-BHKW für Ein- und Zweifamilienhäuser.

Abbildung 5.16: Geöffnetes Mikro-BHKW für Ein- und Zweifamilienhäuser – Quelle: Senertec

Die Leistungsangaben für ein BHKW richten sich nach dem Wärme- oder nach dem Strombedarf. Je nachdem, welche Energieform prioritär gedeckt werden muss, ist ein BHKW wärmegeführt oder stromgeführt. BHKW werden in kleinerem Stil eingesetzt und eignen sich je nach Größe für die Quartiersversorgung oder für Ihr Eigenheim. Die Größen von BHKW reichen von 1 kW bis zu 10 MW. Da diese Leistungsspanne recht groß ist, erfolgt eine weitere Unterteilung nach Leistungsgrößen. BHKW: Ein klassisches BHKW hat eine Leistungsgröße von 50 kW bis 10 MW und

eignet sich für größere Industrieareale und Quartiere mit einem hohen Wärme- und Strombedarf. Mini-BHKW: Die Leistungsgröße für Mini-BHKW liegt zwischen 15 kW und 50 kW. Es wird in kleineren Wohn- und Geschäftsquartieren eingesetzt. Mikro-BHKW: Mikro-BHKW-Anlagen haben eine Leistungsgröße zwischen 2,5 kW und 15 kW und werden zur Versorgung von Mehrfamilienhäusern, Krankenhäusern und Schwimmbädern eingesetzt. Nano-BHKW: Das Nano-BHKW hat eine Leistung unterhalb von 2,5 kW und eignet sich für den Einsatz in Einfamilienhäusern. Da BHKW-Anlagen ziemlich teuer sind, sollte bei der Planung auf die richtige Dimensionierung geachtet werden. Je länger eine BHKW-Anlage in einem Jahr läuft, desto wirtschaftlicher ist sie. BHKW sind daher besonders für Liegenschaften und Gebäude interessant, die ganzjährig eine hohe Wärmeabnahme haben. Die Laufzeit für ein BHKW sollte mindestens bei 4.500 Stunden pro Jahr liegen. Da ein Jahr 8.760 Stunden hat, entspricht dies einer durchgehenden Mindestlaufzeit von mehr als einem halben Jahr.

Nachtspeicherheizungen Auch wenn die Nachtspeicherheizung keine Warmwasserheizung ist, sollte sie als Heizsystem genannt werden, da sie und andere direkt elektrisch betriebenen Heizgeräte in Deutschland noch weit verbreitet sind. Die Nachtspeicherheizung oder der Nachtspeicherofen ist in der heutigen Zeit die wahrscheinlich unwirtschaftlichste und teuerste Methode zum Heizen. In einer Nachtspeicherheizung fließt elektrischer Strom durch ein elektrisches Heizelement, welches einen Wärmespeicher aufheizt. Der elektrische Strom wird zu nahezu 100 % in Wärme umgewandelt. Der Speicher gibt anschließend die gespeicherte Wärme über einen längeren Zeitraum an die Umgebungsluft ab. Ein Nachtspeicherofen ist somit Wärmeerzeuger und Wärmeübergabe in einem. In Abbildung 5.17 sehen Sie beispielhaft eine Nachtspeicherheizung.

Abbildung 5.17: Nachspeicherheizung ohne Frontabdeckung – Quelle: Jürgen Fälchle, Stock.Adobe.com

Netzbetreiber bieten heute noch preiswertere Stromtarife für das Heizen mit Strom an. Dazu benötigen Sie jedoch zwei getrennte Stromkreise und zwei separate Stromzähler – jeweils einen für den Haushaltsstrom und für den Heizstrom. Falls Sie eine Nachtspeicherheizung haben, sollten Sie diese umgehend gegen ein neues und modernes Heizsystem austauschen. Die Nachtspeicherheizung stammt aus den 1950er- und 1960er-Jahren, als Strom sehr preiswert war und Stromanbieter in der Nacht einen sehr billigen Niederstromtarif anbieten konnten, um ihre Grundlastkraftwerke (Kohle und Kernkraft) besser auszulasten. Bei den aktuellen Energiepreisen lohnt sich eine Nachtspeicherheizung jedoch keinesfalls. Sollten Sie eine Nachtspeicherheizung haben, sind eine Energieberatung und der Tausch des Heizungssystems zu empfehlen.

Brennstoffzellenheizung Die Brennstoffzellenheizung ist ein weiteres Heizsystem, welches Strom und Wärme erzeugt und das Funktionsprinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) nutzt. Zur Wärmeund Stromerzeugung benötigt die Brennstoffzelle Wasserstoff und Sauerstoff. Da

Wasserstoff und Sauerstoff als reine Gase ziemlich teuer sind, wird in den meisten Brennstoffzellen Wasserstoff aus Brenngasen wie Erdgas, Biogas oder Methanol gewonnen und Sauerstoff aus der Luft bezogen. Um nun Strom und Wärme zu produzieren, findet in der Brennstoffzelle eine chemische Reaktion zwischen Anode und Kathode statt, bei der Energie entsteht. Das Prinzip der Brennstoffzelle können Sie in Abbildung 5.18 sehen. Dieser Vorgang wird »kalte Verbrennung« genannt (kalt, da nicht wirklich etwas verbrannt wird). In einer Brennstoffzelle gibt es auf der Seite der Anode Wasserstoff, auf der Seite der Kathode Sauerstoff und in der Mitte eine Elektrolytmembran, welche keine Wasserstoffelektronen durchlässt.

Abbildung 5.18: Aufbau und Funktion einer Brennstoffzelle

Die Protonen und Elektronen des Wasserstoffs wollen jedoch mit dem Sauerstoff zu Wasser reagieren. Die Wasserstoffprotonen können ohne Probleme durch die Elektrolytmembran wandern. Da die Wasserstoffelektronen jedoch nicht durchkommen, müssen sie über einen Leiter zur Anode wandern, wobei sie Gleichstrom und Wärme erzeugen. Über einen Inverter (auch Wechselrichter genannt) wird der Gleichstrom in Wechselstrom umgewandelt und in das Stromnetz eingespeist. Die entstandene Wärme wird mittels Wärmeübertrager dem Heizsystem und der Warmwasserbereitung zugeführt. Die Brennstoffzelle ist für die Energiewende eine interessante Alternative, da sie in Kombination mit einer Photovoltaikanlage ihr volles Potenzial ausschöpfen kann. Dazu wird in einem Elektrolyseverfahren mit photovoltaisch erzeugtem Strom zunächst Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten (siehe Kapitel 9 im Abschnitt »Zukunftsvision:

Wind und Sonnenenergie für die Wasserstoffwirtschaft«). Der dabei erzeugte Wasserstoff kann in einem Gastank zwischengespeichert werden. In der Heizsaison bezieht die Brennstoffzelle dann bei Bedarf den Wasserstoff aus dem Gasspeicher und produziert Wärme und Strom für das Gebäude. Noch ist der Gesamtwirkungsgrad der Anlagen relativ niedrig, aber die Technik wird weiterentwickelt.

Holzheizungen Holz ist ein beliebter, nachwachsender und regional verfügbarer Rohstoff, der auch für die Verbrennung genutzt wird. Zur klassischen Holzheizung gehören Kamine und Kachelöfen, die mit ihrer angenehmen Wärme für eine Wohlfühlatmosphäre sorgen. Aber auch Pelletheizungen, Holzvergaser und Hackschnitzelheizungen nutzen Holz als Brennstoff. Kamine und Kachelöfen sind meist nur in einzelnen Räumen verbaut, sodass es sich um eine Einzelraumfeuerungsanlage handelt, die für den Raum Wärmeerzeugung und Wärmeübergabe in einem ist. In Neubauten werden Kamine und Kachelöfen als unterstützende Systeme für Solarthermieanlagen oder als Wohlfühl-Accessoire im Wohnzimmer eingesetzt, wie in Abbildung 5.19 zu sehen ist. Eine Nutzung von Kaminen und Kachelöfen als alleiniges Heizsystem macht heute kaum noch Sinn.

Abbildung 5.19: Kachelofen mit Holzbefeuerung – Quelle: Photolifestyle, Stock.Adobe.com

In Neubauten können moderne Pelletheizungen, Holzvergaser und Hackschnitzelheizungen zum Einsatz kommen. Aber auch für Altbauten sind moderne Holzheizungen interessant, da der Tausch einer alten Ölheizung gegen eine moderne Holzheizung vom Staat gefördert werden kann. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht der wichtigsten Holzheizungen. Pelletheizung: Holzpellets sind kleine, aus Sägemehl, Wasser und Stärke gepresste, zylinderförmige Stäbe mit einem Durchmesser von ca. 6 mm und einer Länge von ca. 3 cm. Neben Pelletheizkesseln, die ganze Gebäude mit Wärme versorgen, gibt es auch Pelletöfen für einzelne Raume. Bei größeren Holzpelletkesseln müssen ein Lagerraum für die Pellets und ein Transportsystem vom Lager zum Heizkessel vorgesehen werden, was höhere Kosten und einen höheren Platzbedarf verursacht. Auch die Staubentwicklung beim Transport der Pellets im Gebäude ist eine Herausforderung. Im Heizbetrieb werden die Pellets vom Lager über ein Transportsystem (Förderschnecke oder Saugsystem) zum Kessel transportiert und dort verbrannt. Die Wärme wird anschließend in einen Pufferspeicher geleitet und dort über einen Wärmetauscher an das Heizsystem abgegeben. Bei kleineren Öfen in einzelnen Räumen werden die Pellets per Hand nachgefüllt, und die Wärme wird direkt an den Raum abgegeben. Hackschnitzelheizung: Hackschnitzel sind zerkleinertes und gehacktes Holz, welches meist aus Holzabfällen der Landwirtschaft stammt oder in der Industrie nicht weiterverwendet werden kann. Ähnlich wie ein Holzpelletkessel benötigt eine Hackschnitzelheizung einen Lagerraum und ein Transportsystem, welches die Hackschnitzel zum Heizkessel transportiert. Die durch die Hackschnitzelverbrennung entstehende Wärme wird an einen Pufferspeicher mit Wärmeübertrager abgegeben und steht für die Gebäudeheizung und die Warmwasserbereitung zur Verfügung. Besonders im ländlichen Raum, wo größere Mengen Hackschnitzel anfallen können und Platz für Lagerflächen existiert, sind diese Anlagen eine interessante Alternative zu Öl- oder Gasheizungen. Holzvergaserheizung: Die Holzvergaserheizung ist eine ziemlich spezielle Form der Holzheizung, denn sie verbrennt das Holz nicht wie die anderen vorgestellten Holzheizungen direkt, sondern vergast das Holz und nutzt das entstehende Holzgas als Brennstoff. Die Handhabung einer Holzvergaserheizung benötigt etwas Eingewöhnung. Sie sollten sich daher Ihren ersten Heizvorgang von einer Fachfirma zeigen lassen. Eine Holzvergaserheizung kann mit großen Holzscheiten (bis zu 56 cm lang), aber auch Hackschnitzeln und Holzbriketts betrieben werden. In einem Holzvergaserkessel befinden sich zwei Brennkammern. In der ersten Brennkammer befindet sich das Holz. Um den Holzvergasungsprozess zu starten, muss in der ersten Brennkammer ein Grundfeuer gemacht werden. Wenn die ersten unteren Holzstücke brennen und glühen, wird die erste Brennkammer geschlossen, wobei der Flamme der Sauerstoff entzogen wird und das Grundfeuer erlischt. In der Brennkammer erfolgt

anschließend eine kontrollierte Zugabe von Sauerstoff, damit das Holz durchglühen kann und vergast. Das entstehende Holzgas wird in die zweite Brennkammer gesaugt und dort verbrannt. Die entstehende Wärme wird an einen Pufferspeicher übergeben und steht anschießend dem Heizsystem zu Verfügung. Für Holzvergaserkessel gibt es keine automatische Nachfüllung, und das Holz muss ein- bis zweimal täglich nachgelegt werden. Holzvergaserheizungen lohnen sich besonders für Landwirte mit eigenem Wald.

Kombination von Systemen: Multivalente Anlagen Welches Heizsystem für Sie das richtige ist, müssen Sie mit einer Fachfirma oder in einer Energieberatung erörtern. Die Kombination verschiedener Systeme ist dabei ein interessanter Ansatz, da Sie so den Autarkiegrad Ihres Gebäudes deutlich steigern können und sich unabhängig von steigenden Energiepreisen und Lieferengpässen machen. So ist beispielsweise eine Kombination von Photovoltaik, Solarthermie, Wärmepumpe und einer Brennwerttherme zur Spitzenlastdeckung möglich. Bei einer multivalenten Gebäudeenergieversorgung müssen Sie bedenken, dass die Anlagentechnik komplexer wird, je mehr unterschiedliche Systeme Sie haben. Eine gute Planung durch eine Fachfirma im Vorfeld und eine abgestimmte Regelungstechnik im späteren Betrieb sind daher essenziell.

Abgassysteme Abgassysteme transportieren die bei der Verbrennung entstehenden Abgase von Holz, Kohle, Gas, Öl und anderen Brennstoffen aus dem Gebäude. Sie sind daher senkrecht verlaufende Bauteile, die über das Dach eines Hauses geführt werden und dort die Abgase an die Umwelt abgeben. Abgassysteme kommen nur bei Wärmeerzeugern zum Einsatz, bei denen Rohstoffe verbrannt werden. Dazu gehören die vorgestellten Heizkessel, Holzheizungen, Kamine, Öfen und Blockheizkraftwerke. Diese Wärmeerzeuger werden daher auch Feuerungsanlagen oder Feuerstätten genannt. Je nach Brennstoff unterscheidet man in Schornsteine und Abgasleitungen. Schornsteine: Die Abgase von festen Brennstoffen wie Holz und Kohle dürfen nur in rußbrandbeständigen Schornsteinen abgeführt werden. Abgasleitung: Die Abgase von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen wie Öl und Gas können in feuchteunempfindliche Schornsteine (FU-Schornsteine) oder Abgasleitungen aus Keramik, Edelstahl, Aluminium oder speziellen Kunststoffen und Glasen abgeführt werden.

Wenn Sie eine Heizungsanlage besitzen, die Abgase erzeugt (Heizkessel, Ofen,

Kamin, Gas BHKW usw.), muss die Anlage im Rahmen einer verpflichtenden Feuerstättenschau regelmäßig von Schornsteinfegenden kontrolliert und geprüft werden. Neben der Reinigung des Abgassystems messen die Schornsteinfegenden die austretenden Emissionen und stellen den sicheren Betrieb der Heizungsanlage fest. Viele Schornsteinfegende bieten auch eine Energieberatung und Hilfestellungen zum effizienten Betrieb der Heizungsanlage an. Wenn Sie mit einer Wärmepumpe oder mit einer Solarthermieanlage heizen, produzieren Sie keine Abgase. Somit muss bei Ihnen auch keine Feuerstättenschau durchgeführt werden.

Der Kamineffekt in Abgassystemen Abgassysteme funktionieren mit dem Kamineffekt. Durch die Verbrennung eines Brennstoffes entstehen heiße Abgase von bis zu 400 °C, die aufgrund ihrer geringeren Dichte aufsteigen. Wenn diese in einem Schornstein aufsteigen, entsteht an der unteren Seite des Kamins ein Unterdruck, und frische Luft muss nachströmen. Da die Abgastemperaturen in modernen Brennwertkesseln (siehe Abschnitt »Brennwertkessel: Stand der Kesseltechnik« in diesem Kapitel) sehr niedrig sind (etwa 40–50 °C), kann sich der Kamineffekt nur schwach entwickeln. Der Abtransport der Abgase erfolgt daher mit zusätzlichen Ventilatoren in der Abgasleitung. Die durch den Unterdruck in den Kamin nachströmende Luft sorgt für ausreichenden Sauerstoff für den Verbrennungsvorgang. Jede Feuerstätte benötigt daher eine ausreichende Luftzufuhr, um den Brennstoff effizient verbrennen zu können. Moderne Kessel besitzen dafür in der Regel ein Gebläse, um dem Brennraum die notwendige Sauerstoffmenge kontrolliert zuzuführen. In Altbauten gibt es dafür zusätzliche Öffnungen im Heizungskeller. Kaminöfen für Einzelräume ziehen in Altbauten die notwendige Außenluft über Undichtigkeiten in der Gebäudehülle nach. Es handelt sich somit um raumluftabhängige Feuerstätten. Dass dies nicht besonders energieeffizient ist, liegt auf der Hand. In Neubauten mit guter Wärmedämmung und hoher Luftdichte ist es daher nicht mehr möglich, die Luft über Undichtigkeiten oder spezielle Öffnungen für die Verbrennung ins Gebäude zu lassen. Die Luftzufuhr für den Verbrennungsvorgang wird über spezielle Abgasleitungen wie ein Luft-Abgas-System direkt in den Wärmeerzeuger geleitet. Es handelt sich dann um raumluftunabhängige Feuerstätten. Mehr Informationen zum Luft-Abgas-System finden Sie im nachfolgenden Abschnitt. Für Wärmeerzeuger und deren Abgassysteme können Sie sich folgende Punkte merken: Raumluftabhängige Abgassysteme beziehen die notwendige Luft zur Verbrennung aus dem Raum über spezielle Öffnungen oder Undichtigkeiten der Gebäudehülle. Raumluftunabhängige Abgassysteme beziehen die Verbrennungsluft über spezielle Abgassysteme wie ein Luft-Abgas-System.

Damit die Abgase über das Abgassystem richtig abtransportiert werden können und keine Gefahren für das Gebäude und Bewohner bestehen, werden im Planungsprozess die optimale Lage, die notwendige Mindesthöhe und der Mindestabstand zu benachbarten Bauteilen ermittelt.

Aufbau von Abgassystemen Je nach Temperatur und Brennstoff kommen unterschiedliche Materialien und Aufbauten für Abgassysteme zum Einsatz. Der klassisch gemauerte Schornstein hat in der Regel große Querschnitte und eignet sich besonders für Kohle- und Holzheizungen mit hohen Abgastemperaturen. Bei einem Brennwertkessel ist die System- und Abgastemperatur jedoch deutlich geringer, sodass andere Materialien zum Einsatz kommen. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht der gängigen Bauarten und Anwendungen von Abgassystemen. Das Kondensieren des Wassers in den Abgasen ist nur in Brennwertgeräten erwünscht, da die dort verwendeten Abgasleitungen feuchteunempfindlich und säurebeständig sind. Bei allen anderen Feuerungsanlagen soll durch hohe Abgastemperaturen das Kondensieren vermieden werden. Dafür werden feuchte und säurebeständige Materialien sowie eine zusätzliche Dämmung eingesetzt, um Schäden durch saures Kondensat und Feuchte zu vermieden. Gemauerter Schornstein Gemauerte Schornsteine befinden sich meist in Altbauten und besitzen kein innen liegendes Abgasrohr. Sie gelten daher als einschalige Schornsteine. Die Abgase stammen meist von Holz- oder Kohleöfen mit hohen Abgastemperaturen von über 200 °C. Fällt die Temperatur darunter, kann der Wasseranteil in den Abgasen kondensieren und zur Versottung des Schornsteins führen. Die Versottung ist die Durchfeuchtung des Mauerwerkes und kann den Schornstein langfristig schädigen. Aufgrund der gemauerten rauen Innenoberfläche des Schornsteins setzt sich an dieser mit der Zeit eine Menge Ruß ab, wodurch die Gefahr des Rußbrands erhöht ist. Eine regelmäßige Reinigung durch Schornsteinfegende ist somit verpflichtend. Wenn Sie vorhaben, Ihr Heizsystem auf einen modernen Brennwertkessel umzurüsten, lassen sich gemauerte Schornsteine in der Regel mit einer geeigneten Abgasleitung nachrüsten. Mehrschaliger Schornstein Mehrschalige Schornsteine bestehen in der Regel aus einer Außenschale und einer Innenschale mit dazwischenliegender Dämmung. Die Außenschale kann gemauert oder aus Leichtbeton sein. Die Innenschale besteht aus Glas, Leichtbeton, Keramik oder Edelstahl. Diese Form des Schornsteins wurde bei Öl- und Gasheizkesseln ohne Brennwerttechnik eingesetzt, wo ein Kondensieren des Wasseranteils in den Abgasen auf jeden Fall vermieden werden sollte. Die Dämmschicht war daher notwendig, um die Taupunkttemperatur des Wassers in den Abgasen nicht zu unterschreiten.

Luft-Abgas-System (LAS) Ein Luft-Abgas-System (kurz LAS) ist ein zweizügiger Schornstein und eine Kombination aus Abgasabfuhr und Außenluftversorgung für die Verbrennung. Der Wärmeerzeuger benötigt somit keine zusätzlichen Luftöffnungen im Heizungskeller für den Verbrennungsvorgang, da er seine Luft über das LAS bezieht. Er eignet sich somit für Neubauten und raumluftunabhängige Feuerstätten. In Abbildung 5.20 ist ein Luft-AbgasSystem schematisch dargestellt.

Abbildung 5.20: Funktionsskizze eines Luft-Abgas-Systems (LAS)

Da in Brennwertgeräten aufgrund der niedrigen Abgastemperaturen das Wasser in den

Abgasen kondensiert, eignen sich LAS besonders für Brennwertgeräte. Sie sind feuchteunempfindlich, säurebeständig, aus Edelstahl oder Keramik und können auch in Bestandsgebäuden mit gemauerten Schornsteinen nachgerüstet werden. Das anfallende Kondensat wird über eine Kondensatleitung sicher in das Abwasser geführt. Luft-AbgasSysteme sind heute Stand der Technik. Durch die Bauart wird sichergestellt, dass es keinen Kurzschluss zwischen Abluft und Zuluft geben kann und keine Abgase angesaugt werden.

Wärmeverteilsysteme Wärmeverteilsysteme sind das Bindeglied zwischen der Wärmeerzeugung und der Wärmeübergabe. Sie können diese mit dem Blutkreislauf des menschlichen Körpers vergleichen. Das im Wärmeerzeuger erhitzte Heizungswasser wird über Rohre im Gebäude verteilt und zu den Heizkörpern oder zur Fußbodenheizung transportiert. Wie im menschlichen Körper sind Pumpen, Rohre, Abzweigungen und Ventile für eine optimale Verteilung notwendig. Bevor sich das Heizungswasser im Gebäude verteilt, passiert es in größeren Gebäuden einen Heizkreisverteiler. Diese sind meist nach Himmelsrichtungen aufgeteilt, da ein »Südkreis« im Winter bei Sonneneinstrahlung weniger Wärme benötigt als der »Nordkreis«. Auch wenn unterschiedliche Temperaturniveaus zum Heizen notwendig sind, werden mehrere Heizkreise eingesetzt. So bekommt beispielsweise eine Fußbodenheizung mit niedrigen Systemtemperaturen einen eigenen Heizkreis. In Abbildung 5.21 ist ein Heizkreisverteiler mit vier Heizkreisen abgebildet. Wie Heizkreise aufgebaut sind, erfahren Sie in Kapitel 7 im Abschnitt »Hydraulische Schaltungen in Heiz- und Kältesystemen«.

Abbildung 5.21: Heizkreisverteiler einer Pumpenheizung mit vier Heizkreisen und vier Heizungspumpen

In diesem Abschnitt werden Ihnen die folgenden Bereiche der Wärmeverteilung vorgestellt: Wassertransport: Damit das Heizungswasser in einem Heizungssystem bewegt werden kann, muss auf das Wasser ein Druck ausgeübt werden. Dafür gibt es zwei gängige Möglichkeiten. In diesem Abschnitt wird Ihnen die Pumpenheizung und die Schwerkraftheizung genauer vorgestellt. Offene und geschlossene Systeme: Für die Volumenänderung des Wassers in einem Heizsystem kommen Ausdehnungsgefäße zum Einsatz. Es gibt offene und geschlossene Heizungssysteme. Anschlussart: In einem Gebäude gibt es verschiedene Möglichkeiten, Heizungsrohre zu verlegen und auch an Heizkörper anzuschließen. Die verschiedenen Varianten werden in diesem Bereich vorgestellt.

Wassertransport

Für den Wassertransport in einem Heizungssystem muss ein Druck auf das Heizwasser ausgeübt werden, damit es vom Wärmeerzeuger zu den Heizkörpern transportiert werden kann. Es handelt sich dabei um den dynamischen Druck in einem Heizungsnetz, und es gibt zwei Möglichkeiten, diesen auf das Wasser aufzubauen: mit Hilfe einer Heizungspumpe oder der Schwerkraft. Das Wasser bewegt sich dann vom Wärmeerzeuger durch das Rohrnetz zum Heizkörper und anschließend wieder zurück zum Wärmeerzeuger. Das Rohr auf dem Weg zum Heizkörper wird Vorlauf (VL) genannt und das Rohr hinter dem Heizkörper Rücklauf (RL). Das Wasser in einem Heizkreis fließt somit immer in dieselbe Richtung: vom Wärmeerzeuger über den Vorlauf zum Heizkörper und vom Heizkörper über den Rücklauf zurück zum Wärmeerzeuger. Die Leitungen zur Verteilung des Wassers werden in einem Heizungssystem verschieden bezeichnet, damit sie besser zu unterscheiden sind. Die Leitungstypen sind nachfolgend aufgelistet und in Abbildung 5.22 schematisch dargestellt. Steigleitung (LS): Über die Steigleitung (auch Strangleitung genannt) wird das Heizwasser vom Wärmeerzeuger vertikal in die jeweiligen Stockwerke transportiert. Verteilleitung (LV): Über die Verteilleitung wird das Wasser horizontal in den Geschossen zu den zu beheizenden Räumen transportiert. Anschlussleitung (LA): Die Anschlussleitung (auch »Anbindeleitung« genannt) verbindet die Heizkörper mit den jeweiligen Verteil- oder Steigleitungen.

Abbildung 5.22: Leitungen in einem Heizungssystem

Schwerkraftheizung Die Schwerkraftheizung ist ein Heizsystem, welches ohne elektrische Antriebsenergie funktioniert und sich die Gravitation sowie die physikalischen Eigenschaften von Wasser zunutze macht. Schwerkraftheizungen benötigen jedoch sehr hohe Systemtemperaturen und sind daher ineffizient. Sie werden heute so gut wie nicht mehr gebaut. In einer Schwerkraftheizung muss das Wasser im Wärmeerzeuger auf bis zu 90 °C erhitzt werden. Die Vorlauftemperatur beträgt dann 90 °C und die Rücklauftemperatur etwa 70 °C. Bei 90 °C hat Wasser eine Dichte von ρ (Rho) = 965,30 kg/m3; und ist damit leichter als bei einer Temperatur von 70 °C (mehr zur Dichte erfahren Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Masse, Volumen, Dichte und eine Krone aus Gold«). Mit einer geringen Dichte erhält das Heizungswasser eine Auftriebsbewegung und steigt in der Steigleitung des Vorlaufs empor. Über eine obere Verteilung (siehe Abschnitt »Wärmeverteilungsarten« in diesem Kapitel) verteilt sich das Wasser zu den Heizkörpern und gibt dort seine Wärme an den Raum ab. Dabei sind die horizontalen Verteilleitungen sowie die Anschlussleitungen an den Heizkörper etwas abschüssig, wie Sie in Abbildung 5.23 sehen können.

Abbildung 5.23: Schwerkraftheizung mit oberer Verteilung

Nachdem das Wasser die Heizkörper passiert hat, kühlt es auf ca. 70 °C ab. Die Dichte des Wassers steigt auf ρ = 977,76 kg/m3, und es ist etwas schwerer. Dadurch erhält das Heizungswasser eine Abtriebsbewegung, kann im Rücklauf zurück zum Wärmeerzeuger fließen und erneut erwärmt werden. In einer Schwerkraftheizung wird sich somit die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf und die damit zusammenhängende Dichteänderung des Wassers zunutze gemacht. Im Heizungssystem findet dadurch ein ständiger Kreislauf statt. Die geringere Dichte von Wasser im Vorlauf und die höhere Dichte im Rücklauf sorgen im Heizungssystem für einen geringen Differenzdruck, welcher auch Umtriebsdruck genannt wird. Damit der Wasserkreislauf nicht ungewollt zum Stehen kommt, sind die Anschlussund Verteilleitungen nicht horizontal, sondern mit einem leichten Gefälle angeordnet. Die Größe des Umtriebsdrucks und damit auch der Strömungsgeschwindigkeit in einer Schwerkraftheizung hängt von mehreren Faktoren ab, welche für den Betrieb einer Schwerkraftheizung notwendig sind. Diese sind nachfolgend aufgelistet. Anlagenhöhe: Je höher ein Gebäude ist, desto schneller kann das Wasser in einer Schwerkraftheizung fließen. Hier ist jedoch auch zu beachten, dass das Gebäude nicht zu hoch sein darf, da sich das Wasser ansonsten in den oberen Geschossen zu stark

abkühlt und die Zirkulation wieder verlangsamen kann. Dies muss berechnet und geplant werden. Rohrdurchmesser: Je größer die Rohrdurchmesser sind, desto geringer ist der Reibungswiderstand der Rohre, und desto schneller kann das Wasser fließen. Dies hat jedoch auch höhere Installationskosten zur Folge. Temperaturniveau und Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf: Diese spielen eine entscheidende Rolle, denn je größer diese sind, desto größer sind der Umtriebsdruck und die Strömungsgeschwindigkeit.

Für die Funktion einer Schwerkraftheizung können Sie sich Folgendes merken: Der Umtriebsdruck steigt, je höher das Temperaturniveau, die Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf, der Rohrdurchmesser und die Anlagenhöhe sind. Nachfolgend finden Sie die wichtigsten Vor- und Nachteile für Schwerkraftheizungen aufgelistet. Vorteile: Die Schwerkraftheizung ist ein einfaches System, läuft völlig geräuschfrei, und es ist keine elektrische Antriebsenergie für Pumpen nötig. Nachteile: Die Scherkraftheizung hat viele Nachteile. Zum einen sind die Nennweiten der Rohrdurchmesser größer, und es entstehen höhere Materialkosten während der Installation. Eine Schwerkraftheizung ist zudem schlecht regelbar, und der Wärmeerzeuger steht immer an der tiefsten Stelle im Gebäude. Es sind hohe Systemtemperaturen notwendig, die moderne Wärmeerzeuger (mit Ausnahme der Holzbrenner) häufig nicht effizient liefern können. In der Planung muss das Rohrnetz genau berechnet werden, da fehlgeleitetes Wasser im Betrieb nicht korrigiert werden kann.

Ob Sie eine Schwerkraftheizung haben, ist nicht immer auf den ersten Blick erkennbar. »Dicke« Heizungsrohre sind ein typisches Merkmal einer Schwerkraftheizung, jedoch nicht immer ein Indiz dafür. Wenn ein Gebäude saniert wurde, können Sie davon ausgehen, dass die Schwerkraftheizung in eine Pumpenheizung (siehe nachfolgender Abschnitt) umgewandelt wurde. Schauen Sie daher im Heizraum nach, und überprüfen Sie, ob sich dort eine Heizungspumpe befindet. Falls nicht, haben Sie mit großer Wahrscheinlichkeit eine Schwerkraftheizung. Sollte sich in Ihrem Gebäude eine Schwerkraftheizung befinden, sprechen Sie mit einer Fachfirma, und nehmen Sie eine Energieberatung in Anspruch. Schwerkraftheizungen sind ineffizient, benötigen viel Energie und entsprechen nicht

mehr dem Stand der Technik.

Pumpenheizung In einer Pumpenheizung wird das Heizungswasser mit der Hilfe einer Umwälzpumpe zwangsweise im Heizkreis zirkuliert. Dafür wird von der Pumpe ein Druck auf das Wasser ausgeübt, welcher Förderhöhe genannt wird (dazu mehr im nachfolgenden Abschnitt). Die Pumpe funktioniert dabei ähnlich wie das Herz in einem menschlichen Körper und verteilt das Heizwasser im gesamten Gebäude. Der Installationsort der Pumpe sollte nah am Wärmeerzeuger sein und kann im Vorlauf (VL) oder im Rücklauf (RL) eingebaut werden. In Abbildung 5.24 ist beispielhaft eine Heizungspumpe dargestellt.

Abbildung 5.24: Elektronisch geregelte Heizungspumpe (Umwälzpumpe)

Eine Pumpe hat eine Druck- und eine Saugseite, sodass sich ein Teil des Rohrnetzes im Überdruck und ein Teil im Unterdruck befindet. Der Übergang vom Druckbereich (Überdruck) zum Saugbereich (Unterdruck) wird Nulldruckpunkt oder

neutraler Punkt genannt und befindet sich meist am Ausdehnungsgefäß, welches sich nahe am Wärmeerzeuger im Rücklauf befindet (mehr dazu im Abschnitt »Offene und geschlossene Heizungssysteme« in diesem Kapitel). Daher hat der Einbauort der Pumpe Auswirkungen auf die Druckverhältnisse im Heizsystem. Pumpe im Vorlauf: Befindet sich die Pumpe im Vorlauf, wird während des Betriebs ein Überdruck im Heizungsnetz aufgebaut, welcher durch die Druckverluste an den Anlagenteilen ausgeglichen wird. Vom Ausdehnungsgefäß über den Wärmeerzeuger zum Saugstutzen herrscht dann nur in einem kleinen Anlagenbereich ein Unterdruck. Pumpe im Rücklauf: Befindet sich die Pumpe im Rücklauf, wird während des Betriebs ein Unterdruck im Heizungsnetz aufgebaut. Dadurch kann an vereinzelten Heizkörpern der Druck in der Anlage niedriger sein als der Umgebungsdruck, Luft durch Undichtigkeiten in das System eindringen und das System durch Korrosion schädigen. Vom Ausdehnungsgefäß über den Wärmeerzeuger zum Saugstutzen herrscht dann nur in einem kleinen Anlagenbereich ein Überdruck. Es ist daher empfehlenswert, die Umwälzpumpe in Fließrichtung im Vorlauf einzubauen. Es gibt jedoch auch Ausnahmen. Dazu gehören beispielsweise GasBrennwertthermen (siehe Abschnitt »Brennwertkessel: Stand der Technik« in diesem Kapitel). Der Einbauort der Pumpe ist von einer Fachfirma zu bestimmen. Das im Wärmeerzeuger erwärmte Heizwasser wird von der Umwälzpumpe in den Heizkreis gepumpt. Es strömt über den Vorlauf zu den Heizkörpern und gelangt über den Rücklauf zurück zum Wärmeerzeuger. Solange die Pumpe in Betrieb ist, findet ein dauerhafter Kreislauf und damit eine Zirkulation des Heizwassers im Heizkreis statt. In Abbildung 5.25 ist eine Pumpenheizung schematisch dargestellt.

Abbildung 5.25: Pumpenheizung mit oberer Verteilung

Wenn Sie nun in Ihrem Keller nachschauen, werden Sie mit großer Wahrscheinlichkeit eine Pumpe vorfinden, da heute aufgrund der vielen Vorteile fast ausschließlich Pumpenheizungen verbaut werden. Die wichtigsten Vorteile sind nachfolgend aufgelistet: Die Heizkörper können sich weiter weg vom Wärmeerzeuger befinden und tiefer liegen als der Wärmeerzeuger. Der Aufstellungsort des Wärmeerzeugers ist beliebig, und es spielt keine Rolle, ob sich dieser im Keller oder auf dem Dachboden befindet. Die Nennweiten der Rohrleitungen sind für Pumpenheizungen niedriger, sodass darüber geringere Wärmeverluste zu verzeichnen sind. Die Wassermengen sind geringer, und das Waser kann vom Wärmeerzeuger schneller aufgeheizt werden. Die Rohrführung ist unabhängiger. Heizsysteme können mit niedrigeren Wassertemperaturen betrieben werden (Niedertemperatursysteme mit Brennwertkesseln und Wärmepumpen), da die Dichteunterschiede des Wassers für den Umtriebsdruck (siehe Abschnitt »Schwerkraftheizung« in diesem Kapitel) nicht notwendig sind.

Neben den Vorteilen gibt es auch einig Nachteile, die nachfolgend aufgelistet sind: Es ist ein Stromanschluss notwendig. Es gibt höhere Wartungs- und Betriebskosten. Es muss ein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden (siehe Teil IV).

Die Förderhöhe einer Pumpe Damit das Heizwasser in der Heizung zirkuliert und von A nach B fließen kann, muss die Heizungspumpe das Wasser in Bewegung bringen. Dafür wird die Förderhöhe benötigt. Die Förderhöhe wird überwiegend in Meter Wassersäule (mWS) angegeben. Wichtig für Sie ist zu wissen, dass die Förderhöhe keine Höhen- oder Längenangabe, sondern eine veraltete Einheit für den Druck ist. In Deutschland ist die Einheit »Meter Wassersäule« seit 1978 keine gesetzliche Einheit mehr, und sie ist auch keine SI-konforme Einheit. Sie wird dennoch weiterhin in verschiedenen Bereichen, unter anderem auch im Sanitärbereich, verwendet. Richtigerweise sollte die Förderhöhe daher in Pascal oder Bar angegeben werden. Mehr Informationen zum Druck erhalten Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Ohne Druck geht nicht viel in der Gebäudetechnik«. Bei der Förderhöhe handelt es sich somit um den Druck, der von der Pumpe aufgebaut werden muss (dynamischer Druck), um die Strömungswiderstände (Ventile, Bögen, Rohrreibung) in der Heizungsanlage bei einem bestimmten Volumenstrom zu überwinden (mehr zum Volumenstrom in Kapitel 3 Abschnitt »Es fließt in Kanälen und Rohren: Massenstrom und Volumenstrom«). Die Förderhöhe hat daher nichts mit der wahren geodätischen Höhe der Anlage oder des Gebäudes zu tun, sondern mit Druck und den Druckabfällen im Heizungsnetz. Die Förderhöhe wird daher auch Förderdruck genannt und hat das Formelzeichen H. Die Umrechnung von Meter Wassersäule (mWS) in Pascal (Pa) ist nachfolgend beschrieben. Zur Vereinfachung können Sie sich Folgendes merken:

In einer Pumpe befindet sich ein Pumpenlaufrad, welches mit elektrischer Energie angetrieben wird. Durch die Rotation des Pumpenlaufrads wird ein Förderdruck auf das Heizwasser übertragen. Es findet demnach eine Umwandlung von elektrischer Energie in kinetische Energie (Bewegungsenergie) und schließlich in Druck statt. Mehr Informationen zu den verschiedenen Energieformen finden Sie in Kapitel 3.

Wenn Sie nun auf einer Sommerparty Ihrem Nachbarn die Förderhöhe einer Pumpe erklären wollen, können Sie die nachfolgenden Punkte anführen: Eine Pumpe transportiert Flüssigkeiten von A nach B und überträgt dabei nutzbare Arbeit, also kinetische Energie, auf das Fördermedium. Die Förderhöhe muss so groß sein, dass das Gewicht des Fördermediums und die Strömungswiderstände im Heizungssystem bei einem bestimmten Volumenstrom überwunden werden können. Die Förderhöhe einer Pumpe wird oft in »Meter Wassersäule« angegeben, was eine veraltete Einheit für den Druck ist. Die konforme SI-Einheit für die Förderhöhe ist Pascal. In Kapitel 21 zum hydraulischen Abgleich finden Sie eine Beispielrechnung zur überschlägigen Berechnung der Förderhöhe einer Heizungspumpe.

Offene und geschlossene Heizungssysteme Damit alle Heizkörper in einer Heizungsanlage mit ausreichend Wasser versorgt werden können, muss sich genug Wasser im Heizungsnetz befinden. Beim Befüllen einer Heizungsanlage mit Wasser muss dafür der Wasserdruck ausreichend hoch sein. Es handelt sich dabei um den statischen Druck in einem Heizungsnetz. Beim statischen Druck in einer Anlage handelt es sich nicht um den dynamischen Druck (Förderdruck oder Umtriebsdruck), der in den vorherigen Abschnitten beschrieben wurde, sondern um den Anlagenfülldruck im Heizungsnetz, der benötigt wird, um das Wasser in einer Heizungsanlage auf einer bestimmten Höhe zu halten. Dadurch wird sichergestellt, dass alle Anlagenteile mit Wasser gefüllt sind und eine Zirkulation des Wassers im gesamten System möglich ist. Da sich in einer Warmwasserheizung das Wasservolumen aufgrund unterschiedlicher Temperaturen ändert, werden Ausdehnungsgefäße eingesetzt, welche die Volumenänderung kompensieren. Hier gibt es zwei Arten von Ausdehnungsgefäßen: Systeme mit offenen Ausdehnungsgefäßen und Systeme mit geschlossenen Membranausdehnungsgefäßen (MAG). Würden Sie ein Heizsystem ohne Ausdehnungsgefäß bauen, könnte der Anlagenfülldruck bei großem Wasservolumen zu hoch sein und Anlagenteile der Heizung beschädigt werden. Wäre das Heizwasservolumen hingegen zu gering, könnte zu wenig Wasser im System sein, und die Heizung würde nicht ordnungsgemäß funktionieren.

Ein Heizungssystem wird daher immer mit etwas mehr Wasser befüllt (Überdruck), auch um das Eindringen von Luft in das System zu vermeiden und um Siedepunkte nicht zu verschieben, bei denen das Wasser dampfförmig werden könnte. Über eine Druckanzeige erhalten Sie dann Auskunft, ob sich genügend Wasser im Heizungsnetz befindet. Hierfür können Sie sich Folgendes merken: In einer offenen Heizung wird der statische Druck mit einem Hydrometer in der Einheit Meter Wassersäule (mWS) gemessen. In einer geschlossenen Heizung wird der statische Druck mit einem Manometer in der Einheit Bar gemessen. Ist der Wasserdruck im gewünschten Bereich, kann das Ausdehnungsgefäß ordnungsgemäß arbeiten, und das Heizungswasser hat Raum für seine Volumenänderung. Die Druckanzeige gibt Ihnen somit Auskunft darüber, ob genug Wasser im Heizungsnetz ist oder nicht. In Kapitel 13 im Abschnitt »Die Heizungsanlage mit Wasser füllen« finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Befüllung Ihrer Heizungsanlage.

Offene Heizung Ein offenes Heizungssystem besitzt ein offenes Ausdehnungsgefäß, in dem die Volumenänderung des Heizwassers aufgrund von Temperaturänderungen ausgeglichen werden kann. Stellen Sie sich hier einen halb gefüllten Wassertank vor, der eine Verbindung zum Heizungsnetz und eine kleine Öffnung zur Außenluft hat. In Abbildung 5.26 ist beispielhaft ein offenes Ausdehnungsgefäß zu sehen, welches demontiert wurde.

Abbildung 5.26: Offenes Ausdehnungsgefäß während einer Demontage

In einer offenen Heizungsanlage wird das Wasser vom Wärmeerzeuger erwärmt und zu den Heizkörpern transportiert. Das offene Ausdehnungsgefäß befindet sich immer an der höchsten Stelle im Gebäude, sodass der Wasserstand bis zum Ausdehnungsgefäß reichen muss. In Abbildung 5.27 ist ein Heizsystem mit offenem Ausdehnungsgefäß schematisch dargestellt. Das offene Ausdehnungsgefäß hat mindestens eine, manchmal auch zwei direkte, nicht absperrbare Leitungen zum Wärmeerzeuger. Es handelt sich dabei um eine Sicherheitsvorlauf- und Sicherheitsrücklaufleitung. Sollte sich zu viel Wasser im Heizungsnetz befinden, kann es über die Überlaufleitung in die Kanalisation abfließen. Zwischen den Sicherheitsvorlauf- und Sicherheitsrücklaufleitungen befindet sich meist eine Kurzschluss-Zirkulationsverbindung mit einer Drossel, welche durch eine geringe Zirkulation das Einfrieren des Ausdehnungsgefäßes verhindert. In unbeheizten Räumen und Dachböden muss das Ausdehnungsgefäß daher gegen das Einfrieren zusätzlich geschützt werden. Hier gibt es spezielle Dämmvorrichtungen.

Abbildung 5.27: Prinzipielles Schema eines offene Heizungssystems

In Abbildung 5.28 ist ein offenes Ausdehnungsgefäß in Aktion dargestellt. Bei einer angenommenen Wassertemperatur von 10 °C ist der Wasserstand im offenen Ausdehnungsgefäß recht niedrig. Wird die Wassertemperatur hingegen auf 90 °C erhöht ändert sich das Wasservolumen, und das Ausdehnungsgefäß ist fast voll.

Abbildung 5.28: Offenes Ausdehnungsgefäß – schematische Darstellung bei unterschiedlichen Temperaturen

Da das Heizungswasser in einem offenen System direkten Kontakt zur Umgebungsluft hat, verdunstet über die Zeit ein gewisser Anteil des Heizungswassers, und es muss Wasser nachgefüllt werden. Zudem dringt Sauerstoff in das System ein und lässt Leitungen schneller korrodieren. Heutzutage werden offene Heizungen nicht mehr gebaut, da sich das geschlossene Heizsystem durchgesetzt hat und sicherer betrieben werden kann. Sollen Sie ein offenes Heizungsnetz bei sich vorfinden, sollte dies in ein geschlossenes Heizungssystem umgebaut werden. Wenn Sie ein offenes Ausdehnungsgefäß im Dachboden Ihres Gebäudes finden, heißt dies nicht automatisch, dass Sie eine offene Heizung haben. Da der Ausbau und die Entsorgung offener Ausdehnungsgefäße Kosten verursachen, werden diese beim Umbau in eine geschlossene Heizung meist an Ort und Stelle gelassen.

Geschlossene Heizung In einem geschlossenen Heizungssystem hat das Heizungswasser keinen Kontakt zur Umgebung. Für den Ausgleich der Volumenänderung durch Temperaturschwankungen kommt ein Membranausdehnungsgefäß (MAG) zum Einsatz, wie Sie in Abbildung 5.29 sehen können.

Abbildung 5.29: Membranausdehnungsgefäß (MAG) in einem Heizungskeller

Da durch die Volumenänderung in einem geschlossenen Heizungssystem ein zusätzlicher Druck aufgebaut wird, werden Ausdehnungsgefäße in geschlossenen Heizungen auch »Druckausdehnungsgefäße« genannt. Bezogen auf den Förderdruck (Förderhöhe) der Pumpe ist das Membranausdehnungsgefäß ein neutraler Punk (Nulldruckpunkt) im Heizungsnetz, sodass an dieser Stelle Normaldruck herrscht, auch wenn die Heizungspumpe in Betrieb ist. In Abbildung 5.30 ist ein Heizsystem mit geschlossenem Ausdehnungsgefäß schematisch dargestellt. Das Wasser wird vom Wärmeerzeuger erwärmt und zu den Heizkörpern transportiert, wobei sich das Ausdehnungsgefäß in der Regel nahe der Wärmequelle im Rücklauf befindet.

Abbildung 5.30: Geschlossenes Heizungssystem mit MAG

Manchmal kann es zu einer ungeplanten Druckerhöhung in einem geschlossenen System kommen, wenn zum Beispiel Regel- oder Sicherheitseinrichtungen versagen. Damit das Heizungssystem in einer solchen Situation keinen Schaden nimmt, gibt es ein Sicherheitsventil, welches das überschüssige Heizungswasser oder den Wasserdampf ableitet. In der offenen Heizung (siehe vorheriger Abschnitt) ist das Äquivalent der Überlauf. In Abbildung 5.31 ist ein Sicherheitsventil dargestellt.

Abbildung 5.31: Sicherheitsventil einer Heizungsanlage

Wenn hingegen zu wenig Wasser im Heizungsnetz ist, muss Wasser nachgefüllt werden. Auch wenn eine geschlossene Heizung theoretisch keinen Kontakt mit der Umgebung hat, ist dies in der Praxis nicht umsetzbar. Jedes Heizungssystem, egal, ob offen oder geschlossen, muss daher in bestimmten Abständen mit Wasser nachgefüllt werden. Durch Undichtigkeiten und Sauerstoffdiffusion aus der Umgebung gelangt beispielsweise Luft in ein geschlossenes Heizungssystem. Das hat zur Folge, dass Sie regelmäßig zu Beginn der Heizperiode den Wasserdruck Ihrer Heizung überprüfen, Heizkörper entlüften und das System mit Wasser auffüllen sollten. In Kapitel 13 im Abschnitt »Die Heizung entlüften und mit Wasser befüllen« finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Befüllung Ihrer geschlossenen Heizungsanlage. In Abbildung 5.32 ist die Funktion eines Membranausdehnungsgefäßes bei unterschiedlichen Temperaturen schematisch dargestellt. Bei einer Wassertemperatur von

10 °C herrscht ein Unterdruck im Ausdehnungsgefäß, und die Membran gibt nach, um den Wasserdruck aufrechtzuerhalten. Wird die Wassertemperatur hingegen auf 70 °C erhöht, ändert sich das Wasservolumen, die Membran im Ausdehnungsgefäß gibt dem Wasser Raum und kann so ebenfalls den Druck konstant halten. Sollte sich zu viel Wasser im Heizungsnetz befinden, kann es über das Sicherheitsventil abgelassen werden.

Abbildung 5.32: Membranausdehnungsgefäß (MAG) bei unterschiedlichen Temperaturen

Heute werden fast ausschließlich geschlossene Heizungssysteme verbaut, da diese die vielen Nachteile einer offenen Heizung nicht mehr aufweisen. Nachfolgend sind die wichtigsten Vorteile einer geschlossenen Heizung aufgelistet: In geschlossenen Systemen hat das Heizungswasser keinen direkten Kontakt zur Außenluft, wodurch die Korrosion im Heizungsnetz großteils vermieden werden kann. Es werden weniger Rohrleitungen verbaut, da keine Sicherheitsvorlauf- und Sicherheitsrücklaufleitungen benötigt werden. Es verdunstet über die Zeit kein Heizwasser im System, wie es in einer offenen Anlage vorkommt.

Wärmeverteilungsarten Für wassergeführte Heizungsanlagen gibt es verschiedene Möglichkeiten, das Heizungswasser von der Wärmequelle zu den Heizflächen zu transportieren und wieder zurück zur Wärmequelle zu führen. In diesem Abschnitt werden die verschiedenen Verteil- und Anschlussmöglichkeiten für Heizungsanlagen gezeigt. Es wird in Anschlussvarianten und Verteilvarianten unterschieden, die nachfolgend zur Übersicht aufgelistet sind. Anschlussvariante: Für den Anschluss der Heizungsrohre am Heizkörper gibt es zwei Möglichkeiten: Zweirohrheizung Einrohrheizung Verteilvariante: Für die Einrohr- und Zweirohrheizung können die nachfolgenden drei Verteilmöglichkeiten angewendet werden: Obere Verteilung Untere Verteilung Horizontale Verteilung

Die verschiedenen Wärmeverteilsysteme werden vorgestellt, damit Sie ein Heizsystem identifizieren können. Falls Sie sich also fragen, wann welches System zum Einsatz kommt, gibt es dafür keine allgemeingültige Antwort. In Neubauten haben sich Zweirohrheizungssysteme durchgesetzt. Die Einrohrheizung wird nicht mehr gebaut, und das Tichelmann-System kommt nur in Spezialfällen zum Einsatz. Ob ein obere, untere oder horizontale Verteilung eingesetzt wird, hängt hingegen immer mit den Gegebenheiten vor Ort und dem zur Verfügung stehenden Platz zusammen.

Zweirohrheizung Bei einer Zweirohrheizung gibt es für den Vorlauf und für den Rücklauf eine separate Leitung. Das bedeutet, über den Vorlauf gelangt heißes Wasser zu allen Heizkörpern, und über den Rücklauf fließt das abgekühlte Wasser zurück zum Wärmeerzeuger, um erneut erwärmt zu werden. Das Prinzip ist in Abbildung 5.33 zu sehen.

Abbildung 5.33: Zweirohrheizung mit separatem Vor- und Rücklauf

Heute werden fast ausschließlich Zweirohrheizungen verbaut, da sich diese sehr gut regulieren und erweitern lassen.

Einrohrheizung Bei einer Einrohrheizung sind Vor- und Rücklauf der Heizkörper an derselben Leitung angeschlossen. Das Heizwasser wird von der Wärmequelle in die einzelnen Etagen transportiert und gelangt über eine Strang- oder Ringleitung in die jeweiligen Heizkörper. Vor- und Rücklauf der Heizkörper sind dabei, wie schon gesagt, immer an derselben Leitung angeschlossen, wie Sie in Abbildung 5.34 sehen können.

Abbildung 5.34: Einrohrheizung mit einem Strang für Vor- und Rücklauf

Das größte Problem bei der Konstruktion einer Einrohrheizung ist die Wärmeverteilung des Heizwassers. Die ersten Heizkörper in der Verteilung erhalten immer das wärmste Wasser über den Vorlauf und die letzten Heizkörper das kälteste. Denn das abgekühlte Wasser aus dem ersten Heizkörper durchfließt auch den zweiten und dritten Heizkörper und kühlt sich entsprechend von Heizkörper zu

Heizkörper immer weiter ab. Dies stellt eine besondere Anforderung an die Planenden dar, da die Abkühlung des Heizwassers für die nachfolgenden Heizkörper berechnet werden muss. Die Heizkörper im Strang oder im Ring werden also größer, damit sie die gewünschte Wärmeleistung liefern können. Eine nachträgliche Erweiterung einer Einrohrheizung um zusätzliche Heizkörper ist deshalb sehr schwierig. Für die Einrohrheizung gibt es verschiedene Anschlussvarianten an den Heizkörpern. Diese werden in das Zwangsumlaufsystem und das Nebenschlusssystem mit verschiedenen Ventilanschlüssen unterteilt, wie in Abbildung 5.35 zu sehen ist. Nachfolgend werden die verschiedenen Anschlussvarianten beschrieben. Zwangsumlaufsystem (1): Im Zwangsumlaufsystem gibt es keine Reguliereinrichtungen (das heißt kein Ventil oder Thermostat) für den Volumenstrom oder die Raumtemperatur. Eine nutzerspezifische Regelung der Raumtemperaturen ist somit ausgeschlossen. Das gesamte Heizwasser fließt direkt durch die Heizkörper und kühlt von Heizkörper zu Heizkörper mehr und mehr ab. Nebenschlusssystem (2 – 6): Bei einem Nebenschlusssystem sind die Heizkörper parallel zur Ringleitung geschaltet, wie Sie in Abbildung 5.35 an den Heizkörpern 2 bis 6 sehen können. Das bedeutet, dass ein Teil des Heizwassers durch den Heizkörper geleitet wird und ein anderer Teil durch die Ringleitung fließt. Wenn das abgekühlte Heizwasser den Heizkörper wieder verlässt, mischt es sich mit dem wärmeren Wasser in der Ringleitung und fließt in den nächsten Heizkörper. Für das Nebenschlusssystem gibt es verschiedene Anschlussvarianten, die nachfolgend vorgestellt werden.

Abbildung 5.35: Anschlussmöglichkeiten für Einrohrheizungen

Nebenschlusssystem mit Saugfitting (2): In die Ringleitung wird kurz vor dem Aufeinandertreffen mit dem Rücklauf des Heizkörpers eine Verengung (Saugfitting oder Venturi-T-Stück) eingebaut, welche mit zwei kleinen Strichen in Abbildung 5.35 am Heizkörper 2 dargestellt ist. Die Verengung hat eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zur Folge. Dadurch entsteht in dem Saugfitting ein Unterdruck, welcher dafür sorgt, dass das Heizungswasser aus dem Heizkörper angesaugt und mit dem wärmeren Wasser aus der Ringleitung gemischt wird. Dadurch hat das Wasser hinter dem Heizkörper eine höhere Temperatur als in einem Zwangsumlaufsystem. Nebenschlusssystem mit Drosselventil (3): In die Ringleitung wird ein Drosselventil eingesetzt. Das Drosselventil ist ein Strömungswiderstand und zwingt einen Teil des Wassers, durch den Heizkörper zu fließen. Dadurch wird eine Optimierung der Wasserverteilung erreicht. Wie beim Venturi-T-Stück ist hier das Ziel, genügend Wasser durch den Heizkörper zu bringen. Der Unterschied ist, dass mit der Drossel ein Teil des umlaufenden Wassers in den Heizkörper umgeleitet wird und mit dem Venturi-T-Stück das Wasser aus dem Heizkörper angesaugt wird. Nebenschlusssystem mit Dreiwegeventil (4): Das Heizwasser aus der Ringleitung fließt in das Dreiwegeventil und wird dort je nach Bedarf mehr in

den Heizkörper oder mehr in die Ringleitung verteilt. Mit Hilfe von Thermostaten ist die Regelung der Raumtemperatur möglich. Nebenschlusssystem mit Vierwegeventil und seitlichem Anschluss (5): In einem Vierwegeventil mit zwei seitlichen Anschlüssen befindet sich in der Regel ein Bypass, welcher das Heizwasser ähnlich wie beim Dreiwegeventil verteilen oder teilweise umleiten kann. Über eine Verstellschraube kann der Wasseranteil für den Heizkörper und für den Bypass festgelegt werden. Dieser liegt in der Regel bei 30 bis 50 % für den Heizkörper. Der restliche Anteil von 70 bis 50 % wird über den Bypass zum Rücklauf geleitet, wo sich das Heizwasser aus dem Vorlauf mit dem abgekühlten Wasser aus dem Heizkörper vermischt. Auch hier ist eine Raumtemperaturregelung mit einem Thermostat möglich. Nebenschlusssystem mit Vierwegeventil und unterem Anschluss (6): Das Vierwegeventil mit unterem Anschluss wird auch als Tauchrohrventil oder Lanzenventil bezeichnet und besitzt nur einen Anschluss am Heizkörper. Es gibt zwei Ausführungen des Ventils: das Tauchrohrventil mit senkrechter Lanze und mit waagerechter Lanze. Wie im Vierwegeventil mit zwei seitlichen Anschlüssen besitzt das Tauchrohrventil ebenfalls einen Bypass zur Verteilung des Heizwassers. Die Funktionen der beiden Tauchrohrventile sind aufgrund der thermischen Eigenschaften von Wasser jedoch verschieden.

Wenn Sie eine Einrohrheizung identifizieren wollen, ist dies auf den ersten Blick nicht immer sofort möglich. Vor allem wenn die Leitungen unter Putz oder im Fußboden verlegt sind, kann es sehr schwierig werden. Ein Hinweis auf eine Einrohrheizung ist der Leitungsverlauf von Vor- und Rücklauf. Diese enden bei einer Einrohrheizung immer an derselben Strang- oder Ringleitung. Vor- und Rücklauf sind immer an derselben Leitung angeschlossen. Heute werden Einrohrheizungen nicht mehr verbaut, sie sind aber noch in vielen Bestandsgebäuden vorhanden. In den 1970er- und 1980er-Jahren kam die Einrohrheizung sehr oft zum Einsatz, da die Materialkosten deutlich geringer waren (der Rücklauf wurde gespart). Da eine Einrohrheizung jedoch nur sehr schlecht optimiert oder erweitert werden kann, wird heute empfohlen, vorhandene Einrohrheizungen in Zweirohrheizungen umzubauen. Die Optimierung einer Einrohrheizung im Bestand ist nicht einfach. In Kapitel 20 im Abschnitt »Hydraulischer Abgleich in Einrohrheizungen« finden Sie Tipps und Informationen zur Durchführung eines hydraulischen Abgleichs in Einrohrheizungen.

Obere Verteilung Wenn Sie feststellen wollen, ob Sie eine obere Heizungsverteilung haben, müssen Sie einen Blick auf Ihren Dachboden werfen. Bei der oberen Verteilung geht der Vorlauf über einen Steigstrang bis zum höchsten Punkt des Gebäudes und verteilt von dort das Wasser über die Verteilleitungen zu den einzelnen Heizkörpern, wie Sie in Abbildung 5.36 sehen können. Die Rückläufe werden dann auch Fallstränge genannt, da über diese das Wasser zurück zur Wärmequelle fließt.

Abbildung 5.36: Obere Verteilung einer Zweirohrheizung

Die obere Verteilung kann bei einer Pumpenheizung und bei einer Schwerkraftheizung eingesetzt werden. Weiterhin ist eine obere Verteilung bei einem offenen und bei einem geschlossenen Heizungssystem anwendbar. Mehr Informationen finden Sie dazu in den vorherigen Abschnitten in diesem Kapitel. Obere Heizungsverteilungen wurden hauptsächlich dann verbaut, wenn es viel Platz im Dachgeschoss gab oder keine Unterkellerung vorhanden war. Heute werden obere Verteilungen in Wohnhäusern nur noch selten verbaut. In größeren Gebäudekomplexen hingegen, wo Energiezentralen auf Dächern platziert werden, kommen sie auch heute noch zum Einsatz.

Untere Verteilung Bei der unteren Heizungsverteilung verlaufen die Verteilleitungen meist im Keller an der

Decke entlang. Von dort steigt das Heizungswasser in verschiedenen Vorlaufleitungen zu den Heizkörpern empor und erwärmt sie mit heißem Wasser, wie in Abbildung 5.37 zu sehen ist. Diese Leitungen werden Steigleitungen oder Steigstränge genannt.

Abbildung 5.37: Untere Verteilung einer Zweirohrheizung

Nach dem Verlassen der Heizkörper fließt das abgekühlte Wasser in den Rücklaufleitungen zurück zur Wärmequelle und kann dort von Neuem erwärmt werden. Die Rücklaufleitungen werden Fallleitungen oder Fallstränge genannt. Die untere Verteilung kann bei einer Pumpenheizung und bei einer Schwerkraftheizung eingesetzt werden. Weiterhin ist eine untere Verteilung bei einem offenen und bei einem geschlossenen Heizungssystem anwendbar. Mehr Informationen dazu finden Sie in den vorherigen Abschnitten in diesem Kapitel. Wenn Sie eine untere Heizungsverteilung haben, ist es wichtig, diese in unbeheizten Kellern gut zu dämmen. Dadurch wird ein unnötiger Wärmeverlust vermieden. In Kapitel 13 im Abschnitt »Heizungsrohre selbstständig dämmen« finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Dämmung Ihrer Heizungsrohre in ungeheizten Bereichen.

Horizontale Verteilung Die horizontale Heizungsverteilung ist eine Möglichkeit, die Anzahl der vertikalen Strangleitungen in einem Gebäude sowie die darüber entstehenden Wärmeverluste über die Außenwände zu reduzieren. Dabei wird das Heizwasser über eine zentrale Strangleitung in die jeweilige Etage des Gebäudes transportiert und anschließend horizontal verteilt. Das Heizwasser fließt somit über ein waagerechtes Verteilnetz in die Heizkörper. Nachdem das Heizwasser die Heizkörper passiert hat, fließt das abgekühlte Heizwasser über eine zentrale Rücklaufleitung zurück zum Wärmeerzeuger und wird erneut erwärmt. Für die Verteilnetze gibt es unterschiedliche Anordnungen. Da die Heizkörper in diesem System waagerecht angeordnet sind, kann der Einsatz nur bei Pumpenheizungen erfolgen. Bei Schwerkraftheizungen würde mit einem horizontalen Verteilsystem der notwendige Umtriebsdruck nicht zustande kommen. Eine horizontale Verteilung kann bei offenen und geschlossenen Heizungssystemen angewendet werden. Für die horizontale Verteilung gibt es verschiedene Systeme, die teilweise nur in Zweirohrheizungen oder in Einrohrheizungen genutzt werden können. Diese finden Sie nachfolgend aufgelistet und anschließend beschrieben: Ringförmige Anordnung in einer Einrohrheizung Ringförmige Anordnung in einer Zweirohrheizung Zentrale Anordnung in einer Zweirohrheizung Sternförmige Anordnung in einer Zweirohrheizung Tichelmann-System in einer Zweirohrheizung Ringförmige Anordnung in einer Einrohrheizung Für eine Einrohrheizung kommt bei einer horizontalen Verteilung eine durchgehende Ringleitung zum Einsatz. Das Heizwasser wird von der Wärmequelle zur jeweiligen Etage transportiert und dort in einem Ring zu den jeweiligen Heizkörpern verteilt, wie Sie in Abbildung 5.38 sehen können. Vorteile: sehr geringe Materialkosten während der Installation und montagefreundlich. Nachteile: Die Planung ist sehr aufwendig. Das System kann nicht mit weiteren Heizkörpern erweitert werden, da nachfolgende Heizkörper mit Wärme unterversorgt wären. Systembedingt kommt es auch zu einem höheren Energieverbrauch und dadurch zu höheren Betriebskosten.

Abbildung 5.38: Einrohrheizung horizontal in ringförmiger Anordnung

Ringförmige Anordnung in einer Zweirohrheizung Bei der ringförmigen Verteilung einer Zweirohrheizung wird das Heizwasser über eine Strangleitung in die jeweilige Etage oder den zu beheizenden Bereich eines Gebäudes transportiert und in einer Ringleitung zu den Heizkörpern verteilt. Die Rücklaufleitung verläuft dabei meist parallel zur Vorlaufleitung, wie Sie in Abbildung 5.39 sehen können.

Abbildung 5.39: Zweirohrheizung horizontal in ringförmiger Anordnung

Vor- und Rücklaufleitung werden hier auch »Geschossleitungen« genannt und können in der Trittschalldämmung unter dem Estrich, in Fußleisten oder frei vor der Wand verlegt sein. Bei größeren Etagen sind meist Wanddurchbrüche erforderlich.

Vorteile: geringe Materialkosten während der Installation. Das System ist mit Heizkörpern erweiterbar. Nachteile: Der Druckabfall nach jedem Heizkörper nimmt zu. Damit auch der letzte Heizkörper im Ring mit ausreichend Wärme versorgt wird, muss die Wärmeverteilung sorgfältig berechnet sein. Ein hydraulischer Abgleich ist somit notwendig (siehe Teil IV in diesem Buch). Zentrale Anordnung in einer Zweirohrheizung Bei der zentralen Verteilung einer Zweirohrheizung wird das Heizwasser in die jeweilige Etage oder den jeweiligen Bereich eines Gebäudes transportiert und über eine zentrale Geschossleitung zu den Heizkörpern geleitet, wie in Abbildung 5.40 zu sehen ist. Die Leitungen verlaufen hier meist in abgehangenen Decken oder im Fußboden, sodass Wanddurchbrüche vermieden werden können. Vorteile: geringe Materialkosten während der Installation, und das System lässt sich mit Heizkörpern erweitern. Nachteile: Die Wasserverteilung muss sorgfältig berechnet sein, damit alle Heizkörper ausreichend Wärme erhalten. Ein hydraulischer Abgleich muss durchgeführt werden (siehe Teil IV in diesem Buch).

Abbildung 5.40: Zweirohrheizung horizontal in zentraler Anordnung

Sternförmige Anordnung in einer Zweirohrheizung Bei der sternförmigen Verteilung einer Zweirohrheizung wird das Heizwasser in die jeweilige Etage oder den jeweiligen Bereich eines Gebäudes transportiert und über einen zentralen Verteiler getrennt zu den Heizkörpern geleitet, wie in Abbildung 5.41 zu sehen

ist. Hier wird in der Regel ein zentraler Verteiler pro Etage eingesetzt.

Abbildung 5.41: Zweirohrheizung horizontal in sternförmiger Anordnung

Vorteile: geringer Gesamtdruckabfall über die Heizkörper aufgrund der besseren Druckverteilung durch den zentralen Verteiler. Nachteile: höherer Materialaufwand während der Installation und somit höhere Installationskosten. Hydraulischer Abgleich muss durchgeführt werden (siehe Teil IV in diesem Buch). Tichelmann-System in einer Zweirohrheizung Bei der Verteilung nach dem Tichelmann-System haben Vor- und Rücklauf die gleiche Fließrichtung und die gleichen Leitungslängen, wie Sie in Abbildung 5.42 sehen können. Damit entstehen über die annähernd gleichen Längen von Rohrleitungen zu den jeweiligen Heizkörpern nahezu gleich große Druckabfälle, sodass sich das Wasser gleichmäßig durch alle Heizkörper bewegt. Daher ist das Tichelmann-System in sich ein hydraulisch abgeglichenes System.

Abbildung 5.42: Zweirohrheizung horizontal im Tichelmann-System

Der große Nachteil des Tichelmann-Systems sind die hohen Installationskosten, da mehr Material für Leitungen verbaut werden muss. Außerdem ist eine anschließende Erweiterung des Systems mit zusätzlichen Heizkörpern nicht möglich. Das TichelmannSystem wird heute nur noch in Spezialfällen angewendet. Vorteile: kein hydraulischer Abgleich notwendig, da das System aufgrund seiner Bauart in sich hydraulisch abgeglichen ist. Nachteile: sehr hoher Materialaufwand während der Installation und somit hohe Installationskosten. Keine Erweiterung mit zusätzlichen Heizkörpern möglich.

Wärmeübergabe Die Wärmeübergabe an eine Heizfläche ist die finale Station des Heizungswassers. Hier kann es seine gespeicherte Wärme an einen Raum oder Gebäudebereich abgeben und abgekühlt zurück zum Wärmeerzeuger fließen. Es gibt verschiedene Heizflächentypen zur Wärmeübergabe an einen Raum. Zu den bekanntesten gehören Raumheizkörper und integrierte Raumheizflächen wie die Fußbodenheizung. Mehr zur Wärmeübergabe mittels Klimaanlagen und Luftheizungen erfahren Sie in Kapitel 8. Die Aufgabe jeder Heizfläche ist die möglichst gleichmäßige und effiziente Wärmeabgabe an einen Raum durch Konvektion und Strahlung. Um diese Anforderung zu gewährleisten, muss die Wärmeabgabe gut regulierbar sein und angemessen auf wechselnde Anforderungen reagieren können. Für die Regelung kommen Heizkörperventile, Stellmotoren und Thermostate zum Einsatz.

Es gibt keine reinen Strahlungs- oder Konvektionsheizungen. Jede Heizfläche hat einen gewissen Konvektions- und Strahlungsanteil, welcher in Prozent angegeben wird. Mehr Informationen zur Konvektion und Strahlung finden Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Wärmeübertragung«. Nachfolgend sind zusammenfassend die Eigenschaften von Konvektions- und Strahlungsheizungen aufgelistet. Konvektionsheizung: Bei einer Konvektionsheizung wird ein Großteil der Wärme an die Luft im Raum abgegeben. Für ein angenehmes Empfinden muss die Lufttemperatur höher sein als die Oberflächentemperatur der Umschließungsflächen. Konvektionsheizungen sorgen für eine hohe Luftbewegung im Raum und haben einen höheren Energieverbrauch. Dafür reagieren sie schnell auf rasche Temperaturänderungen im Raum. Typische Heizungen mit einem hohen Konvektionsanteil sind Konvektoren, welche im nachfolgenden Abschnitt vorgestellt werden. Strahlungsheizung: Bei Strahlungsheizungen wird der überwiegende Anteil der Wärme in Form von Strahlung abgegeben, sodass die Oberflächen der Umschließungsflächen durch die Wärmestrahlung erwärmt werden und weniger Wärme an die Luft abgegeben wird. Somit ist das Empfinden auch bei niedrigerer Lufttemperatur im Verhältnis zur Oberflächentemperatur der Umschließungsflächen angenehm. Strahlungsheizungen können mit niedrigeren Systemtemperaturen betrieben werden und benötigen weniger Energie, sind aber auch träge und reagieren schlechter auf schnelle Temperaturänderungen. Typische Heizflächen mit einem hohen Strahlungsanteil sind Fußboden-, Wand- und Deckenheizungen. Radiatoren und Plattenheizkörper haben einen hohen Strahlungs- und Konvektionsanteil. Bei der Auswahl der jeweiligen Heizflächen spielen die Eingliederung in die Raumgestaltung, die Robustheit, die Reinigungs- und die Wartungsmöglichkeit eine wichtige Rolle. Im nachfolgenden Abschnitt werden die wichtigsten Heizflächenarten und Regelvorrichtungen vorgestellt.

Raumheizkörper In Bestandsgebäuden mit Warmwasserheizung sind Heizkörper die wahrscheinlich am weitesten verbreitete Variante zur Wärmeübergabe. Heizkörper sind frei angeordnete Heizflächen in einem Raum. Da es verschiedene Heizkörpertypen gibt, ist die wichtigste Vergleichsgröße unter Heizkörpern die Wärmeleistung. Die Wärmeleistung eines Heizkörpers wird nach einer Norm (DIN EN 442) unter standardisierten Bedingungen ermittelt und von den verschiedenen Heizkörperherstellern zu den normierten Systemtemperaturen angegeben. Die Systemtemperaturen sind 75/65/20, also Vorlauftemperatur 75 °C, Rücklauftemperatur 65 °C und Raumtemperatur 20 °C (mehr

Informationen zu Systemtemperaturen finden Sie im Abschnitt »Der Aufbau von Heizungsanlagen« in diesem Kapitel). Der Leistungstest in einem Labor ermöglicht den Vergleich von Heizkörpern untereinander, weicht jedoch mit großer Wahrscheinlichkeit von Ihren Systemtemperauren zu Hause ab. Wenn Sie nun in Ihrem Gebäude andere Systemtemperaturen haben, muss die Leistung des Heizkörpers auf diese umgerechnet werden. Falls Sie Probleme mit der Identifikation Ihrer Heizkörper haben oder nicht wissen, wie die Leistung umgerechnet werden soll, erhalten Sie in Teil IV dieses Buches zum hydraulischen Abgleich Hilfe. Dort finden Sie anhand einer Beispielrechnung alle notwendigen Informationen und weitere Tipps zur Identifizierung oder Bezeichnung von Heizkörpern. Heizkörper werden nach Möglichkeit an der Außenwand und unterhalb des Fensters angebracht, da somit die einfallende Kaltluft abgefangen und kalte Abstrahlung der Außenwand ausgeglichen werden kann. Dadurch findet eine homogenere Verteilung der Wärme im Raum statt, was zu gleichmäßigeren Temperaturen und geringeren Zugerscheinungen führt. Für die höchste thermische Behaglichkeit werden Heizkörper vor oder unterhalb von Fenstern angeordnet, da Fenster die schwächsten Bauteile in der Gebäudehülle sind. Befinden sich Heizkörper unterhalb oder vor einem Fenster, wird die Raumluft am Heizkörper erwärmt und mit der kühleren Luft am Fenster vermengt. Die dadurch entstehende Luftumwälzung der gemischten Raumluft (natürliche Konvektion, siehe Kapitel 3, Abschnitt »Konvektion«) sorgt für eine angenehme Temperaturverteilung im Raum. Befinden sich Heizkörper hingegen an einer Innenwand, kann die umgewälzte Luft am Fenster weiter abkühlen und die Temperatur im Fußbereich deutlich niedriger sein. Bei hochgedämmten Neubauten mit guter Wärmeschutzverglasung ist dieser Positionszwang nicht mehr allzu stark gegeben. Nachfolgend werden die wichtigsten Heizkörpertypen vorgestellt. Sie erfahren, wie Heizkörper angeschlossen werden können, und lernen die Funktion eines Thermostatventils kennen.

Plattenheizkörper Plattenheizkörper, auch Flachheizkörper genannt, bestehen aus Stahlblechen, die glatt oder profiliert sind. Da Plattenheizkörper einen hohen Strahlungsanteil haben, können zusätzliche Konvektorbleche angebracht werden, die den Konvektionsanteil erhöhen. Die Bezeichnung »Plattenheizkörper« bezieht sich somit auf die Anzahl der Platten (P) und Konvektorbleche (K). Der Plattenheizkörper in Abbildung 5.43 besitzt beispielsweise zwei Platten und zwei Konvektorbleche und erhält die Bezeichnung »PKKP«.

Abbildung 5.43: Plattenheizkörper mit zwei Platten und zwei Konvektorblechen (PKKP)

Die Vorderseite eines Plattenheizkörpers gibt Wärme überwiegend als Strahlung ab, wohingegen die Konvektionsbleche und die Rückseite überwiegend Wärme in Form von Konvektion an den Raum abgeben. Der Strahlungsanteil liegt bei einem Plattenheizkörper ohne zusätzliche Konvektorbleche zwischen 40 und 50 %. Bei bis zu drei zusätzlichen Konvektorblechen sinkt der Strahlungsanteil auf ca. 25 % ab, und der Konvektionsanteil überwiegt.

Gliederheizkörper Gliederheizkörper haben hintereinander angeordnete Heizglieder, die miteinander verbunden sind und in Summe den gesamten Heizkörper ergeben. Je mehr Glieder hintereinander angeordnet sind, desto höher ist die Wärmeleistung. Daher wird die Wärmeleistung pro Glied angegeben und ist für Guss- und Stahlradiatoren genormt. In Abbildung 5.44 ist beispielhaft ein Gliederheizkörper zu sehen.

Abbildung 5.44: Gliederheizkörper mit 21 Gliedern

Die Werte der jeweiligen Glieder können Tabellen entnommen werden. Dafür benötigen Sie die Höhe und Tiefe des Glieds sowie den Nabenabstand (Abstand zwischen den Anschlüssen von Vor- und Rücklauf). Zu Gliederheizkörpern gehören Guss- und Strahlradiatoren, Röhrenradiatoren und Handtuch-Rohrheizkörper. Der Strahlungsanteil von Gliederheizkörpern ist mit etwa 25 % recht gering.

Konvektoren Konvektoren sind extra darauf ausgerichtet, den Raum durch Konvektion zu erwärmen. Dazu liegen Röhren oder Lamellen in engem Abstand zueinander, um möglichst viel Wärme an die vorbeiströmende Luft abzugeben. Konvektoren sind meist in einem Schacht eingehaust, um die Auftriebsströmung (Kamineffekt) zu verstärken. Der Konvektor erwärmt in seinem Schacht die Luft, und diese steigt nach oben. Gleichzeitig strömt kältere Luft von unten nach und wird ebenfalls erwärmt, sodass eine Luftzirkulation durch Konvektion im Raum entsteht. In Abbildung 5.45 können Sie einen Konvektor mit feinen Lamellen im Bodenbereich sehen.

Abbildung 5.45: Eingehauster Konvektor mit feinen Lamellen im Bodenbereich

Heizkörperanschlüsse Der Anschluss eines Heizkörpers erfolgt an Vor- und Rücklauf. Es gibt verschiedene Anschlussarten für Heizkörper, wie in Abbildung 5.46 dargestellt ist. Der Regelfall für den Anschluss eines Heizkörpers ist der gleichseitige Anschluss mit oberem Vorlauf und unterem Rücklauf. Über diese Anschlussvariante wird auch die größte Wärmeleistung erzielt. Bei anderen Anschlussvarianten, wie zum Beispiel den Mittelrohranschluss, sind Leistungseinbußen zu verzeichnen.

Abbildung 5.46: Anschlussarten für Vor- und Rücklauf an Heizkörpern

Auch hier gilt, dass die Anschlüsse Ihnen helfen sollen, eine Anschlussart zu identifizieren. Die Entscheidung, wann welcher Anschluss gewählt wird, erfolgt in der Planungsphase des Heizungssystems und hängt auch mit den verwendeten Heizkörpertypen und den Gegebenheiten vor Ort zusammen.

Thermostatventile für Heizkörper Das wohl bekannteste Bauelement an einem Heizkörper ist das Thermostatventil. Es besteht aus zwei Bauteilen: dem Thermostatkopf und dem Heizkörperventil, wie Sie in Abbildung 5.47 sehen können.

Abbildung 5.47: Thermostatkopf (links) und Heizkörperventil (rechts)

Der Thermostatkopf ist der sichtbare Teil des Thermostatventils und hat die Aufgabe, die Raumtemperatur zu regeln und dadurch den Durchfluss des Heizungswassers im Heizkörperventil zu erhöhen oder zu begrenzen. In den letzten Jahren haben sich Thermostate technologisch weiterentwickelt, sodass smarte Thermostate heute mehr Funktionen haben als die einfache Temperaturregelung. Elektronisch programmierbare Heizkörperthermostate können die Temperatur zu einer bestimmten Zeit reduzieren und anheben, es kann ein Zeitprogramm hinterlegt werden oder die Steuerung per App, Tablet und PC erfolgen. Ein programmierbares Thermostat stellt somit einen wichtigen Pfeiler im modernen Energiemanagement dar. Die Erweiterung elektronischer Heizkörperthermostate ist die intelligente

Heizungssteuerung, welche es ermöglicht, mehrere Heizkörper und Räume zentral zu steuern. Somit muss nicht mehr jedes elektronische Heizkörperthermostat einzeln programmiert werden. Alle Daten können zentral für einzelne Räume und Zonen über eine App oder den PC eingeben werden. In Abbildung 5.48 sind ein manuelles und ein elektronisches Thermostat abgebildet. Manuelles Heizkörperthermostat: Mit einem klassischen Heizkörperthermostat können Sie die Raumtemperatur manuell einstellen. Stufe 5 kann bis zu 28 °C entsprechen, Stufe 3 entspricht ca. 20 °C, und Stufe * (Sternchen) entspricht ca. −7 °C Frostschutz. Ein Thermostatkopf ist somit ein Fühlerelement. Haben Sie eine gewünschte Stufe eingestellt, ist der Thermostatkopf in der Lage, die Temperatur in dem gewählten Bereich zu regeln und auf Abweichungen von +/− 2 Kelvin zu reagieren. Im Inneren des Thermostatkopfes befindet sich ein Fühlerelement mit einer Ausdehnungsmasse oder einer Flüssigkeit, welche sich bei Wärme ausdehnt und sich bei Kälte zusammenzieht. Durch das Ausdehnen der Masse im Inneren des Fühlerelementes wird ein Übertragungsstift bewegt, welcher das Heizkörperventil öffnet oder schließt. Elektronisches Heizkörperthermostat: Das Prinzip von elektronischen Thermostaten ist ähnlich wie bei manuellen Thermostaten, sie haben jedoch keine Ausdehnungsmasse oder Flüssigkeit als Fühlerelement verbaut. In elektronischen Thermostaten befindet sich ein elektrischer Fühler (Sensor), welcher auf Temperaturschwankungen reagiert und nach Bedarf einen Motor bewegt, um das Heizkörperventil zu öffnen oder zu schließen. Damit elektronische Thermostate funktionieren, werden sie in der Regel mit Batterien ausgestattet. Diese halten in der Regel zwei Heizperioden.

Abbildung 5.48: Links manuelles Thermostat, rechts ein elektronisches Thermostat

Elektronische Thermostate werden damit beworben, dass Sie die Heizkosten um bis zu 30 % reduzieren können. Doch wie kommen die Hersteller auf diese Zahl? Mehr Informationen dazu und eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Tausch von Thermostaten finden Sie in Kapitel 13 im Abschnitt »Alte Thermostatköpfe tauschen«. Ähnlich wie bei Thermostatköpfen gab es in den letzten Jahrzehnten auch bei Heizkörperventilen eine rasante Entwicklung. Energie einzusparen, ist wichtiger denn je, und das Heizkörperventil ist ein wichtiges Element für die Durchführung eines hydraulischen Abgleichs, welcher in Teil IV dieses Buches ausführlich vorgestellt wird. Es gibt drei Ventiltypen, die an Heizkörpern verbaut werden können. In Abbildung 5.49 sind diese dargestellt. Nicht voreinstellbare Heizkörperventile: Diese Heizkörperventile können nur geöffnet und geschlossen werden und sind, wie der Name schon sagt, nicht voreinstellbar. Heute werden sie nur noch selten verbaut, da mit ihnen kein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden kann, welcher für die Optimierung einer Heizungsanlage notwendig ist. Voreinstellbare Heizkörperventile: Diese Ventile haben mehrere Voreinstellwerte, sodass die genaue Wassermenge für jeden Heizkörper eingestellt werden kann. Voreinstellbare Heizkörperventile sind ein wichtiger Baustein zur Durchführung eines hydraulischen Abgleichs. Mit einem Voreinstellschlüssel kann der Durchflussquerschnitt am Ventil für jeden Heizkörper eingestellt werden. Dadurch wird verhindert, dass Heizkörper mit Wärme über- oder unterversorgt werden. Druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile: Diese Ventile sind eine Erweiterung von voreinstellbaren Heizkörperventilen. Die interne Differenzdruckregelung sorgt für eine weitere Verfeinerung des hydraulischen Abgleichs und dauerhaft für einen konstanten Differenzdruck über dem Ventil. Wenn Sie heute einen hydraulischen Abgleich durchführen wollen, sollten Sie immer druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile verwenden.

Abbildung 5.49: Heizkörperventile – nicht voreinstellbar, voreinstellbar, voreinstellbar und druckunabhängig

Mehr Informationen zu den verschiedenen Ventiltypen und dazu, wann diese eingesetzt werden, finden Sie in Kapitel 21 zur Beispielrechnung des hydraulischen Abgleichs. Dort werden im Abschnitt »Der Unterschied zwischen druckunabhängigen und druckabhängigen Heizkörperventilen« die Unterschiede und Vorteile druckunabhängiger Ventile aufgezeigt.

Integrierte Raumheizflächen Bei integrierten Raumheizflächen sind wasserdurchströmte Rohre in Fußboden, Wand oder Decke eingebettet, wärmen diese auf und strahlen angenehme Wärme in den Raum ab. Integrierte Raumheizflächen werden auch Flächenheizung genannt. Die Fußbodenheizung ist wohl die bekannteste Flächenheizung. Sie ist am weitesten verbreitet, und ihre Wärmestrahlung vom Boden wird als angenehm wahrgenommen. Die Temperatur des Heizwassers muss in Flächenheizungen jedoch gering gehalten werden, da die Materialausdehnung der Heizungsrohre ansonsten zu stark ist und Schäden an den Flächen hervorrufen kann. Zudem sind bei einer Fußbodenheizung 50 °C recht unangenehm an den Füßen. Die Vorlauftemperatur einer Fußbodenheizung liegt daher maximal bei 35 °C. Neben dem Fußboden können Heizflächen aber auch in Wänden und Decken integriert werden. Diese Art der integrierten Heizflächen finden mehr in öffentlichen Gebäuden und Hallen Anwendung, meist als Unterstützung zu Klima- und Lüftungsanlagen (mehr dazu in Kapitel 8 im Abschnitt »Nur-Wasser-Anlagen: Passive Heiz- und Kühlsysteme zur Unterstützung der RLT-Anlagen«). Nachfolgend sind die wichtigsten Vor- und Nachteile

für Flächenheizungen aufgelistet. Vorteile: Die größten Vorteile einer integrierten Flächenheizung sind der hohe Strahlungsanteil und die geringen Systemtemperaturen. Eine Flächenheizung kann somit energieeffizient betrieben werden und sorgt für geringere Heizkosten, da weniger Energie für die Erwärmung des Heizwassers aufgewendet werden muss. Zudem gibt es ein höheres Wohlbefinden durch die Wärmestrahlung der Bauteile. Ein weiterer Vorteil ist, dass Sie eine Flächenheizung in den Sommermonaten für die Kühlung einsetzen können. Dies muss jedoch im Planungsprozess berücksichtigt werden. Nachteile: Integrierte Heizflächen haben hohe Anschaffungs- und Montagekosten und sind besonders im Altbau aufwendig zu installieren. Zudem ist die Wärmeleistung aufgrund der niedrigeren Heizwassertemperaturen begrenzt und nicht immer ausreichend. Ist eine Flächenheizung in Betrieb, ist diese sehr träge und nur schlecht regelbar. Wenn warmes Heizwasser in die Heizungsrohre fließt, gibt es zunächst die Wärme an das Bauteil ab, sodass die Wärme für den Raum erst zeitversetzt abgegeben wird. Der Anschluss von Vor- und Rücklauf der Wärmeverteilung führt in einen Wärmeverteilkasten, von wo das Heizwasser in die wasserführenden Rohre in Fußboden, Wand oder Decke verteilt wird. Ein hydraulischer Abgleich muss auch für integrierte Heizflächen durchgeführt werden. So erfolgt je Heizkreis eine Voreinstellung an jedem Ventil im Heizkastenverteiler. Nachfolgend sind die wichtigsten Flächenheizungen vorgestellt.

Fußbodenheizung Wenn in einem Gebäude mehrere Heizflächentypen wie Fußbodenheizung und Heizkörper installiert sind, hat die Fußbodenheizung meist einen eigenen Heizkreis am Heizungsverteiler. Hier wird eine geringere Vorlauftemperatur (maximal 35 °C) für die Fußbodenheizung zur Verfügung gestellt, da Heizkörper mit Temperaturen zwischen 55 und 75 °C versorgt werden. Vom Heizkreisverteiler einer Fußbodenheizung fließt das Heizwasser über im Estrich verlegte Heizungsrohre und gibt dort seine Wärme an den Estrich ab, welcher erst zeitverzögert seine Wärme an den Raum abstrahlt. Es gibt verschiedene Varianten, eine Fußbodenheizung zu verlegen, der generelle Aufbau erfolgt jedoch ähnlich. So wird bei einer Fußbodenheizung zunächst eine Wärmedämmung auf die Betondecke aufgebracht. Anschließend erfolgt die Verlegung der Heizrohre auf der Wärmedämmung ring- oder mäanderförmig. Nachdem die Rohre verlegt wurden, wird im letzten Schritt die der Estrich aufgebracht. Je nach Anforderung kann eine zusätzliche Schutzschicht für die Heizungsrohre verlegt werden, da diese Lasten abfangen muss. In Abbildung 5.50 sehen

Sie Heizungsrohre für eine Fußbodenheizung, die auf einer Wärmedämmung angebracht wurden.

Abbildung 5.50: Wärmeübergabe im Heizkreisverteiler für eine Fußbodenheizung – Quelle: Wolfilser, Stock.Adobe.com

Die Regelung erfolgt in modernen Fußbodenheizungen über Stellmotorventile in Kombination mit Raumthermostaten. Pro beheizten Bereich werden die jeweiligen Heizkreise einem Raumthermostat zugeordnet. Das Raumthermostat misst die Raumtemperatur an einem bestimmten Punkt im Raum und gibt an die Regeleinheit eine Rückmeldung, ob der Stellmotor geöffnet oder geschlossen werden soll. Für Fußbodenheizungen im Bestand gibt es smarte Heizungsregelungen als Nachrüstsets, wie in Abbildung 5.51 zu sehen ist.

Abbildung 5.51: Intelligente Heizungssteuerung als Nachrüstset für Fußbodenheizung

Fußbodenerwärmung Nicht alles, was Fußbodenheizung genannt wird, ist tatsächlich auch eine Fußbodenheizung. Dies ist besonders dann wichtig, wenn Sie sich auf die Suche nach passenden Thermostaten oder Stellantrieben machen. So kann es sein, dass es sich bei einer Lösung nicht um eine Fußbodenheizung, sondern um eine Fußbodenerwärmung handelt. Per Definition muss eine Fußbodenheizung in der Lage sein, einen Raum ohne zusätzliche Unterstützung durch Heizkörper oder Lüftungsanlage zu beheizen. Eine Fußbodenerwärmung ist daher eine Ergänzung zum Raumheizkörper und hat in der Regel keinen eigenen Heizkreis. Sie ist meist am gleichen Heizkreis angeschlossen wie der im Raum befindliche Heizkörper angeschlossen. Wie in Abbildung 5.52 zu sehen ist, verläuft eine Leitung vom Vorlauf kommend im Boden bis zu einer RTL-Box, sodass die Wärme über den Boden an den Raum abgegeben wird.

Abbildung 5.52: Aufbauschema einer Fußbodenerwärmung

In der RTL-Box befindet sich ein Rücklauftemperaturbegrenzer (RTL-Thermostat), welcher ähnlich aussieht wie ein Thermostatkopf. Anstelle der Raumtemperatur misst der Rücklauftemperaturbegrenzer jedoch die Wassertemperatur am Heizungsrohr über einen Kupferstift. So kann der Wasserdurchfluss anhand der Wassertemperatur begrenzt werden. Das Wasser in der Leitung kühlt so lange ab, bis eine gewünschte Rücklauftemperatur (zum Beispiel 35 °C) erreicht wurde. Auch hier gilt: Zu hohe Wassertemperaturen in der Fußbodenerwärmung können den Estrich schädigen. In Abbildung 5.53 ist ein RTLThermostat zu sehen. Fußbodenerwärmungen sind in Bestandsgebäuden oft in Bädern und Küchen zu finden.

Abbildung 5.53: Rücklauftemperaturbegrenzer – RTL-Thermostat

Wand- und Deckenheizung Wand- und Deckenheizungen funktionieren ähnlich wie eine Fußbodenheizung und sind in

die jeweiligen Bauteile integriert, wie Sie in Abbildung 5.54 sehen können. Das bedeutet, die Heizungsrohre verteilen sich vom Heizkreisverteiler in der Wand oder der Decke und wärmen dort zunächst die Bauteile auf. Anschließend wird die Wärme in Form von Strahlung an den Raum abgegeben.

Abbildung 5.54: Flächenheizung in einer Wand

Wandheizung: Die Wandheizung sorgt aufgrund ihrer gleichmäßigen Wärmeverteilung für ein angenehmes Raumklima. Im Wohnungsbau findet sie jedoch nur selten Anwendung, da sich die Raumgestaltung mit Möbeln vor den Wänden schwierig gestaltet. Allerdings können Wandheizungen für sanierte Altbauten interessant sein, insbesondere wenn eine Fußbodenheizung aufgrund einer zu geringen Raumhöhe nicht realisierbar ist. Deckenheizung: Deckenheizungen werden zunehmend als unterstützende Elemente zu Klima- und Lüftungsanlagen in Bürogebäuden, öffentlichen Gebäuden sowie Mehrzweck- und Industriehallen verbaut. Da die Decken nicht zugestellt werden können, steht die gesamte Deckenfläche als Heizfläche zur Verfügung.

Heizen und Kühlen mit integrierten Raumheizflächen Aufgrund ihrer großen Fläche werden Fußboden,- Wand- und Deckenheizungen nicht nur

für das Heizen verwendet, sondern auch für die Kühlung im Sommer. So kann über die großen Flächen im Sommer kaltes Wasser fließen und die Bauteile herunterkühlen. Dabei muss in der Planung jedoch darauf geachtet werden, dass kein Kondensat anfällt. Aus den integrierten Heizflächen werden dann Kühlflächen, welche die Wärmestrahlung von Menschen und elektronischen Geräten aufnehmen. Das Raumklima wird dann als angenehm kühl empfunden. Mehr Informationen zum Kühlen von Gebäuden finden Sie in Kapitel 6. Integrierte Raumheizflächen eigenen sich somit hervorragend in Kombination mit reversiblen Wärmepumpen zum Heizen und Kühlen. Während im Winter eine Wärmepumpe aus einer Wärmequelle wie Grundwasser, Erdwärme oder Luft Wärme bezieht (mehr dazu in Abschnitt »Wärmequellen für Wärmepumpen« in diesem Kapitel), kann die Wärmepumpe die absorbierte Raumwärme im Sommer wieder an die ursprüngliche Wärmequelle abführen.

Kapitel 6

Kältetechnik für Gebäude IN DIESEM KAPITEL Erfahren Sie, was die Kühllastberechnung für Gebäude ist. Lernen Sie die Funktionsweise von Kompressions- und Sorptionskältemaschinen kennen. Erfahren Sie, wie Wärme aus Gebäuden und Räumen abtransportiert wird. Lernen Sie, wie die Effizienz einer Kältemaschine ermittelt wird. Erfahren Sie, was Kältemittel sind und welche Kältemittel es gibt.

Die Kältetechnik wird aufgrund des Klimawandels und der steigenden Temperaturen im Sommer ein wichtigerer Bestandteil in Wohngebäuden. In Nichtwohngebäuden, der Industrie und im Gewerbe ist die Kältetechnik bereits fester Bestandteil. So werden Rechenzentren, Labore, Krankenhäuser, Lebensmittellager, Industrieprozesse, Bürokomplexe und viele andere Bereiche gekühlt und benötigen dafür eine ausgereifte Kältetechnik. In diesem Kapitel erfahren Sie, wie Kälteanlagen aufgebaut sind und funktionieren, welche Arten es gibt, was Kältemittel sind, wie Wärme aus einem Gebäude abtransportiert wird und welche Möglichkeiten Sie haben, Ihre eigenen vier Wände zu kühlen. In den Grundlagen der Thermodynamik aus Kapitel 3 ist beschrieben, dass Wärme immer von einem Medium höherer Temperatur zu einem Medium niedrigerer Temperatur strömt. Wenn von Kühlung gesprochen wird, ist deshalb der Wärmeabtransport gemeint. Wenn Sie beispielsweise eine warme Cola kühlen wollen, müssen Sie ihr Wärme entziehen, bis die gewünschte Temperatur erreicht wird. Dazu stellen Sie die Cola in den Kühlschrank. Im geschlossenen Kühlschrank wird allen Lebensmitteln Wärme entzogen und an der Rückwand des Kühlschanks wird die entzogene Wärme hoch temperiert an die Umwelt, in diesem Fall Ihre Küche, abgegeben. Behalten Sie dieses Gedankenspiel im Hinterkopf, und das Verständnis für Kältemaschinen wird Ihnen sehr viel leichter fallen.

Die Kühllastberechnung für Gebäude Um an heißen Sommertagen die Raumtemperatur zu senken, müssen Sie wissen, wie viel Wärme aus einem Raum abtransportiert werden muss. Der abzuführende Wärmestrom aus einem Raum oder einem Gebäude wird Kühllast genannt und in einem speziellen Rechenverfahren ermittelt. Die Berechnung der Kühllast ist sehr umfangreich und erfordert häufig eine thermische Gebäudesimulation. Dabei werden die Wärmeströme aus Wärmequellen und Wärmesenken innerhalb und außerhalb des Gebäudes berücksichtigt. Zur Berechnung werden Gebäudedaten zur Gebäudephysik (Wandaufbauten, Verschattung, Fenster, Türen usw.), lokale Klima- und Wetterdaten, maximal zulässige Personenanzahlen im Gebäude, die technische Ausstattung des Gebäudes und die Angabe der sonstigen inneren Wärmequellen benötigt. Die Kühllast wird in innere und äußere Kühllast unterteilt. Innere Kühllast: Zur inneren Kühllast gehören alle Wärmequellen im Inneren eines Gebäudes. Dazu zählen elektrische Geräte, die Beleuchtung, Maschinen und die im Gebäude befindlichen Personen. Äußere Kühllast: Die äußere Kühllast setzt sich aus der über die Gebäudehülle eindringenden Wärme, insbesondere durch Sonnenstrahlung und Undichtigkeiten (Infiltration), und Wärmeströmen über die Bauteile (Transmissionswärme) sowie eindringende Wärme aus nicht klimatisierten Nachbarräumen zusammen. Aufgrund der Komplexität kann eine Kühllastberechnung nur von Fachfirmen mit entsprechender Software durchgeführt werden. Die Kühllast (gesprochen Q Punkt K) wird in Kilowatt (kW) angegeben. Falls Sie vorhaben, Ihr Wohnzimmer mit einer Split-Klimaanlage oder einer mobilen Monoblock-Klimaanlage auszustatten (mehr dazu später in diesem Kapitel), ist eine genaue Kühllastberechnung zu aufwendig. Daher haben Sie die Möglichkeit, eine vereinfachte Kühllast überschlägig zu ermitteln. Hier sind zwar auch einige Angaben notwendig, aber das Ergebnis ist besser als eine vage Prognose. Es gibt im Internet verschiedene Online-Tools, die Sie bei einer überschlägigen Kühllastberechnung unterstützen.

Das Gebäude als Kühlschrank: Die Funktion von Kältemaschinen Eine Kältemaschine entzieht einem geschlossenen Raum oder einem ganzen Gebäude

Wärme und gibt diese hoch temperiert an die Umwelt ab. Ein Beispiel aus dem Alltag ist der Kühlschrank in Ihrer Küche. Im geschlossenen Kühlschrank wird Ihren Lebensmitteln Wärme entzogen, und an der Rückwand des Kühlschanks wird Wärme hoch temperiert an Ihre Küche abgegeben. Für die Kühlung von Gebäuden kommen überwiegend elektrisch betriebene Kältemaschinen (sogenannte Kompressionskältemaschinen) zum Einsatz, da elektrische Energie in Gebäuden vorhanden ist und diese leicht zu installieren sind. Seltener kommen wärmebetriebene Sorptionskältemaschinen zum Einsatz. Im Zuge der Energiewende könnten diese jedoch interessanter werden, da Abwärme aus Industrieprozessen und Wärme aus Solarthermieanlagen besonders im Sommer für die Kälteproduktion genutzt werden kann. Nachfolgend werden die Funktionen von Kompression- und Sorptionskältemaschinen erklärt.

Kompressionskältemaschinen Kompressionskältemaschinen sind elektrische betriebene Kältemaschinen. Der Kältekreis einer Kompressionskältemaschine besteht aus vier Hauptbauteilen (Verdampfer, Kompressor (Verdichter), Kondensator (Verflüssiger) und Expansionsventil), die miteinander in einem geschlossenen Kältekreis verbunden sind. Für den Wärmetransport im Kältekreis kommt ein Kältemittel zum Einsatz. Die Verdichtung des Kältemittels erfolgt mit elektrischer Energie. Die nachfolgende Beschreibung einer elektrisch betriebenen Kompressionskältemaschine ähnelt der einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe, wie sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Funktionsweise einer Wärmepumpe« beschrieben ist. Falls Ihnen hier Parallelen auffallen, haben Sie diese richtig erkannt. Lediglich die Wärmequelle am Verdampfer ( ) und die Abgabe der Wärme am Kondensator (

) sind unterschiedlich. Merken Sie sich dazu folgende Punkte: Kältemaschine: Eine Kältemaschine entzieht einem Raum oder einem Kühlmittel (Wasser, Sole) mittels Kältemittel Wärme ( ). Das Kältemittel wird mit Hilfe des Kompressors und elektrischer Energie (PEL) auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Die Wärme im Kältemittel wird dann an die Umwelt als ungenutzte Wärme ( ) abgegeben. Wärmepumpe: Eine Wärmepumpe entzieht hingegen der Umwelt (Luft, Wasser, Erdreich) mittels Kältemittel Wärme ( ). Diese wird mit Hilfe eines Kompressors und elektrischer Energie (PEL) auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Die Wärme im Kältemittel ( ) wird dann an ein Heizungssystem übergeben.

Das Funktionsprinzip von Kältemaschinen und Wärmepumpen lässt sich hervorragend am linksdrehenden Carnot-Kreisprozess beschreiben. Der CarnotKreisprozess wird in Kapitel 3 im Abschnitt »Kreisprozesse in der Gebäudetechnik« genauer erklärt. Ein Kältemittel ist ein Fluid, welches die Eigenschaft hat, bei sehr geringen Temperaturen zu sieden und dadurch seinen Aggregatzustand von flüssig in gasförmig zu ändern (mehr dazu in Kapitel 3 im Abschnitt »Fest, flüssig, gasförmig – Formen von Materie«). Ein Kältemittel kann somit bei niedriger Temperatur und geringem Druck Wärme aufnehmen und bei hohen Temperaturen und hohem Druck Wärme abgeben. Neben synthetischen Kältemitteln, die hervorragende thermodynamische Eigenschaften haben, gibt es auch natürliche Kältemittel wie Ammoniak, Kohlenstoffdioxid, Propan oder Wasser. Im Abschnitt »Kältemittel in Kältemaschinen und Wärmepumpen« in diesem Kapitel werden Kältemittel genauer vorgestellt. Der Aufbau einer Kältemaschine ähnelt dem einer Wärmepumpe, mit dem Unterschied, dass einem Raum oder einem Gebäude Wärme entzogen wird und die Abwärme der Kältemaschine nicht zum Heizen genutzt, sondern an die Umwelt abgegeben wird. In Abbildung 6.1 ist das Funktionsschema einer elektrischen Kompressionskältemaschine zu sehen. Nachfolgend sind die einzelnen Schritte des Kreisprozesses beschrieben. Schritt 1 – Verdampfung des Kältemittels: Im ersten Schritt des Kreisprozesses befindet sich das Kältemittel im Verdampfer der Kältemaschine und nimmt Wärme ( ) direkt aus einem Raum oder indirekt aus einem Wärmeträger auf (mehr dazu im Abschnitt »Ein Gebäude wird gekühlt: Möglichkeiten zum Wärmeabtransport« in diesem Kapitel). Da der Siedepunkt des Kältemittels niedrig ist, beginnt das Kältemittel mit der Aufnahme der Wärme ( ) zu sieden und ändert seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig. Der Vorgang im Verdampfer wird isotherme Expansion genannt.

Abbildung 6.1: Funktionsschema einer Kompressionskältemaschine

Schritt 2 – Verdichtung des Kältemittels: Im zweiten Schritt wird das gasförmige Kältemittel in einen Kompressor gesaugt und dort stark verdichtet. Für den Verdichtungsprozess benötigt der Verdichter elektrische Energie (PEL). Durch die Verdichtung des Kältemittels steigen der Druck und die Temperatur des Kältemittels stark an. Dieser Vorgang wird isentrope (oder adiabatische) Kompression genannt. Schritt 3 – Verflüssigung des Kältemittels: Im dritten Schritt des Kreisprozesses befindet sich das Kältemittel auf einem sehr hohen Druck- und Temperaturniveau und gibt seine Wärme ( ) über einen Wärmeübertrager an die Umwelt ab. Der Wärmeübertrager wird auch Kondensator oder Verflüssiger genannt, da das Kältemittel beim Wärmeübertrag kondensiert und seinen Aggregatzustand von gasförmig zu flüssig ändert. Das Besondere ist, dass während der Änderung des Aggregatzustands die Temperatur im Kondensator nahezu konstant bleibt. Wärme wird also allein durch den Wechsel des Aggregatszustands übertragen. Daher wird dieser Vorgang isotherme Kompression genannt. Das Kältemittel ist nun flüssig, steht

jedoch noch unter hohem Druck. Schritt 4 – Expansion des Kältemittels: Im letzten Schritt des Kreisprozesses passiert das flüssige und unter hohem Druck stehende Kältemittel ein Expansionsventil. Im Expansionsventil entspannt sich das Kältemittel, dehnt sich wieder aus, kühlt ab und befindet sich in seinem Ursprungszustand. Das Kältemittel gelangt nun erneut in den Verdampfer und kann Wärme aufnehmen. Dieser Vorgang wird isentrope (oder adiabatische) Expansion genannt. Kompressionskältemaschinen werden nochmals nach der Art der Verdichtung unterschieden. Die verschiedenen Verdichtertypen detailliert zu beschreiben, würde den Umfang dieses Buches jedoch sprengen. Welches Kältemittel und welcher Verdichtertyp zum Einsatz kommen, muss daher immer im Planungsprozess der Kälteanlage erörtert werden. Sie können sich dazu die folgenden Verdichtertypen und deren Einsatz merken: Scroll-Verdichter: für kleine und mittlere Leistungen Hubkolbenverdichter: für kleine und mittlere Leistungen Schraubenverdichter: für mittlere und große Leistungen Turboverdichter: für große Leistungen In Abbildung 6.2 ist eine Kompressionskältemaschine mit zwei Turboverdichtern und einer Kälteleistung von einem Megawatt (1.000 kW) zu sehen. Diese Leistungsgrößen sind für Krankenhäuser sowie Industrie- und größere Bürokomplexe interessant.

Abbildung 6.2: Kompressionskältemaschine mit zwei Turboverdichtern (die Geräte oben auf der Maschine) und einer Kälteleistung von 1 MW

Sorptionskältemaschinen Im Winter eignet sich die Wärme aus Industrieprozessen und Heizkraftwerken, welche Strom produzieren, hervorragend zum Heizen mit Fernwärme (mehr dazu in Kapitel 5 im Abschnitt »Fernwärmeheizung für Ballungsgebiete«). Im Sommer ist es jedoch schwierig, diese Wärme loszuwerden, da nicht geheizt werden muss. Damit die Wärme der Prozesse nicht nutzlos an die Umwelt abgegeben wird, kann sie genutzt werden, um Gebäude zu kühlen. Dafür werden Sorptionskältemaschinen eingesetzt, welche auch im Zuge der Energiewende interessant sind, da sie auch solarthermische Energie für den Antrieb nutzen können. In den nachfolgenden Absätzen können Sie den Prozess von Sorptionskältemaschinen nachvollziehen. Sorptionskältemaschinen werden in Absorptions- und Adsorptionskältemaschinen unterschieden. Der Kreisprozess in Sorptionskältemaschinen funktioniert ähnlich wie jener in elektrisch angetriebenen Kompressionskältemaschinen. Sorptionskältemaschinen

nutzen jedoch für die Verdichtung des Kältemittels Wärme. In den nachfolgenden Abschnitten werden Sie daher mehr zum Verdichtungsprozess in Sorptionskältemaschinen erfahren. Für den Verdichtungsprozess in einer Sorptionskältemaschine werden ein Kältemittel und ein Lösungsmittel benötigt, welche zu einem Sorptionsmittel reagieren. Diese beiden Mittel (Kälte- und Lösungsmittel) werden Arbeitspaar genannt. Mehr Informationen zu Kältemitteln erhalten Sie im Abschnitt »Kältemittel in Kältemaschinen und Wärmepumpen« in diesem Kapitel. Sorptionskältemaschinen unterschieden sich hauptsächlich durch den Aggregatzustand des Lösungsmittels. Sie können sich daher den folgenden Zusammenhang merken: Absorptionskältemaschinen haben ein flüssiges Lösungsmittel. Adsorptionskältemaschinen haben ein festes Lösungsmittel. Das Lösungsmittel in einer Sorptionskältemaschine hat die Eigenschaft, das gasförmige Kältemittel bei niedrigen Temperaturen zu binden und nur unter der Zuführung von Wärme wieder freizugeben.

Absorptionskältemaschine Eine Absorptionskältemaschine besitzt einen thermischen Verdichter, welcher aus einem Absorber, einer Pumpe, einen Desorber und einem Drosselorgan besteht. In Abbildung 6.3 ist das Funktionsprinzip einer Absorptionskältemaschine dargestellt.

Abbildung 6.3: Funktionsschema einer Absorptionskältemaschine

Da der Schwerpunkt auf der Erklärung des thermischen Verdichters liegt, ist der bereits bekannte Ablauf des Kältekreisprozesses (siehe Abschnitt »Kompressionskältemaschine«, Abbildung 6.1) in Abbildung 6.3 grau hinterlegt. Nachfolgend der Ablauf im thermischen Verdichter einer Absorptionskältemaschine, beginnend mit der Wärmeaufnahme im Verdampfer vor dem thermischen Verdichter. Vor dem thermischen Verdichter: Im Verdampfer der Kältemaschine nimmt das Kältemittel Wärme aus einem Gebäude auf und verdampft. Hinter dem Verdampfer gelangt das gasförmige Kältemittel bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck in den Absorber. Absorber: Im Absorber verbindet sich das gasförmige Kältemittel mit dem flüssigen Lösungsmittel (es wird absorbiert) und reagiert zu einer reichen Lösung (Absorptionslösung). Bei dieser chemischen Reaktion wird Wärme freigesetzt, welche im Absorber unerwünscht ist, da das Lösungsmittel bei niedriger Temperatur mehr Kältemittel absorbieren kann. Die hier entstehende Wärme

muss daher über einen Wärmeübertrager an die Umwelt abgegeben werden. Die flüssige Absorptionslösung wird mit einer Pumpe zum Austreiber gepumpt, und der Druck steigt. Desorber: Im Desorber (auch Austreiber, Generator oder Kocher genannt) herrscht ein hoher Druck, und die Sorptionslösung wird mit Wärme aus Industrieprozessen, Heizkraftwerken oder Solarthermieanlagen erhitzt. Dabei verdampft das Kältemittel aus der Sorptionslösung (es wird desorbiert), und das Arbeitspaar ist wieder getrennt. Das Lösungsmittel ist nun eine arme Lösung, und das gasförmige Kältemittel wird dem Kondensator zugeführt. Die arme Lösung fließt durch ein Expansionsventil zurück zum Absorber, und der Druck sinkt. Das Lösungsmittel kann nun wieder gasförmiges Kältemittel absorbieren. Nach dem thermischen Verdichter: Im Kondensator der Kältemaschine gibt das gasförmige Kältemittel seine Wärme an die Umwelt ab und kondensiert. Das Kältemittel passiert anschließend ein Expansionsventil und fließt mit niedrigem Druck zum Verdampfer zurück, kann erneut Wärme aufnehmen, verdampfen und im Absorber eine Verbindung mit dem Lösungsmittel eingehen.

In Absorptionskältemaschinen, die für die Klimatisierung von Gebäuden eingesetzt werden, kommen meist die folgenden Arbeitspaare zum Einsatz: Mögliches Arbeitspaar: Kältemittel: Wasser, Lösungsmittel: Lithiumbromid Mögliches Arbeitspaar: Kältemittel: Ammoniak, Lösungsmittel: Wasser

Adsorptionskältemaschine Eine Adsorptionskältemaschine besitzt ebenfalls einen thermischen Verdichter. Der Verdichter hat zwei Arbeitskammern, die mit einem festen Lösungsmittel befüllt sind. Es handelt sich dabei meist um ein Silikatgel. Als Kältemittel kommt Wasser zum Einsatz. In den beiden Arbeitskammern befindet sich je ein Wärmeübertrager. Der Verdichtungsprozess erfolgt in zwei Zyklen mit jeweils zwei Teilprozessen. Der Schwerpunkt der Erklärung liegt beim thermischen Verdichter der Adsorptionskältemaschine. Der bereits bekannte Ablauf des Kältekreisprozesses (siehe Abschnitt »Kompressionskältemaschine«, Abbildung 6.1) ist daher in Abbildung 6.4 grau hinterlegt.

Abbildung 6.4: Funktionsschema einer Adsorptionskältemaschine mit zwei aufeinanderfolgenden Zyklen

Nachfolgend ist der Ablauf von zwei Teilprozessen in einem Zyklus beschrieben, beginnend mit der Wärmeaufnahme im Verdampfer. Der Ablauf entspricht dem Zyklus 1, wie in Abbildung 6.4 zu sehen ist. Teilprozess 1 – Verdampfung und Adsorption: Im Verdampfer (1) nimmt das Kältemittel Wärme auf und verdampft. Das gasförmige Kältemittel gelangt bei niedrigen Temperaturen und geringem Druck in die erste Arbeitskammer (2), welche als Adsorber (auch Sammler genannt) funktioniert. Im Adsorber befindet sich das feste Lösungsmittel (zum Beispiel Silikatgel), an dessen Oberfläche sich das gasförmige Kältemittel anlagert (es wird adsorbiert). Bei der Adsorption wird Wärme freigesetzt, welche über einen Wärmeübertrager an die Umwelt abgegeben wird. Die Adsorption ist zudem notwendig, damit in der Kammer ein niedriger Druck und somit auch eine niedrige Siedetemperatur aufrechterhalten werden können. Teilprozess 2 – Verflüssigung und Desorption: Die zweite Arbeitskammer ist der Desorber (3). Darin befindet sich bereits ein gebundenes Arbeitspaar aus Kältemittel und Lösungsmittel. Durch die Zufuhr von Wärme aus Industrieprozessen, Fernwärme oder Solarthermie in den Wärmeübertrager der zweiten Arbeitskammer steigen Druck und Temperatur. Dadurch treibt das Kältemittel aus dem Lösungsmittel aus (es desorbiert) und gelangt gasförmig, unter hohem Druck und mit hoher Temperatur in den Kondensator (4). Im Kondensator gibt das Kältemittel seine Wärme

an die Umwelt ab und kondensiert. Anschließend fließt das Kältemittel durch ein Expansionsventil zurück zum Verdampfer, der Druck sinkt, und es kann erneut Wärme aufnehmen. Nach dem Abschluss eines Zyklus wird das Heiz- und Kühlwasser für die Arbeitskammern umgelenkt, und die Arbeitskammern tauschen ihre Funktion, sodass ein ständiger Wechsel zwischen Adsorption und Desorption erfolgt. Das Kühlwasser transportiert die entstehende Wärme

im Adsorptionsprozess

über einen Rückkühler an die Umwelt ab (dazu mehr im Abschnitt »Rückkühler zur Unterstützung der Wärmeabgabe an die Umwelt« in diesem Kapitel). Das Heizwasser liefert die notwendige Wärme

für den Desorptionsprozess.

In Adsorptionskältemaschinen kommt meist das folgende Arbeitspaar zum Einsatz: Arbeitspaar: Kältemittel: Wasser, Lösungsmittel: Silikatgel

Ein Gebäude wird gekühlt: Möglichkeiten zum Wärmeabtransport Sie kennen nun die wichtigsten Funktionsprinzipien von Kältemaschinen und die unterschiedlichen Kältemaschinentypen, mit denen einem Gebäude oder einem einzelnen Raum Wärme entzogen werden kann. Je nachdem, wie die Wärme abtransportiert wird, erfolgt eine Unterscheidung in direkte Kühlung und indirekte Kühlung.

Direkte Kühlung: Wärmeabtransport vor Ort Geräte für die direkte Kühlung haben Sie mit großer Wahrscheinlichkeit schon einmal gesehen. Typischerweise kommen hier Split-Klimageräte und Monoblock-Klimageräte zum Einsatz, die kompakt sind und einzelnen Räumen Wärme direkt entziehen können. Dafür befindet sich der Verdampfer der Kältemaschine direkt in dem Raum, aus dem die Wärme entzogen wird, weshalb die Geräte auch Direktverdampfer-Systeme genannt werden. Nachfolgend werden Split-Klimageräte und Monoblock-Klimageräte vorgestellt. Split-Klimagerät Split-Klimageräte werden überwiegend fest installiert, sind aber auch als mobile Geräte verfügbar. Sie werden meist dann eingesetzt, wenn nachträglich eine Kühlung in einem Raum benötigt wird. Split-Klimageräte sind einfach zu installieren und haben meist auch eine Heizfunktion. Im Heizmodus arbeiten die Geräte reversibel wie eine LuftWärmepumpe, indem sie Außenluft als Wärmequelle nutzten. Mehr Informationen finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt » Die Technik der Wärmepumpe: Ein Blick in die Zukunft

des Heizens« Split-Klimageräte sind primär für Kühlzwecke konstruiert und sind im winterlichen Heizbetrieb anfällig für Vereisungen am Außengerät. Im Heizmodus fungiert das Außengerät als Verdampfer (wie bei einer Wärmepumpe), und eine Eisbildung führt zu Effizienz- und Leistungseinbußen. Um diesem Problem entgegenzuwirken, gibt es automatische Abtauvorrichtungen, die den Verdampfer regelmäßig enteisen. Dennoch kann die Gesamteffizienz des Systems bei niedrigen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit sinken. Mehr Informationen zur Anwendung von Split-Klimageräten finden Sie in Kapitel 8 im Abschnitt »Luft-Kältemittel-Anlagen: Dezentrale RLT-Geräte mit eigenem Kältekreis«. In Abbildung 6.5 sehen Sie eine Innen- und eine Außeneinheit eines Split-Klimagerätes.

Abbildung 6.5: Split-Klimagerät – Innen- und Außeneinheit

In Abbildung 6.6 ist das Funktionsprinzip eines Split-Klimagerätes mit den Bauteilen eines Kältemittelkreises zu sehen. Split-Klimageräte bestehen aus einer Innen- und einer Außeneinheit. Die Kälteleistung für Split-Klimageräte liegt in der Regel zwischen 3,5 und 5 kW. Inneneinheit: In der Inneneinheit des Gerätes wird die warme Raumluft angesaugt, und das Kältemittel im Verdampfer entzieht der Raumluft Wärme. Anschließend wird die gekühlte Raumluft mit einem Ventilator zurück in den Raum geblasen. Außeneinheit: In der Außeneinheit befindet sich der Kondensator, über den das Kältemittel seine Wärme an die Außenluft abgibt. Die erwärmte Außenluft wird dann

mit einem Ventilator an die Umwelt abgegeben.

Abbildung 6.6: Funktionsschema eines Split-Klimagerätes

Monoblock-Klimagerät Monoblock-Klimageräte sind überwiegend als mobile Klimageräte erhältlich, es gibt sie aber auch als fest verbaute Variante. In Monoblock-Klimageräten sind alle Bauteile einer Kompressionskältemaschine verbaut (Verdampfer, Kompressor, Kondensator und Expansionsventil), und sie sind als Einschlauch- und Zweischlauchgeräte erhältlich. In Abbildung 6.7 ist ein Einschlauch-Monoblock-Klimagerät zu sehen.

Abbildung 6.7: Einschlauch-Monoblock-Klimagerät

Die Kälteleistung von Monoblock-Klimageräten wird häufig in der Einheit Britisch Thermal Unit pro Stunde (BTU/h) beziehungsweise nur BTU angegeben. Die Kälteleistung liegt in der Regel zwischen 7.000 BTU/h (2,05 kW) und 12.000 BTU/h (3,5 kW). Der Wärmeabtransport aus dem Raum erfolgt bei beiden Varianten ähnlich. Sie können das Funktionsprinzip in Abbildung 6.8 nachvollziehen. Das Klimagerät saugt die warme Raumluft mit einem Ventilator an und lässt sie über den Verdampfer strömen. Das Kältemittel im Verdampfer entzieht der Luft Wärme, und die Lufttemperatur sinkt. Anschließend wird die gekühlte Luft über ein Gebläse in den Innenraum geblasen. Lediglich der Wärmeabtransport an die Umwelt ist unterschiedlich, wie nachfolgend beschrieben ist. Einschlauchgerät: Bei einem Einschlauchgerät wird auch über den Kondensator Raumluft angesaugt, wie Sie in Abbildung 6.8 links sehen können. Die Raumluft nimmt dort Wärme über den Kondensator auf und wird über einen Fortluftschlauch nach außen geleitet. Da über den Fortluftschlauch Luft aus dem Gebäude geblasen wird, entsteht ein Unterdruck, sodass die abtransportierte Luftmasse in den Raum nachströmen muss. Dies erfolgt meist aus Nachbarräumen oder Undichtigkeiten in der Gebäudehülle.

Abbildung 6.8: Funktionsschema Einschlauch- und Zweischlauch-Monoblock-Klimagerät

Zweischlauchgerät: Anders als bei einem Einschlauchgerät wird über den Kondensator Luft von außen über einen zweiten Luftschlauch angesaugt, wie Sie in Abbildung 6.8 rechts sehen können. Die Außenluft nimmt dann die Wärme im Kältemittel über den Kondensator auf und wird über den Fortluftschlauch hoch temperiert nach außen geleitet, ohne dass ein Unterdruck im Raum entsteht. Auch bei hohen Außentemperaturen ist dies kein Problem, da die Außenlufttemperatur niedriger ist als die Temperatur am Kondensator. Im technischen Sinn handelt es sich bei einem Zweischlauchgerät um ein Umluftkühlgerät. Das bedeutet, die Luft im Raum wird nicht mit Frischluft erneuert, sondern passiert das Klimagerät so lange, bis die gewünschte Temperatur erreicht wurde. Dadurch läuft ein Zweischlauchgerät wesentlich effizienter.

Die Frage, ob ein Einschlauch- oder Zweischlauchgerät besser ist, wird immer wieder in Internetforen diskutiert. Dabei gibt es auf diese Frage eine einfache Antwort: Die Zweischlauchtechnik ist besser, und mit Ihrem Wissen aus dem Abschnitt zum Funktionsprinzip der Kältemaschine können Sie auch erklären, warum das so ist. Ein Zweischlauchgerät nutzt die Außenluft für den Kondensationsprozess des Kältemittels und transportiert diese direkt wieder nach außen. Ein Einschlauchgerät nutzt hingegen die Raumluft für den Verflüssigungsprozess des Kältemittels im Kondensator und transportiert diese über einen Schlauch aus dem Gebäude, wodurch ein Unterdruck im Raum entsteht. Dieser Anteil der Raumluft, der nach außen

transportiert wird, muss von außen auch wieder in das Gebäude nachströmen. Die von Einschlauchgeräten gekühlte Luft mischt sich daher mit der nachströmenden warmen Außenluft, sodass die über den Verdampfer angesaugte Luft der Klimaanlage wärmer ist als bei einer Zweischlauch-Klimaanlage. Ein Einschlauchgerät ist somit ineffizienter und die Kühlfunktion wesentlich geringer. Wenn Sie vorhaben, ein mobiles Monoblock-Klimagerät zu kaufen, und nur ein Einschlauchgerät finden (die Chancen dafür sind leider sehr hoch), ist es sinnvoll, dieses zu einem Zweischlauchgerät umzubauen. Eine kleine Schritt-für-SchrittAnleitung dazu finden Sie in Kapitel 16. Dies geht mit wenigen Materialien und ist einfach umzusetzen. Effizienz von Direktverdampfer-Systemen Kleine Direktverdampfer-Kältemaschinen sind im Vergleich zu großen, zentralen Kältemaschinen wesentlich ineffizienter und sollten nur eingesetzt werden, wenn es unbedingt notwendig ist. In der nachfolgenden Auflistung finden Sie DirektverdampferGeräte nach Ihrer Effizienz absteigend aufgelistet. Fest installierte Split-Klimageräte: sind am effizientesten, jedoch auch am teuersten, da sie von einer Fachfirma installiert werden müssen. Wenn Sie einen Bereich über einen längeren Zeitraum im Jahr kühlen müssen, ist dies jedoch die beste Wahl. Mobile Split-Klimageräte: sind effizient, jedoch sehr teuer, und Sie benötigen einen Aufstellplatz außerhalb des Gebäudes. Diese Geräte kommen meist auf Baustellen oder in der Industrie zum Einsatz, wenn über einen kurzen Zeitraum ein Bereich gekühlt werden muss. Fest installierte Monoblock-Klimageräte: werden so gut wie nie verbaut. Fest installierte Split-Klimageräte sind effizienter und kosten in der Anschaffung sowie der Installation ähnlich viel oder sind sogar preiswerter. Mobile Zweischlauch-Monoblock-Klimageräte: sind wesentlich ineffizienter als Split-Klimageräte, jedoch mobil und schnell einsetzbar. Es werden nur selten Zweischlauchanlagen angeboten, daher sollten Sie Ihr Einschlauchgerät zu einem Zweischlauchgerät umbauen. Eine Anleitung dazu finden Sie in Kapitel 16. Mobile Einschlauch-Monoblock-Klimageräte: sind ineffizient, aber wesentlich preiswerter als Split-Klimageräte. Größte Vorteile sind die Mobilität und der niedrigere Preis.

Indirekte Kühlung: Wärmeabtransport für große Anforderungen Indirekte Kälteerzeugungsanlagen sind ähnlich aufgebaut wie zentrale Heizungsanlagen (siehe Kapitel 5), und es können viele Parallelen gezogen werden. Es gibt eine Kälteerzeugung, eine Kälteverteilung und eine Wärmeübergabe. Für die Verteilung kommt als Energieträgermedium Wasser oder Sole (Wasser mit Frostschutzmittel) zum

Einsatz, welches mit einer Pumpe zur Wärmeübergabe transportiert wird. Denken Sie daran, dass Wärme immer von einem warmen zu einem kühleren Medium strömt. Das verteilte Kaltwasser wird daher genutzt, um einem anderen Medium (meist Luft) Wärme zu entziehen. Mehr dazu erfahren Sie in Kapitel 8 zur Lüftungs- und Klimatechnik. Anders als bei der direkten Kühlung wird die Kälte bei der indirekten Kühlung in einer Technikzentrale im Gebäude oder nahe dem Gebäude produziert und von dort auf dem Gelände in ein oder mehrere Gebäude transportiert. Die Kälteleistung einzelner Kältemaschinen reicht in der Regel von 50 kW bis zu 2.000 kW (2 MW). Die indirekte Kühlung kommt in großen Bürogebäuden, Industriegebieten, Rechenzentren Wissenschaftsparks und Klinikgebäuden mit hohen Kühlanforderungen zum Einsatz. Aufgrund der Komplexität ist das Kältenetz in der Planung des Gebäudes zu berücksichtigen, da eine nachträgliche Installation mit hohen Kosten verbunden ist. Nachfolgend werden die einzelnen Bereiche der indirekten Kühlung vorgestellt und in Abbildung 6.9 beispielhaft dargestellt. Kälteerzeugung: Die Kälteerzeugung erfolgt mit einer oder mehreren Kältemaschinen in einer Technikzentrale im Gebäude oder in einer Kältezentrale auf der Liegenschaft. Das über den Verdampfer erzeugte Kaltwasser wird dann in die Gebäude verteilt. Die über den Kondensator entstehende Abwärme wird über ein Kühlwassersystem mit Hilfe von Rückkühlern (auch Kühltürme genannt) an die Umwelt abgegeben. Mehr zum Thema Rückkühler finden Sie im folgenden Abschnitt in diesem Kapitel.

Abbildung 6.9: Beispielhafte Darstellung einer indirekten Kühlung mit Kälteerzeugung und Übergabe an einen Wärmeübertrager in einer Lüftungsanlage

Kälteverteilung: Über die Kälteverteilung wird das Kaltwasser mit Hilfe von Pumpen in Verteilungsrohren (Vorlauf, VL) zu den Wärmeübergabepunkten transportiert. Diese befinden sich überwiegend in Lüftungsanlagen, die in Kapitel 8 genauer vorgestellt werden. Hinter der Wärmeübergabe fließt das erwärmte Kaltwasser über den Rücklauf (RL) zurück zum Kälteerzeuger und kann erneut gekühlt werden. Wärmeübertragung: Der Abtransport der Wärme aus dem Gebäude erfolgt über Wärmeübertrager. Für die Luftkühlung befinden sich diese in zentralen Lüftungsanlagen (beispielhaft in Abbildung 6.9 zu sehen) oder in dezentralen Lüftungsgeräten direkt in den Räumen (mehr dazu in Kapitel 8). Alternativ können auch großflächige Kühlflächen in einzelnen Räumen zum Einsatz kommen. Das Kaltwasser in den Wärmeübertragern absorbiert Wärme, fließt im Rücklauf mit höherer Temperatur zurück zur Kältemaschine und kann erneut gekühlt werden. Rückkühler zur Unterstützung der Wärmeabgabe an die Umwelt Die Abwärme in indirekten Systemen, welche am Kondensator der Kältemaschine entsteht, wird über Rückkühler an die Umwelt abgegeben. In Abbildung 6.10 ist beispielhaft ein Rückkühler auf einem Dach zu sehen. Wenn Sie solche Geräte auf dem Dach eines Gebäudes oder in dessen Nähe sehen, wissen Sie, dass diese Gebäude mit Kälte von einer größeren Kältemaschine versorgt werden.

Abbildung 6.10: Rückkühler in Tischform zur Abfuhr von Wärme – Quelle: Klemenso, Stock.Adobe.com

Für die Abfuhr der Wärme an die Umwelt gibt es einen eigenen Wasserkreislauf Kühlwasser zwischen Rückkühler und Kältemaschine, wie Sie in Abbildung 6.11 sehen können. Das Kühlwasser nimmt an einem Wärmeübertrager am Kondensator (1) der Kältemaschine Wärme aus dem Kältekreis auf. Anschließend fließt das warme Kühlwasser zu einem Wärmeübertrager im Rückkühler (3) und gibt dort seine Wärme an die Umwelt ab, fließt zum Kondensator zurück und kann dort erneut Wärme aufnehmen.

Abbildung 6.11: Funktionsschema für Rückkühler in indirekten Systemen

Rückkühler gibt es in verschiedenen Ausführungen, die in der nachfolgenden Auflistung kurz vorgestellt werden. Wann welche Rückkühler eingesetzt werden, ist im Planungsprozess der Kälteanlage zu erörtern. Trockenkühler: Ein Trockenkühler ist ein reiner Luftkühler und in Abbildung 6.10 zu sehen. Das warme Rückkühlwasser fließt dafür in einen Wärmeübertrager im Rückkühler, welcher von mehreren Ventilatoren mit Außenluft durchströmt wird. Da die Temperatur des Kühlwassers höher ist als die der Außenluft, wird die Wärme an die durchströmende Außenluft abgegeben. Das Kühlwasser kann anschließend mit niedrigerer Temperatur zum Kondensator zurückfließen. Hybride Trockenkühler: Hybride Trockenkühler sind ähnlich aufgebaut wie Trockenkühler. Der Wärmeübertrager, durch den das Kühlwasser fließt, kann jedoch zusätzlich mit Wasser besprüht werden, sodass die Verdunstungskälte (adiabate Kühlung – mehr dazu in Kapitel 8 im Abschnitt »Das h,x-Diagramm nach Mollier – ein geniales Werkzeug«) den Wärmeabtransport deutlich steigert. Zur weiteren Leistungssteigerung können auch mehrere Wärmeübertrager in Stufen aufgebaut werden, die nacheinander die Kühlwassertemperatur senken. Geschlossene Verdunstungskühler (geschlossener Nasskühlturm): Bei einem geschlossenen Verdunstungskühler fließt das Kühlwasser in einem geschlossenen Kühlkreislauf und ist von der Umgebung abgeschottet. Im Rückkühler passiert das warme Kühlwasser einen Wärmeübertrager, welcher mit Wasser besprüht wird. Dadurch wird Wärme an die Umgebung abgegeben.

Offene Verdunstungskühler (auch offener Nasskühlturm): Bei einem offenen Verdunstungskühler wird das Kühlwasser in einem offenen Kühlturm versprüht, sodass ein kleiner Teil davon (ca. 2 %) in der Umgebungsluft verdunstet und als Wasserdampf an die Umgebung abgegeben wird. Der restliche Teil des Kühlwassers fließt abkühlt in den Kühlwasserkreislauf zurück. Aufgrund des Wasserverlustes muss das Kühlwasser regelmäßig nachgefüllt werden.

Bei Sorptionskältemaschinen muss auch die entstehende Abwärme im Absorptions- und Adsorptionsprozess an die Umwelt abgegeben werden, wie im Abschnitt »Sorptionskältemaschinen« in diesem Kapitel beschrieben ist. Dies erfolgt ebenfalls über Rückkühler. Dadurch ist der abzugebende Wärmestrom bei Sorptionskältemaschinen fast doppelt so hoch ist wie bei Kompressionskältemaschinen mit ähnlicher Kälteleistung. Berücksichtigen Sie daher bei Sorptionskältemaschinen schon in der Planungsphase ausreichend Platz für die Rückkühler.

Die Effizienz von Kältemaschinen Die Effizienz einer Kältemaschine wird durch die Leistungszahl beschrieben. Hier erfolgt eine Unterscheidung der Leistungszahl für mechanisch angetriebene und wärmebetriebene Kältemaschinen. Die Leistungszahl für wärmebetriebene Kältemaschinen (Sorptionskältemaschinen) wird Wärmeverhältnis ζ (griech. klein Zeta) genannt und gibt das Verhältnis der dem Raum entzogenen Wärme zur aufgewendeten Heizleistung am Desorber (Teil des thermischen Kompressors)

durch Wärmezufuhr wieder.

Die Leistungszahl für eine mechanisch betriebene Kältemaschinen (Kompressionskältemaschinen) wird EER (engl. energy efficiency ratio, deutsch: Energieeffizienzrate) genannt, hat das Formelzeichen ε (griech. klein Epsilon) und gibt das Verhältnis der dem Raum entzogenen Wärme zur aufgewendeten elektrischen Antriebsleistung des Kompressors PEL wieder. Dabei gilt: Je höher die Leistungszahl, desto effizienter läuft die Kältemaschine. Der EER einer Kompressionskältemaschine wird mit der nachfolgenden Formel berechnet:

Ähnlich wie bei einer Wärmepumpe spielen die Temperaturen zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator eine wichtige Rolle. Je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Verdampfer und Kondensator, desto größer ist die Leistungszahl, und desto effizienter läuft die Kältemaschine. Die Energieeffizienzrate für eine Kompressionskältemaschine können Sie auch über die Temperatur am Verdampfer TV und die Temperatur am Kondensator TK ermitteln. Diese Formel ist aus dem Carnot-Kreisprozess abgeleitet (siehe Kapitel 3 Abschnitt »Der Carnot-Kreisprozess«). Im Vergleich zu Wärmepumpen haben Kompressionskältemaschinen kleinere Temperaturdifferenzen zwischen Verdampfer und Kondensator, was zu einem höheren EER führt.

Die Formelberechnung des EER zur Berechnung der Leistungszahl über die Temperatur am Verdampfer TV und die Temperatur am Kondensator TK ähnelt der Formel für den COP einer Wärmepumpe. Anders als beim COP für die Wärmepumpe steht beim EER jedoch die Temperatur des Verdampfers im Zähler (siehe Kapitel 5 im Abschnitt »Die Effizienz der Wärmepumpe«). Eine Kältemaschine ist wie eine Wärmepumpe keine perfekte Maschine, sodass Sie bei der Berechnung der Leistungszahl über die Temperaturen den theoretisch möglichen EER berechnen können. Dieser ist in der Realität jedoch nicht erreichbar. Bei der Berechnung der Leistungszahlen über die Temperaturen müssen Sie daher den realen Wirkungsgrad einer Kältemaschine berücksichtigen, welcher nur zwischen 25 und 55 % liegt. Hat Ihre Kältemaschine einen Wirkungsgrad von beispielsweise 25 %, können Sie diese, wie in der nachfolgenden Formel zu sehen, ist berücksichtigen.

Zur Beurteilung der Energieeffizienz einer Kältemaschine unter realen Bedingungen (während des Betriebs) gibt es noch zwei weitere Größen: die Jahresarbeitszahl (JAZ) und die saisonale Leistungszahl einer Kältemaschine (SEER – seasonal energy efficiency ratio) Jahresarbeitszahl Kältemaschine (JAZ): Die Jahresarbeitszahl einer Kältemaschine entspricht dem EER über einen Zeitraum von einem Jahr in Betrieb und unter Realbedingungen. Einflussgrößen für die Jahresarbeitszahl sind die klimatischen Bedingungen, die geforderten Temperaturen, die Gebäudequalität und natürlich auch das Nutzerverhalten. Zur Ermittlung der JAZ zählen Sie mit Hilfe von Energiezählern die Energiemengen für Kälte und Strom und berechnen aus dem Quotienten von entzogener Wärme pro Jahr Q0 (kWh/a) und benötigter elektrischer Energie pro Jahr WEL (kWh/a) die Jahresarbeitszahl.

Saisonale Leistungszahl (SEER): Mit der saisonalen Leistungszahl einer Kältemaschine nehmen Sie eine Verfeinerung des EER vor. Dazu betrachten Sie verschiedene Teillastbereiche (wenn die Kältemaschine nicht voll ausgelastet ist) in den Übergangszeiten für unterschiedliche Temperaturen und erhalten ein aussagekräftigeres Ergebnis zur Energieeffizienz. Die Berechnung der SEER ist etwas komplexer und kann meist nur mit einer Software erfolgen.

Kältemittel in Kältemaschinen und Wärmepumpen Kältemittel sind Fluide, die in Wärmepumpen und Kältemaschinen eingesetzt werden, um den Kreisprozess zu vollziehen und Wärme zu transportieren. Es ist wichtig zu beachten, dass Kältemittel keine Frostschutzmittel sind. Frostschutzmittel dienen dazu, den Gefrierpunkt einer Substanz zu senken. Kältemittel werden hingegen für den Wärmetransport in Kältemaschinen und Wärmepumpen verwendet. Kältemittel haben die Eigenschaft, unter hohem Druck bei bereits geringen Temperaturen

zu sieden und dadurch ihren Aggregatzustand von flüssig in gasförmig oder umgekehrt zu ändern. Diese Eigenschaften werden sich in einem Kreisprozess zunutze gemacht. Mehr Informationen zu Fluiden und Aggregatzustandsänderungen finden Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Fest, flüssig, gasförmig – Formen von Materie«. Ein Kältemittel ist somit das Arbeitsmedium in Kompressionskältemaschinen und Wärmepumpen. Bei Sorptionskältemaschinen spricht man hingegen von Stoffpaaren oder Arbeitsstoffpaaren, welche aus einem Kältemittel und einem Lösungsmittel bestehen.

Schritt für Schritt zu umweltfreundlichen Kältemitteln: Die FGase-Verordnung Synthetisch hergestellte fluorhaltige Kältemittel (sogenannte F-Gase) haben zwar für eine Kältemaschine günstige thermodynamische Eigenschaften, gehören jedoch zu den schädlichen Treibhausgasen, von denen bereits heute einige verboten sind und weitere in den nächsten Jahren vom Markt genommen werden. Durch Undichtigkeiten in Kältekreisen kann es immer wieder vorkommen, dass Kältemittel aus Kältemaschinen und Wärmepumpen entweichen, mit der Atmosphäre in Kontakt kommen und dadurch das Klima schädigen. Wie klimaschädlich ein Kältemittel ist, wird über dessen Erderwärmungspotenzial, den sogenannten GWP-Wert (engl. global warming potential) im Vergleich zu Kohlenstoffdioxid (CO2) angegeben. Dabei ist der GWP-Wert von CO2 = 1. Wenn ein Kältemittel beispielsweise einen GWP-Wert von 2.000 hat, ist das Erderwärmungspotenzial dieses Kältemittels 2.000-mal höher als das von CO2. Alternativ zu schädlichen Treibhausgasen, die synthetisch hergestellt sind, können auch natürliche Kältemittel wie Ammoniak und CO2 oder umweltverträglichere synthetisch hergestellte Kältemittel eingesetzt werden. Synthetisch hergestellte Kältemittel werden auf Grundlage ihrer Einzelatome in die folgenden Stoffgruppen unterteilt: Teilhalogenierte Hydrogen-Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (HFCKW) Vollhalogenierte Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW) Teilhalogenierte Hydrogen-Fluor-Kohlenwasserstoffe (HFKW) Vollhalogenierte Fluor-Kohlenwasserstoffe (FKW) Fluorolefinwasserstoffe (HFO) HFCKW und FCKW sind bereits seit mehreren Jahren als Kältemittel verboten, da sie die Ozonschicht der Atmosphäre stark schädigen und den Treibhauseffekt fördern. Da ein Großteil der verwendeten Kältemittel sehr hohe GWP-Werte aufweist, ist es notwendig, künftig auf Alternativen zu setzen. Um die Verwendung klimaschädlicher Kältemittel weiter zu reduzieren, ist in der europäischen F-Gase Verordnung die schrittweise Reduzierung der verfügbaren Mengen

an schädlichen Kältemitteln (hauptsächlich HFKW) bis zum Jahr 2030 geregelt. Die FGase-Verordnung der EU baut auf mehreren Säulen auf. Säule 1 – Phase Down: Reduzierung der verfügbaren F-Gase am Markt und Reduzierung der maximal zulässigen GWP-Werte. Seit 2022 sind beispielsweise in manchen Bereichen nur noch Kältemittel mit einem GWP-Wert < 150 zugelassen. Säule 2 – Verbote: Verbote der Verwendung und des Inverkehrbringens von F-Gasen, wenn Alternativen bestehen. Säule 3 – Betrieb: Betreiber sind verpflichtet, Kälteanlagen regelmäßig auf Dichtheit zu prüfen und zertifizieren zu lassen. Die Entsorgung von Kältemitteln muss fachgerecht erfolgen.

Bezeichnung von Kältemitteln Da Kältemittel komplexe chemische Bezeichnungen haben können, bekommt jedes Kältemittel eine Kurzbezeichnung die aus einem R (engl. refrigerant, deutsch: Kältemittel), drei Ziffern und gegebenenfalls ein paar Zusatzzeichen besteht. Dabei wird in organische und anorganische Kältemittel sowie Kältemittelgemische unterschieden. Bezeichnung organische Kältemittel: Bei organischen Kältemitteln handelt es sich um Fluorkohlenwasserstoffe (FKW), die aus Kohlenstoffatomen (C), Wasserstoffatomen (H) und Fluoratomen (F) bestehen. Sie sind aktuell die am weitesten verbreiteten Kältemittel. Die Bezeichnung erfolgt nach dem Schema »R, Ziffer 1, Ziffer 2, Ziffer 3«. Die einzelnen Ziffern haben die nachfolgend aufgelisteten Bedeutungen: Ziffer 1: Anzahl der Kohlenstoffatome (C) minus eins Ziffer 2: Anzahl der Wasserstoffatome (H) plus eins Ziffer 3: Anzahl der Fluoratome (F) Das Kältemittel Dichlortrifluorethan (C2HCl2F3) hat beispielsweise die Bezeichnung R123 da es zwei Kohlenstoffatome (2-1=1), ein Wasserstoffatom (1 + 1 = 2) und drei Fluoratome besitzt. Das natürliche Kältemittel Propan (C3H8) hat die Bezeichnung R290, da es drei Kohlenstoffatome (3 – 1 = 2), acht Wasserstoffatome (8 + 1 = 9) und keine Fluoratome (0) besitzt. Wenn es nur ein Kohlenstoffatom gibt und das Ergebnis der ersten Ziffer 0 ergibt, wird diese nicht mit aufgeführt (Beispiel R22 – eigentlich R022) Bezeichnung anorganische Kältemittel: Zu den anorganischen Kältemitteln gehören beispielsweise Ammoniak (NH3), Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Anorganische Kältemittel werden nach dem Schema »R,7, Ziffer 2, Ziffer 3«

aufgestellt, wobei die beiden letzten Ziffern der molaren Masse der Substanzen entsprechen. Die molare Masse von Kohlenstoffdioxid (CO2) liegt bei 44,01 g/mol, sodass die Kältemittelbezeichnung für Kohlenstoffdioxid R744 ist. Bezeichnung Kältemittelgemische: Kältemittelgemische bestehen aus bis zu fünf Einzelkomponenten und haben die Bezeichnung »R4xx« oder »R5xx«.

Falls Sie sich intensiver mit Chemie, chemischen Verbindungen und der molaren Masse von Stoffen auseinandersetzen wollen, ist das Buch »Chemie für Dummies« sehr zu empfehlen. Zusätzlich zur Bezeichnung der Kältemittel erfolgt eine Klassifizierung nach Sicherheitsaspekten, welche die Toxizität und Brennbarkeit eines Kältemittels beschreiben. So hat ein Kältemittel mit der Klassifikation »A2L« eine geringe Toxizität und ist schwer entflammbar. Dabei gelten diese Klassifikationen: A gering toxisch B hoch toxisch 1 nicht entflammbar 2L schwer entflammbar 2 entflammbar 3 hoch entflammbar

Kältemittelübersicht In Tabelle 6.1 finden Sie eine Übersicht gängiger Kältemittel für Kältemaschinen und Wärmepumpen. Anhand der Sicherheitskennzeichnung eines Kältemittels können Sie erkennen, wie toxisch und brennbar ein Kältemittel ist. Das Kältemittel R134a hat die Klassifizierung A1 und ist somit gering toxisch und nicht entflammbar, wohingegen R717 (Ammoniak) die Klassifizierung B2L hat und somit hoch toxisch und schwer entflammbar ist. Kältemittelbezeichnung

Chemische Bezeichnung

Siedetemperatur (Normaldruck 101,3 kPa)

Stoffgruppe

GWPWert

Sicherheit

R32

Difluormethan

−51,7 °C

HFKW

675

A2L

R404A

Gemisch aus mehreren Stoffen

−46,5 °C

HFKW

3.922

A1

R410A

Gemisch aus 50 % Difluormethan und −48.5 °C 50 % Pentafluorethan

HKW

2.088

A2L

R134a

1,1,1,2-Tetrafluorethan

−26,1 °C

HFKW

1.430

A1

R1234yf

2,3,3,3-Tetrafluorpropen

−29,4 °C

HFO

4

A2L

R290

Propan

  −42 °C

Natürliches

3

A3

Kältemittel R600a

Isobutan

−11,7 °C

Natürliches Kältemittel

3

A3

R744

Kohlenstoffdioxid

−78,5 °C

Natürliches Kältemittel

1

A1

R717

Ammoniak

−33,3 °C

Natürliches Kältemittel

0

B2L

R718

Wasser

  100 °C

Natürliches Kältemittel

0

A1

Tabelle 6.1: Auswahl verschiedener Kältemittel mit GWP-Wert und Sicherheitseigenschaften

Das Kältemittel R404A ist bereits seit dem Jahr 2020 verboten, da es den GWPGrenzwert von 2.500 überschreitet. Es ist jedoch exemplarisch in Tabelle 6.1 aufgelistet. Obwohl es theoretisch möglich wäre, Kältemittel mit niedrigem GWP wie Wasser (R718) zu verwenden, ist dies aufgrund der ungünstigen Druck- und Siedepunkte nicht praktikabel. Um solche Kältemittel effizient nutzen zu können, müssten sehr niedrige Absolutdrücke erzeugt und aufrechterhalten werden, was technisch schwierig umsetzbar ist.

Anforderungen an Kältemittel Welches Kältemittel Einsatz kommt, muss im Planungsprozess der jeweiligen Anlagen festgelegt werden. Es gibt viele Anforderungen, und kein Kältemittel kann alle erfüllen. Daher müssen Sie Kompromisse eingehen und abwägen, welches für Sie in Frage kommt. Ziel sollte es sein, ein Kältemittel zu verwenden, das einen geringen GWP-Wert hat, sicher während des Betriebs ist und eine gute Verfügbarkeit aufweist. In der nachfolgenden Übersicht sind die wichtigsten Anforderungen aufgelistet: Umwelteigenschaften: Gerade in Bezug auf die F-Gase-Verordnung der EU sind Kältemittel mit einem niedrigen GWP-Wert gefragt, da sie zukunftssicher und verfügbar sind. Betriebswirtschaftliche Eigenschaften: Das Kältemittel sollte in der Beschaffung preiswert sein und einen geringen Wartungsaufwand haben. Thermodynamische Eigenschaften: Ihre Kältemaschine soll effizient laufen, sodass Ihr Kältemittel für eine hohe Leistungszahl hervorragende thermodynamische Eigenschaften benötigt. Im Kältekreis muss dafür eine gute Wärmeleitfähigkeit unter hohem Druck, hoher Temperatur und Volumenänderungen vollzogen werden können. Chemische Eigenschaften: Ein Kältemittel sollte unter anderem nicht brennbar und nicht toxisch sein. Außerdem soll es gut löslich sein, um sich mit Kältemaschinenöl mischen zu lassen.

Kältemaschinenöle werden in Kompressionskältemaschinen eingesetzt und sorgen für die optimale Schmierung der beweglichen Teile im Verdichter, das Abdichten des Kompressionsraums und der Ventile. Dabei müssen sich die Kältemaschinenöle gut mit dem Kältemittel vermischen können. Sie bestehen meist aus synthetischen Ölen oder aus Mineralöl. Kältemittel mit hohem GWP-Wert sind nicht zukunftssicher, werden vom Markt verschwinden, und deren Verknappung wird die Preise stark ansteigen lassen. Natürliche Kältemittel mit niedrigem GWP-Wert wie Ammoniak (R717), Kohlenstoffdioxid (R744), Propan (R290) und Butan (R600a) werden daher in der Zukunft eine wichtigere Rolle spielen. Auch wenn diese Mittel teilweise unangenehm riechen, toxisch und brennbar sind, können sie mit geeigneten Schutzmaßnahmen sicher betrieben werden.

Kapitel 7

Steuerung und Regelung in der Gebäudetechnik IN DIESEM KAPITEL Lernen Sie den Unterschied zwischen Regelung und Steuerung kennen und warum dies in der Gebäudetechnik notwendig ist. Erfahren Sie, was hydraulische Schaltungen sind, wie diese aufgebaut sind und welche die vier wichtigsten hydraulischen Grundschaltungen sind. Werden die wichtigsten Bauteile in Heiz- und Kälteanlagen mit passenden Symbolen und Abbildungen vorgestellt.

In den vorhergehenden Kapiteln haben Sie Heizungs- und Kältesysteme kennengelernt. Dabei erfolgt der Aufbau meist nach einem ähnlichen Schema. Es gibt einen Erzeuger für Kälte oder Wärme, die Verteilung über Rohrleitungen in einem Vor- und Rücklauf sowie die Übergabe, bei der Wärme zu Heizzwecken an den Raum abgegeben oder zu Kühlzwecken aus dem Raum abgetragen wird. Einfach das heiße oder kalte Wasser vom Erzeuger zur Wärmeübergabe zu transportieren, ist jedoch nicht besonders effizient. Damit Sie Ihr Heiz- und Kühlsystem effizient und sicher betreiben können, benötigen Sie Steuer- und Regeleinrichtungen sowie weitere notwendige Bauteile in Ihrer Anlage. In diesem Kapitel erfahren Sie den Unterschied zwischen Regelung und Steuerung und lernen, welche Möglichkeiten es zur Regelung gibt und welche Bauteile in Heiz- und Kühlsystemen zum Einsatz kommen. Heizungs- und Kälteanlagen werden immer für das »Worst-Case-Szenario«, also extreme Klimaszenarien in Sommer oder Winter, geplant. Dieses Worst-CaseSzenario wird Volllastfall genannt und kommt nur selten in einem Jahr vor. Dennoch muss das System in der Lage sein, das Gebäude nach diesen Anforderungen zu heizen oder zu kühlen. Den größten Zeitraum läuft die Anlage jedoch nicht bei voller Last, sondern bei geringerer Leistung. Dieser Fall wird Teillast genannt. Eine Heizungsanlage, die für eine Außentemperatur von −10 °C geplant wurde, läuft nur bei −10 °C auf voller Leistung. Bei jeder Temperatur über −10 °C läuft die Heizungsanlage im Teillastbereich.

Damit die Heizungsanlage bei +5 °C nicht genauso stark heizen muss wie bei −10 °C, gibt es Steuer- und Regeleinrichtungen für den effizienten Betrieb.

Unterschied zwischen Regelung und Steuerung Damit Heizungs- und Kälteanlagen effizient laufen, kommen Steuer- und Regeleinrichtungen zum Einsatz. Die Begriffe Steuerung und Regelung werden jedoch oft verwechselt oder als Synonym verwendet. Es ist aber wichtig, diese zu unterscheiden. In den nachfolgenden Abschnitten erfahren Sie anhand von Beispielen die feinen, aber wichtigen Unterschiede. Immer wieder kommt es in Werbebotschaften oder Beschreibungen von technischen Anlagen vor, dass die Begriffe Regelung und Steuerung als Synonyme verwendet oder verwechselt werden. Eine typische Aussage ist: »Die Regelung steuert …«, oder: »Die Steuerung regelt …« Beide Aussagen sind falsch und müssten richtigerweise »Die Regelung regelt …« und »Die Steuerung steuert …« heißen.

Die Steuerung Eine einfache Steuerung besteht aus drei Bauteilen: einem Sensor (Fühler), einem Steuergerät und einem Aktor (Antriebselement). Sensor: In einem Sensor wird eine Eingangsgröße (zum Beispiel die Außentemperatur) gemessen und an das Steuergerät weitergeleitet. Steuergerät: Im Steuergerät wird die eingehende Information verarbeitet. Anschließend kann eine Handlungsanweisung an einen Aktor ausgegeben werden. Diese ergibt sich aus der hinterlegten Soll-Größe (zum Beispiel der Raumtemperatur) und der Eingangsgröße (Außentemperatur) des Sensors. Aktor: Im Aktor wird die Handlungsanweisung in Form einer Aktion ausgeführt. Die Ausgangsgröße ist dann beispielsweise die Anpassung der Ventilstellung eines Motorventils, um die Soll-Größe (Raumtemperatur) zu erreichen. Bei einer Steuerung gibt es jedoch keine Rückmeldung, ob die Soll-Größe erreicht wurde. Eventuelle Störgrößen wie Umwelteinflüsse auf den technischen Prozess werden daher nicht berücksichtigt. Bei dem dargestellten Ablauf in Abbildung 7.1 ist daher von einem offenen Wirkungsweg oder einer Steuerkette die Rede.

Abbildung 7.1: Steuerung als Steuerkette (offener Wirkungsweg)

Stellen Sie sich ein Heizsystem in einem Gebäude vor, welches anhand der Außentemperatur gesteuert wird. Dies wird auch außentemperaturgeführte Heizungssteuerung genannt. Die Außentemperatur ist dann die Führungsgröße für Ihre gewünschte Raumtemperatur (Soll-Größe) von 20 °C. Das bedeutet, die Raumtemperatur (Soll-Größe) von 20 °C soll bei allen Außentemperaturen erreicht werden, egal, ob −10 °C, +5 °C oder +10 °C. Bei einer außentemperaturgeführten Heizungssteuerung kommen also ein Außentemperaturfühler als Sensor, ein Steuergerät zur Informationsverarbeitung und ein Motorventil als Aktor zum Einsatz. In dem Steuergerät ist eine Kennlinie mit Ventilstellungen bei verschiedenen Außentemperaturen hinterlegt, die vereinfacht wie in Tabelle 7.1 aufgebaut sein kann. Ziel dieser Vorgaben ist es, die gewünschte Raumtemperatur zu erreichen. Ob die zugeführte Wärme jedoch ausreichend ist, bleibt zunächst ungewiss. In Kapitel 13 im Abschnitt »Die Heizkennlinie optimieren« erfahren Sie, wie eine Heizkennlinie genau funktioniert und wie Sie die Heizkennline Ihrer Heizung optimieren können. Außentemperatur Ventilstellung (Motorventil) −10 °C

zu 100 % geöffnet

−5 °C

zu 80 % geöffnet

0 °C

zu 60 % geöffnet

+5 °C

zu 40 % geöffnet

+10 °C

zu 20 % geöffnet

+15 °C

zu 0 % geöffnet (geschlossen)

Tabelle 7.1: Beispielhafte Ventilstellungen in Bezug auf die Außentemperatur

Der Steuerablauf der Heizungssteuerung würde dann, wie nachfolgend beschrieben und in Abbildung 7.2 zu sehen ist, ablaufen: Der Außentemperaturfühler (1) misst permanent die Außentemperatur und leitet diese Information (2) an die Steuereinheit (3) weiter. In der Steuereinheit wird die Information verarbeitet und anhand der Kennlinie die ermittelte Ventilstellung als Handlungsanweisung (4) an das Motorventil (5) weitergeleitet Das Motorventil stellt die vorgegebene Ventilstellung ein, um die Vorlauftemperatur (6) anzupassen und dadurch die gewünschte Raumtemperatur zu erreichen. Da es keine Rückmeldung zur Raumtemperatur an das Steuergerät gibt, kann es zu ungenauen Ergebnissen kommen. Zudem werden die Störgrößen (Menschen, Umwelt oder offene Fenster) nicht berücksichtigt, sodass die Soll-Größe über- oder unterschritten werden kann.

Abbildung 7.2: Heizungssteuerung mit offenem Wirkungsweg (Steuerkette)

Die Regelung Bei einer Regelung wird die Soll-Größe (gewünschte Raumtemperatur) permanent mit der Ist-Größe (der wirklichen Raumtemperatur) verglichen. Eine einfache Regelung besteht aus drei Bauteilen: einem Sensor (Fühler), einem Regelgerät und einem Aktor (Antriebselement). Anders als bei der Steuerung befindet sich der Sensor jedoch nicht vor dem Regelgerät, sondern in einer Rückführung. Dadurch werden Abweichungen von der Ausgangsgröße hinter dem Aktor berücksichtigt. Sensor: Ein Sensor misst die Ist-Größe (die aktuelle Raumtemperatur) und leitet diese an das Regelgerät weiter. Regelgerät: Im Regelgerät wird die eingehende Information mit der hinterlegten SollGröße (gewünschte Raumtemperatur) verglichen. Gibt es eine Abweichung von der hinterlegten Soll-Größe, so wird über den Regelalgorithmus im Regelgerät eine entsprechende Handlungsanweisung ausgegeben. Aktor: Im Aktor wird die Handlungsanweisung in Form einer Aktion ausgeführt, bis die gewünschte Raumtemperatur (Soll-Größe) erreicht wird.

In einer Regelung werden die auf den Prozess einfallenden Störgrößen (Mensch, Umwelt, offene Fenster) aufgrund des permanenten Vergleichs von Ist- und Soll-Größe berücksichtigt. Bei dem dargestellten Ablauf in Abbildung 7.3 handelt es sich daher um einen geschlossenen Wirkungsweg oder einen Regelkreis.

Abbildung 7.3: Regelung als Regelkreis (geschlossener Wirkungsweg)

Stellen Sie sich eine Heizungsanlage in einem Gebäude vor, welche anhand der gewünschten Raumtemperatur (Soll-Größe) geregelt wird. Das bedeutet, die Regelung soll die Raumtemperatur jederzeit auf 20 °C halten. Die raumtemperaturgeführte Heizungsregelung würde dann, wie nachfolgend beschrieben und in Abbildung 7.4 zu sehen ist, ablaufen: Ein Temperaturfühler (1) misst permanent die Raumtemperatur eines Referenzraumes im Gebäude und leitet diese Information (2) an das Regelgerät (3) weiter. Im Regelgerät wird die Eingangsgröße mit der Soll-Größe verglichen. Weicht die Raumtemperatur von der Solltemperatur ab, geht eine Handlungsanweisung (4) an das Motorventil (5).

Abbildung 7.4: Heizungsregelung mit geschlossenem Wirkungsweg (Regelkreis)

Das Motoventil übernimmt die Handlungsanweisung des Regelgerätes, um die Vorlauftemperatur (6) anzupassen. Ist die Raumtemperatur niedriger als 20 °C, wird die Ventilstellung vergrößert. Ist die Raumtemperatur gleich der SollTemperatur, bleibt die Ventilstellung gleich. Ist die Raumtemperatur höher als 20 °C, wird die Ventilstellung verkleinert. In diesem Beispiel wird deutlich, dass Störgrößen (Mensch, Umwelt, offene Fenster) über die Regelung ausgeglichen werden. Eine Handlungsanweisung der Regelung erfolgt bei Überschreiten und bei Unterschreiten der Raumtemperatur (Soll-Größe). Es handelt sich daher um einen geschlossenen Wirkungsweg oder einen Regelkreis. Nachteilig ist, dass die Heizung auch bei einem vergessenen offenen Fenster versucht, die Raumtemperatur konstant zu halten, was sich bei kalten Außentemperaturen negativ auf Ihrer Heizkostenabrechnung bemerkbar macht. Zudem sollten Regler gewählt werden, die eine gewisse Dämpfung (Trägheit) besitzen, damit der Stellmotor nicht permanent versucht, die Stellgröße zu verändern, was zu einem schnelleren Verschleiß des Motors führen würde.

Ihre Heizung misst, steuert und regelt Die beiden Beispiele für die Steuerung und die Regelung zeigen, wie diese aufgebaut sein

können. Einzeln betrachtet arbeiten beide Systeme jedoch weder effizient noch bedarfsgerecht. Heizungs- und Kältesysteme sollen nicht nur für eine gewünschte Raumtemperatur sorgen, sondern auch zusätzlich den sinnvollen Energieeinsatz regulieren. Eine energieeffiziente Anlage arbeitet daher mit einer Kombination aus vielen Sensoren, Aktoren sowie Steuerungs- und Regelprozessen. Die Steuer- und Regeleinrichtungen in der Gebäudetechnik werden auch MSR-Technik (Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik) genannt. Moderne Heizungs-, Kälte- und Klimaanlagen sind mit vielen Sensoren und Aktoren ausgestattet, die verschiedenste Parameter innerhalb und außerhalb des Gebäudes aufnehmen, in Mikrocomputern verarbeiten und in die Steuer- und Regelprozesse einfließen lassen. Bei großen Anlagen ist eine zentrale Gebäudeleitstelle erforderlich. Dort werden Entscheidungen für den Gesamtbetrieb von Systemen wie Heizung, Lüftung oder Sonnenschutz getroffen, da all diese Elemente die Innentemperatur beeinflussen können. Bis 1994 wurde bei einer Steuerung generell von einem System mit offenem Wirkungsweg und bei einer Regelung von einem System mit geschlossenem Wirkungsweg gesprochen. Die Definition der Steuerung wurde jedoch angepasst, da es speziell in der digitalen Steuerungstechnik geschlossene Wirkungswege geben kann. Diese geschlossenen Wirkungswege sind jedoch meist nur Rückmeldungen zum positiven Abschluss eines Steuervorgangs oder das Auslösen von Alarmen und Sicherheitseinrichtungen. Da dies nicht der permanenten Überwachung der Soll-Größe entspricht, wird hier nicht von einer Regelung gesprochen. In der binären Steuerungstechnik werden die Begriffe der Steuerung und Regelung aufgrund von Zielen und Aufgaben unterschieden. Diese Aufgaben und Ziele könnten folgendermaßen beschreiben werden: Steuerung: Die Aufgabe einer Steuerung ist die Verarbeitung von Eingangsgrößen über die Systemsteuerung, sodass anschließend eine entsprechende Handlung durch eine Ausgangsgröße ausgeführt werden kann, um die Soll-Größe zu erreichen. Die Soll-Größte wird dabei nicht direkt überwacht. Regelung: Die Aufgabe einer Regelung ist die Stabilisierung eines Prozesses durch das direkte Vergleichen einer Soll-Größe mit der Ist-Größe. Wird die SollGröße überschritten oder unterschritten, wird eine entsprechende Handlung ausgeführt.

Hydraulische Schaltungen in Heiz- und

Kältesystemen Das Ziel von Heizungs- und Kältesystemen ist es, ein optimales Raumklima zu schaffen. Dabei gilt es immer, die aktuelle Leistung den Witterungseinflüssen und den Raumtemperaturen anzupassen. In modernen Systemen werden daher die Außentemperatur und die Raumtemperatur als wichtigste Größen herangezogen. Dafür benötigen die Systeme Sensoren, welche die aktuellen Ist-Werte an die Steuer- und Regeleinrichtung liefern. Zu den verschiedenen Sensoren gehören beispielsweise Außentemperaturfühler, Vorlauftemperaturfühler, Raumtemperaturfühler, Raumthermostate und Fenster- und Türkontakte. Die Steuer- und Regeleinrichtung verarbeitet die eingehenden Ist-Werte und entscheidet anhand dieser Werte die Strategie zur Einhaltung der Soll-Werte. Haben Sie beispielsweise vergessen, ein Fenster zu schließen, kann der Soll-Wert für diese Zeit angepasst werden, um Energie zu sparen. Wünschen die Nutzenden eine andere Raumtemperatur als üblich, erfolgt eine Anpassung der Leistung, bis der neue Soll-Wert erreicht wird. Bei einer niedrigen Außentemperatur muss die Leistung generell erhöht werden, um in akzeptabler Zeit ausreichend Energie in das Gebäude zu transportieren. Für die Regelung der Leistung in wassergeführten Systemen (Heizungs- und Kälteanlagen, die im Verteilungsnetz Wasser als Energieträgermedium nutzen) kommen hydraulische Schaltungen zum Einsatz. Zur Vereinfachung sind die nachfolgenden Beispiele anhand eines Heizsystems erklärt. Diese können Sie jedoch zum größten Teil auch für Kältesysteme anwenden.

Hydraulische Schaltungen für ein behagliches Raumklima Damit Wärme richtig dosiert in einem Raum ankommt, ist es notwendig, das Wasser richtig bemessen zu verteilen. Diese Verteilung vom Wasser wird Hydraulik genannt und ist ein wichtiger Bestandteil in der Gebäudetechnik. Funktioniert Ihr Heizsystem optimal, können Sie ein behagliches Raumklima zu unterschiedlichen klimatischen Bedingungen energieeffizient und bedarfsgerecht schaffen. Um dies zu erreichen, werden hydraulische Schaltungen eingesetzt. Ist das Fließverhalten des Wassers nicht optimal, muss ein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden. Hydraulische Schaltung: Eine hydraulische Schaltung (auch hydraulischer Kreis genannt) bildet das Gesamtkonstrukt aller verbauten Anlagenteile zu einem funktionierenden Heizkreislauf, ähnlich wie der Blutkreislauf im menschlichen Körper. Je nach Anforderung gibt es verschiedene Möglichkeiten, einen hydraulischen Kreis aufzubauen. Diese werden Ihnen in diesem Abschnitt vorgestellt. Hydraulischer Abgleich: Der hydraulische Abgleich ist die Optimierung eines wasserbetriebenen Systems. In Teil IV dieses Buches erfahren Sie mehr zum

hydraulischen Abgleich und können diesen an einem konkreten Beispiel für ein Heizsystem nachvollziehen. Für die effiziente und bedarfsgerechte Funktion Ihrer Heizungsanlage kommen verschiedene Bauteile zum Einsatz. In Abbildung 7.5 sind die wichtigsten Bauteile in einem Heizungsschema abgebildet. Die wichtigsten Bauteile in einem hydraulischen Kreis sind Stellglieder (Ventile mit Antriebsmotor) (5) und Umwälzpumpen (6).

Abbildung 7.5: Hydraulischer Heizkreis mit verschiedenen Bauteilen und Sensoren

Stellglieder als Durchgangs- und Mischventile Zu den wichtigsten Bauteilen in einer hydraulischen Schaltung gehören die Stellglieder (Ventile) mit Antriebsmotor (auch Motorventil genannt), welche als Aktoren in einem Heizungsnetz agieren und eine Handlungsanweisung ausführen. Über die Stellglieder wird der Durchfluss des Wassers verändert, oder Wasser wird gemischt, um die Wärmemenge im System nach Bedarf anzupassen. Typische Bauformen sind das Durchgangsventil, das Dreiwegeventil und das Vierwegeventil. In Abbildung 7.6 sind Dreiwegeventile mit Motorantrieb zu sehen.

Abbildung 7.6: Motorventile an einem Heizungsverteiler

In der schematischen Darstellung besitzen Stellglieder Ventiltore. Ein Dreiwegeventil hat beispielweise drei Ventiltore zur Mischung der Wassertemperaturen, wie in Abbildung 7.7 links zu sehen ist. Bei Heizungsschemata ist es daher wichtig, darauf zu achten, wie die Ventiltore gezeichnet sind. Hier gilt der nachfolgende Zusammenhang: Ventiltore mit variablem Durchfluss sind ausgefüllt gezeichnet. Ventiltore mit konstantem Durchfluss werden nicht ausgefüllt gezeichnet.

Abbildung 7.7: Mischregelung mit Ventiltoren

Ein Ventiltor mit variablem Durchfluss kann über den Motor je nach Bedarf geöffnet oder geschlossen werden. Das Ventiltor mit konstantem Durchfluss ist hingegen immer geöffnet, da durch dieses das Mischwasser fließt. Da das Heizwasser vom Wärmeerzeuger zur Wärmeübergabe fließt, ist die Fließrichtung des Heizwassers eindeutig.

Umwälzpumpe In jedem Heiz- und Kaltwassersystem befinden sich Umwälzpumpen für den Wassertransport. Für diesen Transport ist Bewegungsenergie notwendig, welche durch die Rotation des Pumpenlaufrades in der Pumpe erzeugt und auf das Wasser übertragen wird. In Abbildung 7.8 sind beispielhaft zwei Pumpen sowie das Symbol für Pumpen dargestellt.

Abbildung 7.8: Symbolische Darstellung von Umwälzpumpen und zwei Beispiele

Von der Pumpe wird ein Förderdruck auf das Wasser aufgebaut, welcher notwendig ist, um die Strömungswiderstände (die Bauteile in einer Heizungsanlage) bei einer bestimmten Durchflussmenge (Volumenstrom) zu überwinden. In Kapitel 13 erfahren Sie im Abschnitt »Alte Umwälzpumpe austauschen lassen«, warum es sinnvoll ist, sich eine neue und effiziente Umwälzpumpe zuzulegen.

Darstellung und Aufteilung von hydraulischen Kreisen Mit Stellgliedern und Pumpen können Sie nun die unterschiedlichsten hydraulischen Kreise aufbauen und je nach Anforderung die Vorlauftemperatur oder den Volumenstrom anpassen. Diese beiden Größen haben einen direkten Einfluss auf die Leistung, die in einem Raum zum Heizen oder Kühlen benötigt wird (mehr dazu in Kapitel 5 im Abschnitt

»Die goldene Formel der Gebäudetechnik«). Jede hydraulische Schaltung wird in Primärkreis und Sekundärkreis aufgeteilt, wie in Abbildung 7.9 dargestellt ist. Primärkreis: Der Primärkreis ist die Erzeugerseite, also die Wärme- oder Kälteerzeugung. Sekundärkreis: Der Sekundärkreis ist die Verbraucherseite und enthält die Wärmeund Kälteverteilung sowie die Übergabe.

Abbildung 7.9: Primär- und Sekundärkreis einer hydraulischen Schaltung

Die schematische Darstellung hydraulischer Kreise erfolgt auf unterschiedliche Weise und kann auf den ersten Blick kompliziert wirken. In großen, komplexen Netzen dient sie jedoch der Übersicht und erleichtert das Verständnis vor Ort enorm. Unterschieden wird in geografische- und synoptische Darstellungen. In Abbildung 7.10 ist eine einfache Darstellung der beiden Formen zu sehen. Geografische Darstellung: Bei der geografischen Darstellung können Sie ein Heizungsnetz so darstellen, dass Sie sich danach auch vor Ort orientieren können. Die geografische Darstellung wird in der Praxis am häufigsten vorzufinden sein. Synoptische Darstellung: Bei der synoptischen Darstellung können komplexe hydraulische Schaltungen geordnet, systematisiert und übersichtlich wiedergegeben werden. Dabei wird in der Darstellung der Wärmeerzeuger als Primärseite immer auf der linken Seite und die Wärmeübergabe als Sekundärseite immer auf der rechten Seite gezeichnet. Der Vorlauf befindet sich immer oben und der Rücklauf immer unten.

Abbildung 7.10: Darstellungsmöglichkeiten hydraulischer Kreise

Die Funktion eines hydraulischen Kreises am Beispiel In dem nachfolgenden Beispiel ist die grobe Funktion eines hydraulischen Kreises eines Heizsystems anhand von drei unterschiedlichen Raumtemperaturen erklärt. Es handelt sich dabei um eine Beimischschaltung, welche im nachfolgenden Abschnitt genauer erklärt wird. In Ihrem Gebäude ist ein Heizungssystem mit einer hydraulischen Schaltung verbaut. Die Soll-Temperatur in Ihrem Referenzraum liegt bei 20 °C. Dazu wird je nach Anforderung die Ventilstellung angepasst. Nachfolgend sind drei Szenarien mit unterschiedlichen Raumtemperaturen aufgezeigt, die Sie in Abbildung 7.11 nachvollziehen können. Szenario 1: Die Raumtemperatur in Ihrem Raum beträgt 17 °C. Es wird demnach eine höhere Heizleistung benötigt, um Ihren Raum zu erwärmen. Das Ventiltor 1 (vom Heizkessel kommend) wird zu 100 % geöffnet, sodass nur heißes Wasser aus dem Wärmeerzeuger zum Heizkörper durchgelassen wird, um die Raumtemperatur auf 20 °C anzuheben. Das Ventiltor 2, vom Rücklauf kommend, ist geschlossen (0 % geöffnet). Im Bypass (Umleitung für das Wasser) findet keine Wasserzirkulation statt.

Abbildung 7.11: Regelszenarien bei verschiedenen Raumtemperaturen

Szenario 2: Die Raumtemperatur in Ihrem Raum beträgt 20 °C. Ihr Temperaturregler hat sich auf einen mittleren Wert eingestellt, da weniger Wärme als in Szenario 1 benötigt wird, das Temperaturniveau von 20 °C jedoch gehalten werden soll. Die beiden Ventiltore sind nun zu jeweils 50 % geöffnet, sodass heißes Wasser aus dem Heizkessel und abgekühltes Wasser aus dem Rücklauf über den Bypass am Mischventil anstehen. Die Wasserströme aus Heizkessel und Rücklauf werden im Mischventil gemischt, sodass eine mittlere Heizleistung für den Raum zur Verfügung gestellt wird. Szenario 3: Die Raumtemperatur beträgt 22 °C. Der Temperaturregler steht auf dem niedrigsten Wert, da nur eine geringe Heizleistung benötigt wird. Die Ventilstellung lässt jetzt nur noch abgekühltes Wasser aus dem Rücklauf des Heizkreises über den Bypass erneut in den Heizkreis fließen. Ventiltor 2 ist zu 100 % geöffnet. Das Heizwasser kann somit seine Wärme optimal im Gebäude abgeben und abkühlen, und es wird verhindert, dass der Raum durch heißes Wasser aus dem Heizkessel weiter aufwärmt. Das Ventiltor 1 vom Heizkessel kommend ist geschlossen.

Hydraulische Grundschaltungen im Überblick Da es darauf ankommt, die richtige Wärmeleistung in einen Raum zu transportieren oder aus dem Raum abzutragen, können Sie eine hydraulische Schaltung mit variablen Volumenstrom (mengenvariabler Betrieb) oder konstantem Volumenstrom (mengenkonstanter Betrieb) im Sekundärkreis aufbauen. Den Zusammenhang zwischen Leistung, Volumenstrom und Temperaturspreizung finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Die goldene Formel der Gebäudetechnik« beschrieben. In der Gebäudetechnik gibt es vier hydraulische Grundschaltungen: die Drosselschaltung, die Umlenkschaltung, die Beimischschaltung und die Einspritzschaltung, welche nachfolgend erklärt werden. Von diesen Grundschaltungen gibt es weitere Untervarianten,

die je nach Anwendung in Heiz- und Kältenetzen sowie Lüftungsanlagen eingesetzt werden.

Mengenvariabler Betrieb Im mengenvariablen Betrieb ist auf der Sekundärseite (Verbraucherseite) der Volumenstrom variabel und die Vorlauftemperatur konstant. Die Änderung des Volumenstroms auf der Sekundärseite erreichen Sie durch die Drosselung der Wassermenge mit einem Ventil. Sie können somit die Leistung nach Bedarf anpassen. Dieser Betrieb wird auch Durchflussregelung genannt. Beim mengenvariablen Betrieb befindet sich die Heizungspumpe im Primärkreis. Die beiden Grundschaltungen für den mengenvariablen Betrieb sind die Drosselschaltung und die Umlenkschaltung. Drosselschaltung: Die Leistungsregelung einer Drosselschaltung erreichen Sie mit einem Durchgangsventil im Vor- oder Rücklauf (siehe Abbildung 7.12), mit dem Sie durch Öffnen und Schließen die Wassermenge drosseln können. Mit einer Drosselschaltung erreichen Sie tiefe Rücklauftemperaturen im Teillastbetrieb. Drosselschaltungen werden für den Wärmetransport zu Luftkühlern und Lufterhitzer in Lüftungsanlagen (siehe Kapitel 8, Abschnitt »Lufterhitzer und Luftkühler«), aber auch bei Fernwärmeanschlüssen genutzt.

Abbildung 7.12: Drosselschaltung mit unterschiedlichen Ventilstellungen

Im linken Bild der Abbildung 7.12 ist das Ventil komplett geöffnet. und das Wasser kann im gesamten Kreislauf zirkulieren und Wärme über den Wärmeübertrager (Fernwärmeübergabe oder Heizregister in Lüftungsanlage) an ein anderes Medium (Wasser oder Luft) abgeben. Die Temperaturen im Rücklauf sind daher etwas niedriger als im Vorlauf. Im rechten Bild der Abbildung 7.12 ist das Ventil komplett geschlossen, und es zirkuliert kein Wasser im Kreislauf. Es steht zwar heißes Wasser am Wärmeübertrager an, Wärme kann jedoch nicht übertragen werden, da kein

Wasser fließt. Die Temperaturen im Rücklauf sind daher niedrig. Umlenkschaltung: Die Umlenkschaltung ist ebenfalls eine Drosselschaltung, jedoch mit einem Bypass (Umleitung für das Wasser) und einem Dreiwegeventil, wie Sie in Abbildung 7.13 sehen können. Je nach Ventilstellung fließt mehr Wasser in den Sekundärkreis oder wird über den Bypass direkt in den Rücklauf geleitet. Die Umlenkschaltung eignet sich für Luftkühler und Lufterhitzer (siehe Kapitel 8, Abschnitt »Lufterhitzer und Luftkühler«) in Lüftungsanlagen, aufgrund der hohen Rücklauftemperaturen jedoch nicht für Fernwärmeheizungen. Im linken Bild der Abbildung 7.13 ist Ventil 1 geschlossen und Ventil 2 geöffnet. Dadurch fließt das Wasser nur im Primärkreis, und es wird keine Wärme in den Sekundärkreis geleitet. Die Temperaturen im Rücklauf auf der Primärseite sind hoch und auf der Sekundärseite niedrig. Im rechten Bild der Abbildung 7.13 ist Ventil 1 komplett geöffnet und Ventil 2 geschlossen. Dadurch wird Wasser in den Sekundärkreis geleitet, und Wärme wird über einen Wärmeübertrager in einer Lüftungsanlage an das Medium Luft übertragen. Die Temperaturen im Rücklauf sind aufgrund des Wärmeübertrags im Sekundär- und Primärkreis niedriger.

Abbildung 7.13: Umlenkschaltung mit unterschiedlichen Ventilstellungen

Mengenkonstanter Betrieb Im mengenkonstanten Betrieb bleibt auf der Sekundärseite (Verbraucherseite) der Volumenstrom konstant und die Vorlauftemperatur variabel. Die Änderung der Vorlauftemperatur erreichen Sie durch die Mischung des Vorlauf- und Rücklaufwassers auf der Sekundärseite. Sie können somit die Leistung nach Bedarf anpassen. Dieser

Betrieb wird auch Mischregelung genannt. Beim mengenkonstanten Betrieb befindet sich eine Heizungspumpe zwangsweise im Sekundärkreis. Die Beimischschaltung und die Einspritzschaltung sind die zwei Grundschaltungen für den mengenkonstanten Betrieb. Beimischschaltung: Eine Beimischschaltung besitzt ein Dreiwegeventil, wie Sie in Abbildung 7.14 sehen können. Wasser, vom Erzeuger kommend, und Wasser aus dem Rücklauf werden über das Dreiwegeventil gemischt, um die gewünschte Vorlauftemperatur herzustellen und damit die erforderliche Leistung an der Übergabe bereitzustellen. Die Beimischschaltung ist in Heizungssystemen die am weitesten verbreitete hydraulische Schaltung und eignet sich besonders für Heizsysteme mit niedrigen Systemtemperaturen und bei einer Kombination aus Fußbodenheizung und Heizkörpern. Im linken Bild der Abbildung 7.14 ist das Ventil 1 geschlossen und Ventil 2 geöffnet. Die Temperaturen im Vorlauf auf Primär- und Sekundärseite sind hoch. Wärme wird über die Verbraucher (wie Heizkörper und Fußbodenheizung) an einen Raum oder Gebäudebereich abgeben, sodass die Temperaturen im Rücklauf niedriger sind. Im rechten Bild der Abbildung 7.14 ist Ventil 1 geöffnet und Ventil 2 geschlossen. Die Pumpe zirkuliert Wasser in der Sekundärseite, ohne Wärme aus dem Primärkreis zu beziehen. Die Temperaturen im Sekundärkreis sinken dadurch ab und sind niedrig, während im Vorlauf des Primärkreises die Temperaturen hoch sind und warmes Wasser ansteht.

Abbildung 7.14: Beimischschaltung mit unterschiedlichen Ventilstellungen

Einspritzschaltung: Bei der Einspritzschaltung befindet sich im Primär- und Sekundärkreis eine Pumpe, wie in Abbildung 7.15 zu sehen ist. Diese Pumpen sorgen

im Primär- und Sekundärkreis für einen konstanten Volumenstrom. Die Leistungsregelung im Sekundärkreis erfolgt, wie bei der Beimischschaltung, über die Temperaturänderung durch Mischung über ein Dreiwegeventil. Das Dreiwegeventil befindet sich jedoch im Rücklauf. Über einen Bypass kann das Wasser im Sekundärkreis fließen, wenn das Ventiltor im Rücklauf geschlossen ist. Zusätzlich befindet sich im Bypass des Sekundärkreises eine Rückschlagklappe, um Fehlzirkulationen zu vermeiden (mehr dazu im Abschnitt »Rückschlagklappe« in diesem Kapitel). Die Einspritzschaltung wird beispielsweise eingesetzt, wenn zwischen Wärmeerzeuger und Wärmeübergabe eine große Distanz besteht. Im linken Bild der Abbildung 7.15 ist Ventil 1 geschlossen und Ventil 2 geöffnet. Dadurch findet eine Zirkulation im Heizkreis statt, es wird Wärme über die Verbraucher (Heizkörper oder Fußbodenheizung) an einen Raum oder Gebäudebereich abgegeben. Die Temperaturen im Vorlauf auf Primär- und Sekundärseite sind hoch und die Temperaturen im Rücklauf aufgrund der Wärmeabgabe über die Verbraucher niedriger. Die Rückschlagklappe im Bypass des Sekundärkreises verhindert eine Fehlzirkulation. Im rechten Bild in Abbildung 7.15 ist Ventil 2 geschlossen und Ventil 1 geöffnet. Im Primärkreis sind im Vor- und Rücklauf die Temperaturen annähernd gleich hoch, da Wasser zirkuliert, aber keine Wärme abgegeben wird. Im Sekundärkreis zirkuliert ebenfalls Wasser, und die Temperaturen sinken in Vor- und Rücklauf ab, da keine Wärme aus dem Primärkreis bezogen wird. Die Rückschlagklappe im Bypass des Sekundärkreises verhindert eine Fehlzirkulation.

Abbildung 7.15: Einspritzschaltung mit unterschiedlichen Ventilstellungen

Weitere wichtige Bauteile in Heiz- und Kälteanlagen Neben den genannten Bauteilen (Pumpen und Stellglieder) gibt es noch weitere Bauteile in Heiz- und Kältesystemen, die für einen sicheren und effizienten Betrieb notwendig sind. Wenn Sie eine Warmwasserheizung in Ihrem Gebäude haben, werden Sie mit großer Wahrscheinlichkeit einen Großteil der nachfolgenden Bauteile wiederfinden. Falls Sie ein Heizungsschema in Ihrem Heizungskeller finden, können Sie die Bauteile darin auch anhand von Symbolen wiedererkennen. Nachfolgend sind die wichtigsten Bauteile mit Symbolen und Abbildungen vorgestellt.

Absperrarmaturen Mit Absperrarmaturen können Sie Anlagenteile absperren und den Wasserfluss unterbrechen. Dadurch können Sie zwischen dem abgesperrten Bereich Wartungs- oder Umbauarbeiten vornehmen. Typische Absperrarmaturen sind Schieber, Absperrventile, Absperrklappen oder Kugelhähne. In Abbildung 7.16 sind typische Symbole sowie ein Kugelhahn und ein Absperrventil abgebildet. Einbauort: meist vor und nach wichtigen Bauteilen wie Pumpen, abgehenden Strängen und Motorventilen, damit diese besser gewartet oder Bauteile bei Bedarf einfach getauscht werden können.

Abbildung 7.16: Symbolische Darstellung von Absperrarmaturen und zwei Beispiele

Thermometer

Thermometer sind wichtige Messinstrumente und geben darüber Aufschluss, ob das System richtig funktioniert und ob die geforderten Temperaturen erreicht werden. Typische Bauformen sind, wie in Abbildung 7.17 zu sehen, Bimetall- und Flüssigkeitsthermometer. Einbauort: Thermometer befinden sich in der Heiz- oder Kältezentrale jeweils im Vor- und Rücklauf einer Anlage und messen dort die Temperaturen.

Abbildung 7.17: Symbolische Darstellung von Thermometern und zwei Beispiele

Temperaturfühler Damit das Steuer- und Regelgerät die Vor- und Rücklauftemperatur verarbeiten kann, müssen die Temperaturen über Temperaturfühler gemessen und weitergegeben werden. In Abbildung 7.18 sind ein Temperaturfühler sowie ein Anschlussstutzen für einen Temperaturfühler zu sehen. Einbauort: Temperaturfühler sind als Sensoren an Vor- und Rücklauf verbaut und befinden sich meist in der Nähe der verbauten Thermometer.

Abbildung 7.18: Symbolische Darstellung von Temperaturfühlern mit zwei Beispielen

Manometer Manometer messen den Druck in Heiz- und Kälteanlagen, befinden sich an verschiedensten Stellen in einer Anlage und geben Auskunft über die verschiedenen Druckverhältnisse. So kann beispielsweise der Anlagenfülldruck einer geschlossenen Heizungsanlage gemessen werden (mehr dazu in Kapitel 5 im Abschnitt »Geschlossene Heizung«). Aber auch der Druckverlust über ein Bauteil kann mit zwei Manometern gemessen werden, da für bestimmte Anlagenabschnitte nicht der Absolutdruck wichtig ist, sondern nur der Druckunterschied (Differenzdruck) zwischen zwei Messpunkten. In Abbildung 7.19 sind beispielhaft zwei Manometer sowie Symbole für Manometer dargestellt. Einbauort: am Wärme- oder Kälteerzeuger sowie an der Wassernachfüllstation zur Überwachung des Anlagenfülldrucks. Zur Differenzdruckmessung können sie vor und nach Umwälzpumpen oder Schmutzfängern installiert sein (mehr zum Druck in Heizungsanlagen finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt » Wärmeverteilsysteme«).

Abbildung 7.19: Symbolische Darstellung von Manometern und zwei Beispiele

Schmutzfänger Schmutzfänger, wie sie in Abbildung 7.20 zu sehen sind, filtern Partikel und Schmutz aus dem Heiz- und Kaltwasser heraus, um die wichtigen Anlageteile wie Pumpen und Erzeuger zu schützen. Sie fragen sich jetzt vielleicht, wie Schmutz in ein geschlossenes System kommen kann? Auch wenn ein System als geschlossen bezeichnet wird, ist es nie zu 100 % geschlossen. Luft kann durch Undichtigkeiten und Schwachstellen in das System eindringen und im System zu Korrosion führen. Schmutzfänger müssen daher in regelmäßigen Abständen gereinigt werden. Einbauort: Schmutzfänger befinden sich in der Regel im Rücklauf der Anlage kurz vor dem Wärme- oder Kälteerzeuger. Dadurch können Schmutzpartikel und Schlamm, die sich im Heizungswasser ansammeln können, vor diesen herausgefiltert werden.

Abbildung 7.20: Symbolische Darstellung von Schmutzfängern und zwei Beispiele

Einstell- und Drosselarmatur In Heizsystemen mit mehreren hydraulischen Kreisen und Verzweigungen werden Einstell- und Drosselarmaturen (EDA) eingesetzt. Dazu zählen Strangregulierarmaturen und Differenzdruckregler, wie sie in Abbildung 7.21 zu sehen sind. Mit diesen Armaturen können Sie die notwendigen Volumenströme in einzelnen Heizungssträngen einstellen und festlegen, wie viel Wasser in diesen Bereichen des hydraulischen Kreises fließen darf. Die Wassermenge können Sie mit der goldenen Formel der Gebäudetechnik berechnen (siehe Kapitel 5 im gleichnamigen Abschnitt). Ohne diese Armaturen ist das Fließverhalten des Heiz- und Kaltwassers in hydraulischen Kreisen nicht optimal. Mehr Informationen zum Einsatz von Strangregulierarmaturen und Differenzdruckreglern finden Sie Teil IV dieses Buches zum hydraulischen Abgleich. Einbauort: Einstell- und Drosselarmaturen befinden sich in der Regel an den Abgängen der jeweiligen Stränge (Steigleitungen, LS), von der Verteilleitung (LV) kommend (siehe Kapitel 5 im Abschnitt »Wassertransport«).

Abbildung 7.21: Symbolische Darstellung von Einstell-/Drosselarmaturen mit zwei Beispielen

Rückschlagklappe Eine Rückschlagklappe ist eine unscheinbare Sicherheitseinrichtung (siehe Abbildung 7.22) und sorgt dafür, dass Wasser nur in eine bestimmte Richtung fließt und nicht ungewollt zirkuliert. So kann bei Fehlern im System verhindert werden, dass Wasser in die entgegengesetzte Richtung fließt und Anlagenteile beschädigt. Die Fließrichtung des Wassers ist auf einer Rückschlagklappe mit einem Pfeil gekennzeichnet. Einbauort: Rückschlagklappen werden beispielweise hinter Pumpen oder in Bypässen eingesetzt (siehe den Abschnitt »Mengenkonstanter Betrieb« zur Einspritzschaltung in diesem Kapitel).

Abbildung 7.22: Symbolische Darstellung von Rückschlagklappen mit zwei Beispielen – Quelle mitte:

TUVISION, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: psgxxx, Stock.Adobe.com

Druckausdehnungsgefäß In geschlossenen Heizungs- und Kältesystemen ändert sich das Volumen des darin befindlichen Wassers. Diese Volumenänderungen werden mit Druckausdehnungsgefäßen (Membranausdehnungsgefäße, kurz MAG) ausgeglichen. In jedem geschlossenen Heizund Kältesystem muss daher ein Druckausdehnungsgefäß verbaut sein. In Abbildung 7.23 sind beispielhaft zwei MAG abgebildet. Mehr Informationen zu geschlossenen Heizsystemen finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Geschlossene Heizung«. Einbauort: Das MAG befindet sich in der Regel im Rücklauf kurz vor dem Wärmeerzeuger.

Abbildung 7.23: Symbolische Darstellung von Druckausdehnungsgefäßen mit zwei Beispielen

Sicherheitsventil Jedes geschlossene Heiz- oder Kühlsystem benötigt Sicherheitsventile. Das Sicherheitsventil öffnet sich, wenn der Druck in einem System aufgrund von Fehlern zu stark ansteigt oder das Druckausdehnungsgefäß nicht richtig arbeitet, und schützt es vor Schäden. Über das Ventil wird dann überschüssiges Wasser abgeleitet. In Abbildung 7.24 sind zwei Sicherheitsventile und die grafische Darstellung zu sehen. Einbauort: Sicherheitsventile befinden sich meist in der Nähe des Wärme- oder Kälteerzeugers oder sind bereits direkt an den Erzeugern installiert.

Wärmeübertrager Wärmeübertrager werden auch Wärmetauscher genannt und übertragen Wärme von einem heißen Medium auf ein kälteres Medium, ohne dass die beiden Medien direkten

Kontakt miteinander haben und sich vermischen. Wenn beispielsweise heißes Wasser aus einer Fernwärmeheizung in ein Gebäude fließt, gibt es dort Wärme über den Wärmeübertrager an das Heizwasser im Gebäude ab und fließt anschließend zurück in das Heizkraftwerk. Das Wasser aus dem Heizsystem des Gebäudes wird von der Wärme des Fernwärmewassers erhitzt und kann zum Heizen des Gebäudes genutzt werden. In Abbildung 7.25 sind beispielhaft zwei Wärmeübertrager von Fernwärmeheizungen zu sehen.

Abbildung 7.24: Symbolische Darstellung von Sicherheitsventilen mit zwei Beispielen

Einbauort: Wärmeübertrager werden an verschiedenen Stellen in Heiz- und Kälteanlagen verbaut. Sie werden sie immer dort vorfinden, wo ein Wärmeübertrag gewünscht ist, ohne dass sich die Medien, wie Fernwärmewasser und Heizwasser eines Gebäudes oder das Heizwasser und die zu erwärmende Zuluft einer Lüftungsanlage, vermischen sollen.

Abbildung 7.25: Symbolische Darstellung von Wärmeübertragern und zwei Beispiele

Hydraulische Weiche Hydraulische Weichen werden eingesetzt, um ein Heiz- oder Kältesystem druckseitig zu entkoppeln und in Primärkreis (Erzeugerkreis) und Sekundärkreis (Verbraucherkreis) aufzuteilen. Eine hydraulische Weiche können Sie sich wie ein Wasserfass vorstellen, in welches Vorund Rücklauf des Erzeugers auf der einen Seite und Vor- und Rücklauf der Verbraucher auf der anderen Seite rein- und wieder rausfließen. Im Erzeugerkreis pumpt eine Pumpe das Wasser vom Erzeuger zur hydraulischen Weiche, und im Sekundärkreis pumpt eine weitere Pumpe das Wasser aus der hydraulischen Weiche zum Verbraucher. Daher sind Heizungspumpen in Primär- und Sekundärkreis notwendig. Hydraulische Weichen kommen dann zum Einsatz, wenn es mehrere Erzeuger oder mehrere Verbraucherkreise gibt und unterschiedliche Volumenströme in Primär- und Sekundärkreis herrschen. In Abbildung 7.26 ist links eine kleine hydraulische Weiche für eine Gastherme zu sehen und rechts ein großer Wasserspeicher (Pufferspeicher), der als hydraulische Weiche genutzt wird. Einbauort: Eine hydraulische Weiche befindet sich zwischen Erzeuger und Verbraucherkreis nahe dem Erzeuger und somit in der Heiz- oder Kältezentrale.

Abbildung 7.26: Symbolische Darstellung für eine hydraulische Weiche mit zwei Beispielen

Pufferspeicher Ein Pufferspeicher ist ein großer und gut gedämmter Wasserbehälter, der Wärme aus dem Wärmeerzeuger aufnimmt, zwischenspeichert und über einen längeren Zeitraum an das Heizsystem abgibt. Dadurch können Wärmeerzeuger effizienter betrieben werden, da sie kontinuierlich auf einer bestimmten Leistungsstufe laufen, ohne ständig ein- und ausgeschaltet werden zu müssen, um den aktuellen Wärmebedarf zu decken. Pufferspeicher speichern dann überschüssige Wärme, wenn sie nicht sofort benötigt wird, und geben sie später an das Heizsystem ab, wenn die Nachfrage höher ist. Dadurch werden Spitzenlasten abgefangen, und die Wärmeerzeuger müssen ihre Leistung nicht ständig anpassen. Alternativ werden Pufferspeicher in großen Anlagen auch als hydraulische Weiche verwendet, um eine Systemtrennung zwischen Erzeugerkreis (Primärkreis) und Verbraucherseite (Sekundärseite) herzustellen. In Abbildung 7.27 sind beispielhaft zwei Pufferspeicher zu sehen. Einbauort: Der Pufferspeicher befindet in der Regel in der Heiz- oder Kältezentrale nahe dem Erzeuger sowie der Verteilung und ist an diese angebunden.

Abbildung 7.27: Symbolische Darstellung von Pufferspeichern mit zwei Beispielen

Verteiler Über einen Verteiler gehen mehrere Heiz- oder Kältekreise ab, die unterschiedliche Bereiche in einem Gebäude mit Wärme oder Kälte versorgen. Verteiler werden daher auch Heizkreis- oder Kältekreisverteiler genannt. Dadurch ist es einfacher, einzelne Gebäudebereiche zu regeln und die Kreise mit unterschiedlichen Temperaturen zu betreiben. Somit können Sie beispielsweise über einen Verteiler einen Heizkreis mit Heizkörpern und einen Heizkreis mit einer Fußbodenheizung versorgen. In Abbildung 7.28 sehen Sie beispielhaft zwei Heizkreisverteiler mit mehreren Heizkreisen.

Abbildung 7.28: Symbolische Darstellung von Verteilern mit zwei Beispielen

Die einzelnen Abgänge der Heizkreise bestehen in der Regel aus einer Reihe von

Elementen wie Absperrarmaturen, Motorventilen, Umwälzpumpen, Manometer, Thermometer und Rückschlagklappen, sodass ein Großteil der wichtigsten Bauteile gebündelt an einem Ort vorzufinden ist. Zudem kommen im Verteiler Vor- und Rücklauf der jeweiligen Heizkreise an. Somit ist eine Kontrolle der Temperaturen, Drücke und Volumenströme sowie die Wartung der wichtigsten Komponenten zentral möglich. Einbauort: Zentrale Verteiler befinden sich in der Heiz- oder Kältezentrale und kommen hauptsächlich in größeren Gebäuden mit mehreren Heizkreisen vor. Sie sind somit selten in Ein- und kleineren Mehrfamilienhäusern zu finden. Kleinere Heizkreisverteiler können Sie hingegen auch in Mehrfamilienhäusern wohnungsweise oder für Systeme mit Fußbodenheizungen finden.

Energiezähler Wärmemengenzähler ermitteln den Wärmebedarf in Heizungsanlagen und den Wärmeabtransport von Kälteanlagen. Sie sind ein essenzielles Werkzeug für die Energieabrechnung und das Energiemanagement. In Abbildung 7.29 sind beispielhaft zwei Wärmemengenzähler zu sehen. Die Energie wird mittels Volumenstrom und Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf ermittelt. Grundlage ist wieder die goldene Formel der Gebäudetechnik (siehe Kapitel 5). Einbauort: Wärmemengenzähler können an verschiedenen Orten im Gebäude installiert sein. Nachfolgend gibt es eine Auflistung der verschiedenen Orte. Zentrale Heizungs- und Kälteanlagen: Wärmemengenzähler sind bei zentralen Heizungs- und Kälteanlagen in der Technikzentrale installiert, sodass die Wärme des gesamten Gebäudes zentral erfasst wird. Fernwärmeheizung: Der Energiezähler befindet sich in der Nähe des Wärmetauschers am Wärmeübergabepunkt. So wird ebenfalls die gesamte Energie des Gebäudes erfasst. Mehrfamilienhäuser: Bei der zentralen Erfassung in Mehrfamilienhäusern werden zudem Heizkostenverteiler an jedem Heizkörper eingesetzt. Zusätzlich können Wärmemengenzähler für jede Wohnung oder an anderen Wärmeübergabepunkten, wie dem Heizkreisverteiler einer Fußbodenheizung, eingesetzt werden. Mehr Informationen zu Heizkostenverteilern finden Sie in Kapitel 15 im Abschnitt »Heizkostenabrechnung«.

Abbildung 7.29: Symbolische Darstellung von Energiezählern mit zwei Beispielen

Kapitel 8

Lüftungs- und Klimatechnik IN DIESEM KAPITEL Lernen Sie freie und mechanische Lüftungssysteme kennen. Erfahren Sie den Unterschied zwischen Lüftungs- und Klimaanlagen. Erfahren Sie, welche Bauteile es in Lüftungsanlagen gibt. Lernen Sie, wie Lüftungs- und Klimaanlagen funktionieren. Erfahren Sie anhand des h,x-Diagramms, welche Zustände die Luft in einer Klimaanlage durchlebt. Berechnen Sie anhand von Beispielen den Volumenstrom, den Kanalquerschnitt und die Ventilatorleistung für einen Raum.

Lüftungssysteme haben die Aufgabe, Räume und Gebäude mit ausreichend Luft zu versorgen. Neben dem einfachen Be- und Entlüften durch eine Fensteröffnung können mechanische Lüftungsanlagen die Luft auch thermodynamisch aufbereiten und filtern. Die vier thermodynamischen Luftbehandlungsfunktionen für Raumluft sind Heizen, Kühlen, Befeuchten und Entfeuchten. Der Einsatz von mechanischen Lüftungsanlagen kann verschiedene Gründe haben. Bei einem großen Bürogebäude ist beispielsweise die Fensterlüftung nicht ausreichend, ein Wohngebäude zieht aufgrund seiner luftdichten Bauweise nicht ausreichend Außenluft über die Gebäudehülle nach (mehr dazu in Kapitel 4 im Abschnitt »Dichtheit und Fugendurchlässigkeit von Gebäuden«), ein Intensivbettenzimmer in einem Krankenhaus benötigt keimfreie Luft zur Versorgung der Patienten, und ein Museum braucht für seine Ausstellungsgegenstände ein konstantes Raumklima in Bezug auf Lufttemperatur und Luftfeuchte. Die Dimensionen mechanischer Lüftungsanlagen in großen Gebäuden werden oft unterschätzt. In Abbildung 8.1 sehen Sie eine Lüftungszentrale mit mechanischen Lüftungsanlagen und Luftkanälen, die das Gebäude mit Luft versorgen.

Abbildung 8.1: Lüftungszentrale mit mehreren raumlufttechnischen Anlagen – Quelle: Kuznietsov Dmitriy, Stock.Adobe.com

In diesem Kapitel geht es um die verschiedenen raumlufttechnischen Anlagen und Lüftungssysteme und darum, wann und wo diese eingesetzt werden, welche Typen und Bauteile es gibt und wie Sie die Luftmenge für einen Raum ermitteln können.

Einblick in die Lüftungstechnik Die Lüftungstechnik wird in die beiden Bereiche freie Lüftungssysteme und mechanische raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) unterteilt. Die freie Lüftung erfolgt über eine natürliche Lüftung, wie zum Beispiel Fenster und Luftschächte. Der Lufttransport erfolgt bei der natürlichen Lüftung durch Druckunterschiede zwischen innen und außen, welche durch Temperaturunterschiede, äußeren Winddruck oder Sog entstehen. Eine Filterung der Außenluft oder die thermodynamische Luftbehandlung ist mit freien Lüftungssystemen nicht möglich. Eine raumlufttechnische Anlage transportiert hingegen aufbereitete Luft mit Hilfe eines Ventilators in einen Raum oder Gebäudebereich und befördert verbrauchte und mit Schadstoffen belastete Luft aus diesen Bereichen ab. Es handelt sich daher um eine mechanische Lüftung. Je nach den Anforderungen an die Raumluftqualität kann eine

mechanische RLT-Anlage Luft nach bis zu drei Kriterien aufbereiten. Luftreinheit: Die aufzubereitende Luft wird gefiltert und verbrauchte Luft aus dem Raum abtransportiert. So werden Schadstoffe in der Raumluft dauerhaft gering gehalten. Raumlufttemperatur: Die aufzubereitende Luft wird erhitzt oder gekühlt, um die gewünschte Raumlufttemperatur zu halten. Raumluftfeuchte: Über einen Befeuchter kann die relative Luftfeuchte (siehe Kapitel 2 Abschnitt »Luftfeuchte«) der aufzubereitenden Luft erhöht und durch Entfeuchtung reduziert werden.

Der richtige Überbegriff für »Lüftungs- und Klimaanlagen« ist raumlufttechnische Anlagen (kurz RLT-Anlagen) und wird in den nachfolgenden Abschnitten verwendet werden. Dabei können Sie sich merken, dass eine Klimaanlage eine Lüftungsanlage ist, aber nicht jede Lüftungsanlage eine Klimaanlage. Die feinen Unterschiede werden Sie in diesem Kapitel kennenlernen und dann versierte Fachkräfte aus der Lüftungstechnik glücklich machen, da diese großen Wert auf die richtigen Bezeichnungen legen. Je nachdem, welche Anforderungen an die Raumluft in einem Gebäude gestellt werden, kann eine RLT-Anlage alle oder nur Teilkriterien abdecken. In Abbildung 8.2 finden Sie die Aufteilung der Raumlufttechnik in Gebäuden dargestellt. In der Regel gehört in diese Grafik auch die Prozesslüftung, welche jedoch kein Teil der Gebäudetechnik ist und in diesem Buch nicht weiter behandelt wird.

Abbildung 8.2: Gliederung und Einteilung der Raumlufttechnik

Mechanische Lüftungssysteme (RLT-Anlagen) haben je nach Anforderung unterschiedliche Aufgaben, welche nicht immer mit freien Lüftungssystemen umsetzbar sind. In diesen Fällen erfolgt eine Unterstützung durch eine mechanische RLT-Anlage. Nachfolgend eine kleine Übersicht, weshalb mechanische RLT-Anlagen in Gebäuden notwendig sein können. Kohlenstoffdioxidkonzentration: Wenn sich Lebewesen in Räumen aufhalten, steigt mit der Zeit die Konzentration von Kohlenstoffdioxid (CO2) durch deren ausgeatmete Luft. Um eine angemessene Luftqualität zu gewährleisten, muss frische Außenluft in die Räume befördert und Raumluft mit hohem Kohlenstoffdioxidanteil abtransportiert werden. Schadstoffreduzierung und Luftreinigung: In der Raumluft befinden sich Schadstoffe wie Gase, Dämpfe, Schwebstoffe und Ausdünstungen. Lüftungssysteme transportieren diese aus Räumen ab. Wärmeabtransport: Um an heißen Sommertagen ein angenehmes Raumklima zu gewährleisten, kann eine RLT-Anlage zur Kühlung des Raumes Wärmelasten abtragen. Wärmelasten entstehen nicht nur durch Sonneneinstrahlung, sondern auch

aufgrund von Beleuchtung und Elektrogeräten. Feuchteabtransport: Ein erhöhter Wasserdampfanteil durch Kochen, Baden, Duschen sowie Ausdünstungen von Menschen wird ebenfalls vom Lüftungssystem aus dem Gebäude abgetragen. Wenn Sie die Räume klimatisieren, kann es bei ungünstigen Wettersituationen mit hoher Luftfeuchte (Wärmegewitter) zudem erforderlich sein, die Außenluft zu entfeuchten. Wärmezuführung: Wenn in der Winterzeit die Gebäudeheizung über die Raumluft erfolgt, heizt eine RLT-Anlage die Außenluft auf ein behagliches Raumklima auf und transportiert Wärme in das Gebäude. Feuchtezuführung: Wenn Sie ein Gebäude mit Luft beheizen, kann es notwendig sein, die Außenluft zusätzlich zu befeuchten, da der absolute Feuchtegehalt kalter Außenluft im Winter niedrig ist. Im Sommer kann durch die adiabate Luftbefeuchtung warme Luft ohne eine zusätzliche Kältemaschine kühlen (mehr dazu in Abschnitt »Das h,x-Diagramm nach Mollier – ein geniales Werkzeug« in diesem Kapitel).

Freie Lüftungssysteme Die freie Lüftung ist ein erzwungener Luftaustausch durch Öffnungen im Gebäude. Dies können schlichte Fenster, ein Abluftschacht oder ungewollte Undichtigkeiten in der Gebäudehülle sein. Eine kontrollierte Lüftung ist damit ausgeschlossen und führt in Altbauten zu erheblichen Wärmeverlusten. Nachfolgend werden die wichtigsten freien Lüftungssysteme vorgestellt. Gerade in Wohngebäuden sind überwiegend freie Lüftungssysteme zu finden, da diese zur Belüftung oft ausreichend sind. In Neubauten und energetisch sanierten Bestandsgebäuden kann jedoch eine mechanische Lüftungsanlage notwendig und sinnvoll sein. Im Abschnitt »Der Einsatz von raumlufttechnischen Anlagen« in diesem Kapitel finden Sie Tipps und Hinweise, wann der Einsatz einer mechanischen RLT-Anlage sinnvoll sein kann.

Fugenlüftung Die Fugenlüftung können Sie hauptsächlich bei Altbauten beobachten, wo der Luftaustausch durch Undichtigkeiten in der Gebäudehülle erfolgt. Dieser entsteht hauptsächlich durch Temperaturunterschiede zwischen innen und außen, welche zu Druckdifferenzen führen und für einen natürlichen Luftaustausch der Raumluft sorgen. Den größten Luftaustausch gibt es aufgrund großer Temperaturunterschiede in der kalten Jahreszeit, was allerdings auch zu hohen Wärmeverlusten führt. Da in Altbauten auch Einzelraumfeuerungsanlagen wie Kamine und Kachelöfen verbaut sind, die raumluftabhängige Feuerstätten besitzen (mehr dazu in Kapitel 5 im Abschnitt »Der

Kamineffekt in Abgassystemen«), können diese über die Fugenlüftung ihre notwendige Verbrennungsluft beziehen. Die meisten Undichtigkeiten sind über Fenster- und Türfugen, alte Türschlösser mit Buntbartschlüssel und undichte Wandfugen zu beobachten. In Neubauten ist die Fugenlüftung unbedeutend geworden, da es gesetzliche Grenzwerte für Lüftungswärmeverluste gibt, die nicht überschritten werden dürfen. Der notwendige Luftwechsel erfolgt dann über eine regelmäßige Fensterlüftung oder ein mechanisches Lüftungssystem.

Fensterlüftung Die Fensterlüftung ist wohl die bekannteste Lüftungsart. Sie öffnen Ihre Fenster, und die Luft im Raum wird ausgetauscht. Dies geschieht bei Windstille aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen innen und außen. Im Winter strömt die kalte Außenluft durch den unteren Teil des Fensters (Unterdruckbereich) in den Raum und die warme Raumluft über den oberen Teil (Überdruckbereich) aus dem Raum ins Freie. Bei geringen Temperaturunterschieden zwischen innen und außen hängt der Luftaustausch maßgeblich vom Windfall ab. Im Sommer kann der Luftaustausch daher wesentlich länger dauern. Wenn Sie Fenster an zwei gegenüberliegenden Wänden besitzen, haben Sie einen Vorteil. Dann können Sie querlüften, und der Luftaustausch funktioniert auch bei geringen Temperaturunterschieden. Wenn es möglich ist, einen Raum querzulüften, kann er auch doppelt so tief sein, und die Luftzirkulation erreicht dennoch tiefere Bereiche im Raum besser als bei einer einseitigen Lüftung. Die Fensterlüftung wird in Dauer- und Stoßlüftung unterschieden. Dauerlüftung (Kipplüftung): Das Fenster steht auf »Kipp« und ist dauerhaft oder über einen längeren Zeitraum geöffnet. Besonders in der kalten Jahreszeit müssen Sie bei dieser Form der Lüftung mit einem hohen Wärmeverlust rechnen. Die dauerhaft eindringende Kaltluft führt zudem dazu, dass die Innenwände auskühlen und sich Tauwasser bilden kann, was Schimmelwachstum begünstigt. Die Dauerlüftung über Fenster ist daher nicht zu empfehlen. Stoßlüftung: Das Fenster ist komplett geöffnet und sorgt innerhalb von ca. fünf Minuten für einen kompletten Luftaustausch im Raum, sodass ein hygienischer Luftwechsel erreicht wird. Bei der Stoßlüftung wird zudem nicht nur die Raumluft ausgetauscht, sondern es werden gegebenenfalls auch Feuchtigkeit und Schadstoffe abgetragen, die sich in den umliegenden Wänden angereichert haben. Die Wände kühlen in dieser kurzen Zeit nicht so stark aus, sodass die in den Wänden gespeicherte Wärme nach dem Schließen der Fenster wieder an den Raum abgegeben wird. Sie sollten die regelmäßige Stoßlüftung der Dauerlüftung vorziehen.

Schachtlüftung

Die Schachtlüftung finden Sie heute noch in vielen mehrgeschossigen Altbauten wieder. Dabei verlaufen im Gebäude senkrechte Schächte, die verbrauchte Luft aus innen liegenden Räumen mit hoher Feuchtebelastung (Küche und Bad) über das Dach abtragen. Der Auftrieb der verbrauchten Luft im Schacht entsteht durch Druckunterschiede aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen innen und außen. Dabei strömt die Außenluft über Undichtigkeiten oder eigene Zuluftschächte in das Gebäude nach. Bei Schachtlüftungen gelten die nachfolgenden Zusammenhänge: Je höher der Schacht ist, desto stärker ist die thermische Auftriebswirkung, und desto höher der entstehende Unterdruck im Raum. Die Schachtlüftung war daher vornehmlich für mehrgeschossige Mehrfamilienhäuser interessant. Die Schachtlüftung ist bei kalten Außentemperaturen am stärksten und führt zu hohen Wärmeverlusten. Eine Wärmerückgewinnung wie in mechanischen Lüftungsanlagen ist nicht möglich (mehr dazu im Abschnitt »Wärmerückgewinnung« in diesem Kapitel). Bei hohen Außentemperaturen im Sommer kann die Schachtlüftung hingegen nicht ausreichend sein, und es kann zum Luftstau kommen, sodass warme verbrauchte Luft nicht aus dem Gebäude abgetragen wird. Die Schachtlüftung gibt es in vier unterschiedlichen Varianten: die Berliner Lüftung, die Kölner Lüftung, die Dortmunder Lüftung und die Sammelschachtlüftung. Die Namensgebung hätte hier kreativer ausfallen können, da die Lüftungssysteme wenig mit den Städten gemein haben. Nachfolgend sind die vier Lüftungssysteme beschrieben, das Funktionsprinzip ist in Abbildung 8.3 dargestellt. Berliner Lüftung: Die Berliner Lüftung erfolgt über eine Einzelschachtanlage und funktioniert als reines Abluftsystem. Die verbrauchte Luft wird über einen Abluftschacht nach außen transportiert. Dabei hat jede Wohnung einen eigenen Abluftschacht. Da es keinen Zuluftschacht gibt, muss die Luft aus Nachbarräumen, durch Türschlitze, gekürzte Türen und undichte Wand-, Fenster- und Türfugen in den Raum nachströmen. Die Berliner Lüftung ist in Neubauten nicht mehr zulässig, da über luftdichte Gebäudehüllen nicht genug Luft nachströmen kann.

Abbildung 8.3: Schachtlüftungssysteme Berliner Lüftung, Kölner Lüftung, Dortmunder Lüftung und Sammelschachtlüftung

Kölner Lüftung: Die Kölner Lüftung hat einen Zuluft- und einen Abluftschacht. Die Außenluft strömt über den Zuluftschacht in den fensterlosen Raum, und die verbrauchte Luft wird über den Abluftschacht aus dem Raum abgesaugt. Bei kalten Außentemperaturen kann es zu starken Zugerscheinungen kommen, da die Außenluft nicht vorerwärmt wird. Dortmunder Lüftung: Die Dortmunder Lüftung hat ebenfalls einen Zuluft- und einen Abluftschacht, diese befinden sich jedoch nicht im selben Raum wie bei der Kölner Lüftung. Über den Zuluftkanal strömt die kalte Außenluft zunächst in den Fußbodenbereich der Diele ein und erwärmt sich dort, wodurch unangenehme Zugluft verhindert wird. Wie bei der Berliner Lüftung strömt die Luft dann über Überströmgitter oder gekürzte Türen in den fensterlosen Raum nach und wird über den Abluftschacht nach außen transportiert. Sammelschachtlüftung: Eine Sammelschachtanlage funktioniert ähnlich wie die Berliner Lüftung als reines Abluftsystem und zieht die Zuluft über Undichtigkeiten in der Gebäudehülle nach. Im Gegensatz zur Berliner Lüftung gibt es hier jedoch nur einen Sammelschacht, über den die verbrauchte Luft aller innen liegenden Räume abtransportiert wird. Auch wenn Sammelschachtanlagen den Schall- und Hygieneschutz einhalten mussten, kam es immer wieder zu Geruchs- und Lärmbelästigung aus anderen Wohnungen. Die Sammelschachtlüftung ist heute nicht mehr zulässig.

Dachaufsatzlüftung Die Dachaufsatzlüftung ist eine einfache und kostengünstige Methode, um große Industriehallen zu entlüften, und ist besonders in großen Hallen effektiv, die Maschinen mit hoher Abwärme betreiben. Dafür befindet sich in der Dachfläche eine Entlüftungsöffnung, welche ähnlich einer Schachtlüftung über den thermischen Auftrieb

funktioniert. Die warme Luft in der Halle wird durch die Sogwirkung über das Dach abtransportiert und strömt über offene Fenster und Türen im unteren Bereich der Räume nach. Die Dachfenster können je nach Anforderung geöffnet und geschlossen werden. Dachaufsatzlüftungen können auch als spezielle Hauben auf Dächer gebaut werden. In Abbildung 8.4 sind zwei alte Industriehallen mit typischer Dachaufsatzlüftung zu sehen. Dachaufsatzlüftungen funktionieren nur in Zusammenhang mit großen Hallen.

Abbildung 8.4: Dachaufsatzlüftung in zwei Industriehallen – Quelle links: athio, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Marco Becker, Stock.Adobe.com

Grundlagen zu mechanischen RLT-Anlagen Mechanische raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) sind mechanische Lüftungssysteme, welche die Außenluft aufbereiten, filtern und über einen Ventilator in Räume transportieren, um diese mit frischer Luft zu versorgen. RLT-Anlagen haben zudem die Aufgabe, das Innenraumklima, die Luftqualität und die Behaglichkeit im Gebäude zu verbessern. Zusätzlich werden Gerüche, Ausdünstungen, Feuchte und Mikroorganismen aus dem Gebäude abtransportiert, und die Lufthygiene wird deutlich verbessert. Eine weitere Aufgabe von RLT-Anlagen ist die Aufrechterhaltung von Druckunterschieden im Gebäude. Damit wird beispielsweise sichergestellt, dass Gerüche aus WC und Küche nicht in andere Bereiche gelangen.

Der Einsatz von raumlufttechnischen Anlagen Raumlufttechnische Anlagen befinden sich in immer mehr Gebäuden. Insbesondere bei energieeffizienten Gebäuden mit dichter Gebäudehülle müssen RLT-Anlagen eingesetzt werden, um einen Mindestluftwechsel zu gewährleisten und Energie zurückzugewinnen. RLT-Anlagen sind jedoch nicht nur etwas für Neubauten, sondern kommen auch immer

häufiger in sanierten Altbauten vor. Es gibt viele Gründe für eine Lüftungsanlage. Dies kann ein nicht ausreichender Mindestluftwechsel sein, eine stark befahrene Straße, oder die im Gebäude lebenden Menschen reagieren allergisch auf Stoffe in der Außenluft. Eine Fensterlüftung, die für gute Luftqualität sorgen soll, erreicht in diesen Fällen meist das Gegenteil: Feinstaub, Lärm und Pollen gelangen in das Gebäude und sorgen für Unbehagen. In solchen Fällen können raumlufttechnische Anlagen für eine hohe Luftqualität und ein angenehmes Raumklima sorgen. Falls Sie sich unsicher sind, ob der Einsatz einer RLT-Anlage sinnvoll ist, können Sie sich die folgenden Fragen zur Vorabklärung stellen. Wenn Sie diese alle mit Ja beantworten, ist der Einsatz einer RLT-Anlage nicht sinnvoll. Sollten Sie eine oder mehrere der Fragen mit Nein beantworten, kann eine Fensterlüftung nicht ausreichend und der Einsatz einer RLT-Anlage notwendig sein. Sprechen Sie dann mit einer Fachfirma, und lassen Sie sich beraten. Ist die Verschmutzung der einströmenden Außenluft bei Fensterlüftung noch akzeptabel? Ist der Umgebungslärm bei Fensterlüftung noch akzeptabel? Hält der Raum für die Fensterlüftung die geometrischen Mindestmaße ein? Bei einseitiger Lüftung muss der Quotient von Raumtiefe (T) und Raumhöhe (H) kleiner oder gleich 2,5 sein (T/H ≤ 2,5). Bei Querlüftung muss der Quotient von Raumtiefe (T) und Raumhöhe (H) kleiner oder gleich 5 sein (T/H ≤ 5). Ist die Kühllast kleiner oder gleich 30 W/m2? (Siehe Kapitel 6 im Abschnitt »Die Kühllastberechnung für Gebäude«) Kann auf eine Be- oder Entfeuchtung der Raumluft verzichtet werden? Kann auf eine permanente Abführung der Raumluft aufgrund von Verunreinigungen verzichtet werden? In der nachfolgenden Auflistung finden Sie verschiedene Szenarien, die einen sinnvollen Einsatz von RLT-Anlagen aufzeigen. Festverglaste und fensterlose Gebäude: Gebäude mit fensterlosen oder fest verglasten Räumen benötigen eine raumlufttechnische Anlage zur Versorgung der Räume mit frischer Luft. Dazu gehören beispielsweise Büro- und Verwaltungsgebäude sowie Hochhäuser. Ausgedehnte Gebäude mit tiefen Räumen: Gebäude mit großer Ausdehnung und tiefen Räumen benötigen ebenfalls eine raumlufttechnische Anlage, da über eine

Fensterlüftung der geforderte Mindestluftwechsel nicht eingehalten werden kann. Dazu gehören zum Beispiel Veranstaltungsgebäude, Kaufhäuser und Großraumbüros. Neubauten mit niedrigem Energiebedarf: Energieeffiziente Gebäude mit dichter Bauweise benötigen eine raumlufttechnische Anlage, wenn der geforderte Mindestluftwechsel durch Fensterlüftung nicht eingehalten werden kann. Dazu gehören ein Großteil der Neubauten für Nichtwohngebäude und auch neue Wohngebäude. Mit Hilfe einer Wärmerückgewinnung kann eine RLT-Anlage dazu beitragen, Energie effizienter zu nutzen (mehr dazu im Abschnitt »Wärmerückgewinnung« in diesem Kapitel). Gebäude mit Kühlung: Gebäude, in denen eine Kühlung notwendig ist, benötigen eine raumlufttechnische Anlage mit Kühlfunktion. Dazu gehören beispielsweise Produktionshallen, Veranstaltungsräume, Serverräume, Großraumbüros und Krankenhäuser. Räume mit konstantem Raumklima: Gebäude mit einem konstanten Raumklima für Lufttemperatur, Luftfeuchte und Luftreinheit benötigen eine raumlufttechnische Anlage. Dazu gehören beispielsweise Museen, Operationssäle und Labore mit spezieller Messtechnik. Gebäude mit ungünstigen Umweltbedingungen: Wenn Einflussfaktoren wie Lärm, Abgase und Feinstaub die Raumluftqualität sowie die Behaglichkeit bei Fensterlüftung deutlich verschlechtern, kommen raumlufttechnische Anlagen zum Einsatz. Dazu gehören Gebäude in Industriegebieten, Großstädten, in der Nähe von Flughäfen und Straßen mit hohem Verkehrsaufkommen. Altbauten mit freien Lüftungssystemen: Wenn Altbauten mit freien Lüftungssystemen wie der Schacht- oder Fugenlüftung (siehe Abschnitt »Freie Lüftungssysteme« in diesem Kapitel) energetisch saniert werden, kann ein einfaches Lüften über die Fensterflächen nicht mehr ausreichend sein. Alte Schachtlüftungen werden dann mit mechanischen Komponenten ausgestattet und umgerüstet, sodass ein kontrollierter Luftaustausch mit Hilfe von Ventilatoren möglich ist.

Das krank machende Gebäude: Sick-Building-Syndrom In neuen Büro- und Verwaltungsgebäuden, welche meist mit teil- oder vollklimatisierten Lüftungsanlagen (mehr dazu später in diesem Kapitel) betrieben werden und in denen die Fenster fest verglast sind, können Sie bei darin arbeitenden Menschen nach längerem Aufenthalt Krankheitssymptome beobachten. Diese Symptome verschwinden nach einiger Zeit wieder, sobald die betroffenen Menschen das Gebäude verlassen haben. Es wird dann von einem Sick-Building-Syndrom (SBS, deutsch: Krank-machendes-Gebäude-Syndrom) gesprochen. Ursprünglich ist die Fachwelt davon ausgegangen, dass überwiegend Technikfeindlichkeit, zu hohe Arbeitsbelastung und persönliche Faktoren Gründe für das

Auftreten des Sick-Building-Syndroms sind. Zahlreiche Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass nicht richtig betriebene RLT-Anlagen das SBS hervorrufen oder verstärken können. Das Sick-Building-Syndrom lässt sich jedoch nicht nur auf RLT-Anlagen zurückzuführen. So können Ausdünstungen von Teppichen und Möbeln die Symptome ebenfalls begünstigen. Die Gründe für ein Sick-Building-Syndrom müssen daher ernst genommen, untersucht und beseitigt werden, da dieses beispielsweise die Leistungsfähigkeit der Mitarbeiter deutlich senkt und zu einer höheren Ausfallrate führt. Typische Beschwerden beim Sick-Building-Syndrom: Müdigkeit, Kopfschmerzen, Benommenheit, Konzentrationsstörungen, Jucken und Brennen der Augen, verstopfte oder laufende Nase, juckende Haut. Ab wann wird von einem Sick-Building-Syndrom gesprochen? Bei einzelnen Beschwerden lassen sich in der Regel keine direkt auf das Gebäude zurückzuführenden Probleme ableiten. Wenn jedoch bei mehr als 10 bis 20 % der Beschäftigten Symptome oder unspezifische Beschwerden auftreten und diese nach dem Verlassen des Gebäudes wieder verschwinden, ist vom Sick-Building-Syndrom die Rede. Ursachen für das Sick-Building-Syndrom bezogen auf die RLT-Anlagen: Zugerscheinungen, zu warme, zu kalte, zu trockene oder zu feuchte Luft, stark wechselhafte Temperaturschwankungen im Tagesverlauf, Geruchsbelästigung, stickige Luft, Klagen über fehlende Fensterlüftung. Der richtige Betrieb von RLT-Anlagen ist daher für ein angenehmes Raumklima essenziell. Mit der Einhaltung von Hygienestandards, Mindestluftwechselraten sowie der maximal zulässigen Strömungsgeschwindigkeiten können die Symptome des SickBuildings-Syndroms reduziert und vermieden werden.

RLT-Anlagen: Luftarten, Typen, Unterscheidungen und Betriebsweisen Wenn in einem Gebäude eine RLT-Anlage verbaut ist, sind im Optimalfall nur die Luftdurchlässe zu sehen, aus denen die aufbereitete Luft geräuschlos in den Raum strömt und wieder abgeführt wird. Das Lüftungsgerät, in dem die Luft aufbereitet wird, und die Kanäle, in denen die Luft transportiert wird, sind hingegen verborgen. Mit welcher Art von Lüftungsanlage und welcher Betriebsweise die Anlage läuft, ist Ihnen jedoch meist nicht bekannt. In diesem Abschnitt erfahren Sie, welche Luftarten es in Lüftungsanlagen gibt, wie sich die verschiedenen Typen unterscheiden und welche Betriebsweisen es bezogen auf Druck und Volumenstrom gibt.

Luftarten in RLT-Anlagen

Die Technikzentralen, in denen RLT-Geräte stehen, und die Lüftungskanalnetze können in einem Gebäude sehr groß und unübersichtlich sein. Aus diesem Grund sind die einzelnen Luftarten von Lüftungsanlagen genau definiert. Jede Luftart hat eine Abkürzung, und jeder Art ist eine bestimmten Farbe zugeordnet, damit sich Fachfirmen auf Schemata, in Plänen und in Technikzentralen leichter zurechtfinden können. In Abbildung 8.5 sind beispielhaft zwei Luftkanäle mit der Beschriftung der Luftart zu sehen.

Abbildung 8.5: Luftkanäle einer RLT-Anlage mit Beschriftung der Luftart

In Abbildung 8.6 können Sie die Luftarten anhand einer schematischen Darstellung in einer RLT-Anlage nachvollziehen. In Tabelle 8.1 finden Sie eine Übersicht der Luftarten, deren Abkürzungen, zugeordnete Farben sowie eine kurze Beschreibung der jeweiligen Luftart.

Abbildung 8.6: Luftarten in RLT-Anlagen

Die Außenluft (AUL) wird über einen Kanal in das RLT-Gerät gesaugt, aufbereitet und als Zuluft (ZUL) in den Raum geblasen. Die verbrauchte Raumluft wird als Abluft (ABL) aus dem Raum abtransportiert. Wenn ein Teil der Abluft wiederverwendet werden soll, wird diese als Umluft (UML) zurück zum RLT-Gerät geleitet. Die Mischung der Umluft mit frischer Außenluft in der Mischkammer des RLT-Geräts ist Mischluft (MIL). Nicht verwendete Abluft wird als Fortluft (FOL) aus dem Gebäude abtransportiert. Luftart

Kurzbezeichnung Farbe

Beschreibung

Außenluft AUL

Grün

Zuluft

Grün: keine thermodynamische Behandlung, Rot: 1 Aufbereitete, in den thermodynamische Behandlung), Blau: 2 oder 3 thermodynamische Raum strömende Luft Behandlungen, Violett: 4 thermodynamische Behandlungen

ZUL

Luft, die aus dem Freien angesaugt wird

Raumluft RL

-

Im Raum befindliche Luft

Abluft

ABL

Gelb

Verbrauchte, aus dem Raum strömende Luft

Fortluft

FOL

Braun

Luft, die ins Freie abgeführt wird

Umluft

UML

Orange

Wiederverwendete Abluft

-

Gemisch aus Umluft und Außenluft innerhalb der Mischkammer

Mischluft MIL

Tabelle 8.1: Bezeichnungen, Kürzel und Farben der verschiedenen Luftarten in RLT-Anlagen

Nicht jeder Raum muss mit Außenluft versorgt werden

In der Lüftungstechnik erfolgt eine Unterteilung in RLT-Anlagen mit Lüftungsfunktion und RLT-Anlagen ohne Lüftungsfunktion. RLT-Anlagen ohne Lüftungsfunktion versorgen die zu belüftenden Bereiche nur mit Umluft (UML), ohne diese zu erneuern. Das klingt jetzt vielleicht etwas absurd, aber es gibt Räume und Bereiche in der Industrie, die keine Außenluft benötigen und nur mit Umluft betrieben werden. Diese Anlagen dienen dann zum Heizen, Kühlen und/oder zum Luftreinigen der Räume. In Bereichen, in denen sich Lebewesen aufhalten, ist eine reine Umluftanlage hingegen nicht zulässig. RLT-Anlagen werden nach ihrer Lüftungsfunktion wie nachfolgend beschrieben unterteilt. In Abbildung 8.7 ist deren Funktionsweise dargestellt. Außenluftanlage (Bild 1): eine Anlage mit Lüftungsfunktion. Außenluft wird im RLT-Gerät aufbereitet und dem Raum zugeführt. Mischluftanlage (Bild 2): eine Anlage mit Lüftungsfunktion. Die Außenluft wird jedoch mit bereits genutzter Luft (Umluft) gemischt, da so weniger Energie für die Erwärmung oder Kühlung der Außenluft benötigt wird. Im RLT-Gerät wird die Mischluft hygienisch aufbereitet und dem Raum zugeführt. Umluftanlage (Bild 3): eine Anlage ohne Lüftungsfunktion. Die verbrauchte Luft aus dem Raum wird der RLT-Anlage erneut zugeführt, gefiltert und hygienisch aufbereitet.

Abbildung 8.7: Funktionsprinzip von RLT-Anlagen mit und ohne Lüftungsfunktion

Fortluftanlage (Bild 4): eine Anlage ohne Lüftungsfunktion. Die verbrauchte Luft wird aus bestimmten Bereichen, wie WC und Küchen, meist mit einfachen Abluftventilatoren oder in größeren Systemen mit Abluftanlagen abtransportiert. Die Luftmenge, die abtransportiert wird, strömt über Undichtigkeiten der Gebäudehülle, Tür- oder Fensterschlitze nach und wird häufig im Gebäude über Überstromöffnungen (zum Beispiel Schlitze oder Gitter in Türen) durchgelassen.

Klimaanlage, Teilklimaanlage oder einfach nur Lüftungsanlage RLT-Anlagen lassen sich anhand der thermodynamischen Luftaufbereitung in verschiedene Anlagentypen unterteilen. Unterteilt wird in Lüftungsanlagen, Umluftanlagen, Teilklimaanlagen und Klimaanlagen. Zu den Luftaufbereitungsfunktionen gehören das Heizen (H), das Kühlen (K), das Befeuchten (B) und das Entfeuchten (E). Nachfolgend erfahren Sie, welcher Anlagentyp, welche Luftaufbereitungsfunktionen hat. Lüftungsanlage: eine Anlage ohne thermodynamische Luftbehandlung (O) oder nur mit einer Luftbehandlungsfunktion (Heizen oder Kühlen oder Befeuchten oder Entfeuchten). Die Zuluft kann reine Außenluft oder Mischluft sein. Umluftanlage: eine Anlage mit nur einer thermodynamischen Luftbehandlungsfunktion (Heizen oder Kühlen oder Befeuchten oder Entfeuchten). Die Zuluft ist reine Umluft. Teilklimaanlage: eine Anlage mit zwei bis drei Luftbehandlungsfunktionen aus Heizen, Kühlen, Befeuchten oder Entfeuchten. Teilklimaanlagen gibt es mit und ohne Lüftungsfunktion. Klimaanlage (auch Vollklimaanlage genannt): eine Anlage mit allen Luftbehandlungsfunktionen (Heizen, Kühlen, Befeuchten und Entfeuchten). Vollklimaanlagen gibt es mit und ohne Lüftungsfunktion.

Im Abschnitt »Funktionsweisen von Lüftungs-, Teilklima-, und Vollklimaanlagen« in diesem Kapitel werden die Funktionsweisen der einzelnen Anlagentypen ausführlicher beschrieben. Durch die Klassifizierung einer RLT-Anlage können Sie erkennen, um welchen Typ es sich handelt. Sie erkennen dann, welche Luftbehandlungen vorgenommen werden und mit welchem Außenluftanteil die Anlage betrieben wird. Eine RLT-Anlage mit der Abkürzung RLT-Anlage HKE-UML hat die Luftbehandlungsfunktionen Heizen (H), Kühlen (K) und Entfeuchten € und wird im

Umluftbetrieb (UML) gefahren. Es handelt sich somit um eine Umluftteilklimaanlage. Eine RLT-Anlage mit der Abkürzung RLT-Anlage HKBE-MIL ist eine Klimaanlage mit allen vier Luftbehandlungsfunktionen (Heizen – H, Kühlen – K, Befeuchten – B und Entfeuchten – E) sowie einem Mischluftbetrieb (MIL). Es handelt sich somit um eine Vollklimaanlage mit Lüftungsfunktion.

Druckverhältnisse im Raum Je nachdem, welche Anforderungen in einem Raum herrschen, kann die RLT-Anlage einen Überdruck, Unterdruck oder Gleichdruck erzeugen. Dies wird durch die Ventilatorleistung oder die Lage der Ventilatoren erreicht. Die Unterscheidungen finden Sie nachfolgend erklärt und in Abbildung 8.8 dargestellt. Gleichdrucklüftung: Wenn nicht explizit eine Unterdruck- oder Überdrucklüftung gefordert ist, kommen in der Regel Gleichdrucklüftungen zum Einsatz. Hier gibt es Ventilatoren für Zuluft und Abluft. Die Anlage fährt dann je nach Anforderung mit Überdruck (Zuluftventilator dreht schneller, und es wird mehr Luft in den Raum transportiert), Unterdruck (Abluftventilator dreht schneller, und es wird mehr Luft aus dem Raum abtransportiert) oder Gleichdruck (Zu- und Abluftventilator laufen gleich schnell).

Abbildung 8.8: Druckverhältnisse in Räumen durch RLT-Anlagen

Unterdrucklüftung: Beispiele für eine Unterdrucklüftung sind Abluftanlagen in WCs und Küchen. Hier sorgt der entstehende Unterdruck im Raum durch das Absaugen der Luft mittels Abluftanlage dafür, dass geruchsbelastete Luft abtransportiert wird, bevor sie sich im Gebäude und in anderen Räumen ausbreiten kann. Es befindet sich entweder ein Ventilator im Abluftkanal, oder es gibt eine Gleichdrucklüftung mit schneller drehendem Abluftventilator. Überdrucklüftung: Beispiele für die Überdrucklüftung sind Reinräume (Labore), Schutzbereiche in der Computerchip-Produktion und Operationssäle in Krankenhäusern. Hier wird Luft mit einem Überdruck in die Räume geblasen, sodass keine verunreinigte Luft aus anderen Bereichen in diese Räume strömen kann. Die

Überdrucklüftung verhindert somit eine Kontamination der Raumluft durch Luft aus anderen Räumen und wird daher auch Schutzdruck genannt. Es befindet sich entweder ein Ventilator im Zuluftkanal, oder es gibt eine Gleichdrucklüftung mit schneller drehendem Zuluftventilator.

Der Volumenstrom in RLT-Anlagen – konstant oder variabel Der Volumenstrom ist in der Lüftungstechnik eine wichtige Größe, denn die Menge der zugeführten Luft in einen Raum bestimmt, ob es behaglich ist oder nicht. In Räumen mit großer Menschenanzahl (zum Beispiel in Kinos oder Theatern) ist bei voller Auslastung ein hoher Außenluftanteil notwendig, damit die Kohlenstoffdioxidkonzentration (CO2) niedrig gehalten wird. Die Wärmelasten spielen dann eine untergeordnete Rolle. In modernen Büro- und Verwaltungsgebäuden mit hohem Technikanteil und großen Glasfassaden kann die Sonneneinstrahlung hingegen die Wärmelasten stark ansteigen lassen, sodass die aufgewärmte Luft über Kühlflächen oder Kühlgeräte abgetragen werden muss. Der Außenluftanteil spielt dann eine untergeordnete Rolle. Aus der goldenen Formel der Gebäudetechnik (siehe Kapitel 5 im gleichnamigen Abschnitt) lassen sich zwei Größen ableiten, die einen Einfluss auf die Wärmeleistung haben: der Volumenstrom und die Temperaturdifferenz (im Fall von Lüftungsanlagen die Temperaturdifferenz von Zu- und Abluft). Im Abschnitt »Beispielrechnungen für RLT-Anlagen« in diesem Kapitel finden Sie Beispiele zur Berechnung des Volumenstroms von Lüftungsanlagen. Aus dieser Erkenntnis haben sich zwei Betriebsweisen zur Anpassung des Wärmestroms entwickelt, die heute Anwendung finden: Systeme mit konstantem Volumenstrom (KVSSysteme) und Systeme mit variablen Volumenstrom (VVS-Systeme). Zur Regelung des Volumenstroms kommen Volumenstromregler zum Einsatz, die sich im Kanalnetz und direkt vor dem Luftauslass des Raumes befinden. Nachfolgend finden Sie die Unterscheidung der beiden Varianten beschrieben. Konstanter Volumenstrom (KVS-System): Bei KVS-Systemen ist der Volumenstrom für jeden Raum fest eingestellt und die Zulufttemperatur variabel. Es handelt sich dabei um den notwendigen Mindestvolumenstrom. Die Anpassung der Zulufttemperatur erfolgt dann im Raum durch zusätzliche Heiz- oder Kühlgeräte zur Regulierung des Wärmebedarfs und der Wärmelasten. Variabler Volumenstrom (VVS-System): Bei einem VVS-System ist der Volumenstrom raumweise variabel änderbar und die Zulufttemperatur konstant. Mit VVS-Systemen kann der Außenluftanteil schnell dem tatsächlichen Bedarf angepasst werden. Die Heiz- und Kühlfunktion kann ebenfalls mit einem hohen Volumenstrom erfolgen, was die Anlage jedoch ineffizient mach und hohe Energiekosten verursacht.

VVS-Systeme kommen auch in Anlagen zum Einsatz, die überwiegend mit einem konstanten Volumenstrom betrieben werden. In der Nacht und in nicht genutzten Bereichen kann der Volumenstrom dann abgesenkt werden, um Energie zu sparen.

Ob ein KVS- oder ein VVS-System zu Einsatz kommt, muss im Planungsprozess erörtert werden. Im Abschnitt »Kleine Planungshilfe für RLT-Anlagen« in diesem Kapitel finden Sie weitere Tipps zur Wahl des Systems. Die Abkürzung KVS-System wird in der Lüftungstechnik zweifach verwendet: einmal für Systeme mit konstantem Volumenstrom und einmal für Kreislaufverbundsysteme zur regenerativen Wärmerückgewinnung (siehe Abschnitt »Wärmerückgewinnung« in diesem Kapitel). Hier gilt es, auf den Kontext zu achten.

Die wichtigsten Bauteile einer mechanischen RLT-Anlage Eine große RLT-Anlage kann prinzipiell wie bei einem Baukastensystem aus den verschiedenen Bauteilen zusammengesetzt werden. Somit kann die Raumluft nach den gewünschten Konditionen aufbereitet werden. In Wohngebäuden sind die RLT-Geräte wesentlich kompakter, jedoch mit ähnlichen Komponenten aufgebaut. In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Bauteile einer RLT-Anlage erklärt. In Abbildung 8.9 ist beispielhaft eine Vollklimaanlage mit den wichtigsten Bauteilen abgebildet, welche nachfolgend aufgelistet und im weiteren Verlauf detailliert beschrieben werden. Wärmerückgewinnung (1): dient zum Übertrag der thermischen Energie in der Abluft an die Außenluft, um Energie zu sparen und effizienter zu nutzen. Luftfilter (2): dienen zur Filterung der Außen- und Umluft von groben Partikeln wie Laub und Staubkörnern bis zu kleinsten Partikeln wie Viren und Bakterien. In der Regel befindet sich mehrere Filter in einem RLT-Gerät, die auch dem Anlagenschutz dienen.

Abbildung 8.9: Schematische Darstellung einer Außenluft-Vollklimaanlage

Lufterhitzer (3): dienen zur Erwärmung der Luft. Diese muss in manchen Situationen in mehreren Stufen erwärmt werden. Dafür gibt es Vorerhitzer und Nacherhitzer. Schalldämpfer (4): dienen zur Reduzierung der Geräusche von Ventilatoren und Fließgeschwindigkeiten. Dazu befinden sich mehrere Schalldämpfer im RLT-Gerät sowie im Kanalnetz. Ventilator (5): dienen zum Lufttransport in den Raum und zum Luftabtransport aus dem Raum Luftkühler (6): dienen zur Kühlung der Außen- beziehungsweise der Mischluft. Luftbefeuchter (7): dienen zur Befeuchtung der Außenluft und Steigerung der relativen Luftfeuchte. Tropfenabscheider (8): Am Tropfenabscheider fließt das überschüssige Wasser von der Befeuchtung und während der Entfeuchtung ab.

Luftansaug- und Luftausblasöffnung Damit Sie die Außenluft in das Gebäude bekommen und auch wieder abtransportieren können, benötigen Sie Öffnungen in der Gebäudehülle. Dafür werden im Planungsprozess geeignete Luftöffnungen für Außenluft und Fortluft vorgesehen, wobei es verschiedene Möglichkeiten gibt. Luftansaugung über Erdkanäle: Eine Möglichkeit, wie Sie die Außenluft in Ihr Gebäude bekommen ist, diese über Lüftungstürme mit erdverlegten Kanälen in die RLT-Zentrale zu saugen. Über die Lüftungstürme ist der Transport großer Luftvolumenströme in und aus dem Gebäude möglich. Außenluft- und Fortlufttürme

müssen dabei Mindestabstände und Mindesthöhen vom Gebäude und zueinander berücksichtigen. In Abbildung 8.10 sind beispielsweise zwei Lüftungstürme zu sehen.

Abbildung 8.10: Lüftungstürme zur Versorgung eines Gebäudes mit Luft und zum Abtransport verbrauchter Luft

Ansaug- und Ausblasöffnung in der Gebäudehülle: Über eine Öffnung in der Gebäudehülle können Sie ebenfalls Außenluft in die RLT-Anlage fördern, über eine Fortluftöffnung wird die Luft wieder aus dem Gebäude abtransportiert. Für die Öffnungen in der Gebäudehülle benötigen Sie ein Wetterschutzgitter, damit Kleintiere, Schmutz und Wasser nicht eindringen können. Außen- und Fortluftöffnungen müssen ebenfalls in gewisser Distanz zueinander stehen, um die Vermischung von Außen- und Fortluft (Luftkurzschlüsse) zu vermeiden.

Wärmerückgewinnung Die Raumluft für ein Gebäude wird immer mit einem hohen energetischen Aufwand auf die gewünschte Raumtemperatur erwärmt oder gekühlt. Es wäre somit Verschwendung, diese einmal eingesetzte Energie wieder direkt an die Umwelt abzugeben. Mit einer Wärmerückgewinnung (WRG) können Sie einen Teil der in der Abluft befindlichen Energie auf die in das Gebäude strömende Außenluft übertragen und die RLT-Anlage effizienter betreiben. In modernen RLT-Anlagen sind WRG-Systeme heute Standard. Möglichen Arten der Wärmerückgewinnung werden nachfolgend vorgestellt, und deren Funktionsprinzip wird in Abbildung 8.12 dargestellt.

Rekuperative Wärmerückgewinnung: Der Wärmeübertrag erfolgt über einen Kreuzstrom-Wärmeübertrager oder Gegenstrom-Wärmeübertrager, in dem Abluft und Außenluft aneinander vorbeiströmen, ohne sich miteinander zu vermischen. Bei diesem Vorbeiströmen überträgt die Abluft ihre Wärme über eine dünne Blech- oder Kunststoffwand an die Außenluft (während des Heizens) oder entzieht ihr Wärme (während des Kühlens). In Abbildung 8.11 ist beispielhaft eine dreidimensionale Darstellung einer Wärmerückgewinnung mit Kreuzstrom-Wärmeübertrager zu sehen. Regenerative Wärmerückgewinnung: Der Wärmeübertrag erfolgt über ein Wärmespeichermedium, welches Energie aus der Abluft aufnimmt und an die Zuluft abgibt. Dafür werden Rotations-Wärmeübertrager und Kreislaufverbundsysteme (KVS-System) eingesetzt.

Abbildung 8.11: Wärmerückgewinnung mit Kreuzstrom-Wärmeübertrager – Quelle: Studio Harmony, Stock.Adobe.com

Abbildung 8.12: Übersicht verschiedener Wärmerückgewinnungssysteme

Rotations-Wärmeübertrager: Der Rotations-Wärmeübertrager befindet sich teils im Abluftkanal und teils im Zuluftkanal und rotiert. Er wirkt wie ein Kurzzeitspeicher und kann im Abluftkanal die Energie der Abluft aufnehmen und im Zuluftkanal die Energie an die Zuluft abgeben. Eine Vermischung der beiden Luftarten findet nur ungewollt an den Rändern statt. Kreislaufverbundsystem (KVS-System): In einem Kreislaufverbundsystem sind zwei Wärmeübertrager, je einer im Zuluftkanal und einer im Abluftkanal, platziert. Als Wärmespeichermedium kommt meist Sole zum Einsatz. Die Abluft überträgt im Abluftkanal ihre Energie auf die Sole im dortigen Wärmeübertrager. Anschließend wird die Sole zum Wärmeübertrager im Zuluftkanal gepumpt und kann die gespeicherte Energie an die Zuluft abgeben. Dieses System hat zwei Vorteile: Zum einen können die beiden Lüftungskanäle von Ab- und Zuluft in größerer Distanz zueinander im Gebäude stehen, da die Energieübertragung über die in Rohren fließende Sole erfolgt, sodass Rohre platzsparend verlegt werden können. Zum anderen ist es möglich, zusätzliche Komponenten wie eine Wärmepumpe in den Solekreislauf zu integrieren. Dann dient die Abluft als Wärmequelle für die Wärmepumpe.

Luftfilter Luftfilter haben in raumlufttechnischen Anlagen die Aufgabe, die Außenluft und die verbrauchte Raumluft zu reinigen und von Schadstoffen zu befreien. Dafür gibt es in der Regel mehrere Filterstufen, die in den RLT-Geräten verbaut sind und Partikel von grob bis fein filtern. In einer RLT-Anlage mit normaler Luftaufbereitung gibt es in der Regel zwei Filterstufen: einen Vorfilter und einen Hauptfilter. Vorfilter: Ein Vorfilter dient zunächst zum Schutz der Anlagenteile und filtert Staub,

Insekten, Pollen und anderen Verunreinigungen aus der Außenluft. Es wird empfohlen, den Filter mindestens alle zwölf Monate zu wechseln. Hauptfilter: Der Hauptfilter stellt die Zuluftqualität nach den hygienischen Anforderungen im Gebäude sicher und befindet sich meist hinter dem Zuluftventilator. Es wird empfohlen, den Filter mindestens alle 24 Monate zu wechseln. Die angegebenen Intervalle für den Filtertausch gelten als Richtwerte, denn ist ein Filter vor Ablauf dieser Zeit zugesetzt, kann er die Luft nicht mehr ausreichend filtern und muss umgehend getauscht werden. In Abbildung 8.13 ist beispielhaft der Tausch eines Filters zu sehen. In größeren RLT-Geräten werden Filterwächter eingesetzt, die eine Differenzdruckmessung des Luftdrucks vor und nach jedem Filter vornehmen. Bei der Überschreitung eines Grenzwertes wird eine Fehlermeldung ausgegeben, und der Filter muss getauscht werden. In Abbildung 8.14 sehen Sie einen Filterwächter mit Differenzdruckmessung. Die Klassifizierung von Filtern erfolgt nach Staubfiltern und Schwebstofffiltern, welche nachfolgend beschrieben werden. Staubfilter: Staubfilter werden in Grobstaub- und Feinstaubfilter unterteilt. Die Qualität und Klassifizierung der Filter erfolgt nach dem Feinstaubabscheidegrad (ePM, engl. efficient particulate matter), welcher sich auf die Partikelgröße in Mikrometer (1 mm = 1.000 μm) und den prozentualen Anteil der gefilterten Partikel bezieht. Daraus ergeben sich vier Filterklassen. Je kleiner die Partikelgröße und je höher der Abscheidegrad ist, desto höher ist die Filterklasse. Der Abscheidegrad der Filter muss die geforderte Mindestleistung (Angabe in Prozent) einhalten.

Abbildung 8.13: Tausch eines Faserfilters in einer RLT-Anlage – Quelle: Ilja, Stock.Adobe.com

Abbildung 8.14: Filterwächter mit Differenzdruckmessung in einer RLT-Anlage

Filterklasse ISO ePMCoarse: grober Staubfilter als Insektenschutz sowie als Vor- und Umluftfilter mit niedrigen Anforderungen mit einer Partikelgröße > 10 μm. Geforderter Mindestabscheidegrad: ePM Coarsemin < 50 %. Filterklasse ISO ePM10: Mediumstaubfilter als Vor- und Umluftfilter mit geringen Anforderungen mit einer Partikelgröße von 0,3 μm bis 10 μm.

Geforderter Mindestabscheidegrad: ePM10min ≥ 50 %. Filterklasse ISO ePM2,5: Mediumstaubfilter als Vor- und Umluftfilter mit hohen Anforderungen (Lüftungszentralen), Hauptfilter in Klimaanlagen für Gebäude mit mittleren Anforderungen (Büros, Warenhäuser) mit einer Partikelgröße 0,3 μm bis 2,5 μm. Geforderter Mindestabscheidegrad: ePM2,5min ≥ 50 %. Filterklasse ISO ePM1: Feinstaubfilter als Hauptfilter in Klimaanlagen mit hohen Anforderungen (Krankenhäuser, Produktionsräume, EDV-Zentralen), Vorfilter für Klimaanlagen mit sehr hohen Anforderungen und Schwebstofffiltern als Hauptfilter mit einer Partikelgröße 0,3 μm bis 1 μm. Geforderter Mindestabscheidegrad: ePM1min ≥ 50 %.

In vielen Fach- und Onlineshops für Luftfilter werden Sie noch oft die alten Filterklassen finden: G1 bis G4 für Grobstaubfilter, M5 bis M6 (oder sogar F5 bis F6) für Medium-Staubfilter und F7 bis F9 für Feinstaubfilter. Diese Bezeichnungen sind nicht mehr aktuell und entsprechen einer veralteten Norm (DIN EN 779). Dennoch wird der Bezug zu den alten Filterklassen gerne als eine Orientierungshilfe genutzt. Die Gegenüberstellung sieht dann ähnlich wie in Tabelle 8.2 aus und bezieht sich auf die Partikelgröße des Feinstaubabscheidegrads (ePM) und den Mindestabscheidungsgrad in Prozent. Schwebstofffilter: Schwebstofffilter sind sehr viel feiner als Staubfilter und in der Lage, Schwebstoffe wie Bakterien, Viren und Aerosole zu filtern. Schwebstofffilter werden meist in sehr sensiblen Bereichen wie Operationssälen und Reinräumen als Endstufe mehrerer Filterstufen eingesetzt. Das Spektrum der gefilterten Partikel liegt bei einem Durchmesser um 0,1–0,3 μm, diese gehören somit zu den am schwersten abzuscheidenden Partikeln (MPPS, engl. most penetrating particle size). Schwebstofffilter werden in drei Filterklassen unterschieden, die nachfolgend beschrieben sind. PM1

PM2,5

PM10

Coarse

F9

ISO ePM1 80– 95 %

F7

ISO ePM2,5 95– M6 65 %

ISO ePM10 95– G4 65 %

ISO Coarse60–95 %

F8

ISO ePM1 70– 75 %

M6

ISO ePM2,5 50– M5 65 %

ISO ePM10 50– G3 60 %

ISO Coarse45–55 %

F7

ISO ePM1 50– 55 %







ISO Coarse30–40 %



G2

Feinstaubfilter

Mediumstaubfilter

Grobstaubfilter

Tabelle 8.2: Filterklassifizierung nach alten und aktuellen Filterklassen

Hochleistungs-Partikelfilter (EPA, efficient particulate air): hoher Abscheidegrad in drei Stufen: E10 bis E12, Anwendung als Endfilter mit hohen Anforderungen wie in Laboren, Produktionsräumen und der Pharmaindustrie sowie als Abluftfilter in kerntechnischen Anlagen. Schwebstofffilter (HEPA, high-efficiency particulate air/arrestance): sehr hoher Abscheidegrad in zwei Stufen: H13 und H14, Anwendung zur Reduzierung von Bakterien und Viren wie SARS-CoV-2, als Abluftfilter in kerntechnischen Anlagen und als Endfilter in Reinräumen. Hochleistungs-Schwebstofffilter (ULPA, ultra-low penetration air): höchster Abscheidegrad in drei Stufen: U15 bis U17, Anwendung in pharmazeutischen Reinräumen, sterilen OP-Sälen, Isolatoren, Mikroelektronik und Reinräumen mit höchsten Ansprüchen an die Filterleistung.

Bei U17-Filtern liegt der Abscheidegrad bei beeindruckenden 99,999995 %, was im Umkehrschluss bedeutet, dass nur fünf von einer Million Partikel mit einer Größe von 0,1 bis 0,3 μm den Filter passieren. Neben den unterschiedlichen Filterklassen gibt es auch unterschiedliche Bauarten und Materialien für Luftfilter. In RLT-Anlagen kommen überwiegend Faserfilter und Aktivkohlefilter zum Einsatz. Faserfilter: Zu den Faserfiltern gehören Taschenfilter, Filterplatten und Filtereinätze, deren Filtermaterial aus natürlichen und synthetischen Fasern besteht. Diese eignen sich als Vorfilter und als Hauptfilter. Faserfilter gibt es in den Filterklassen von ISO ePM10 bis H14. Aktivkohlefilter: Aktivkohlefilter adsorbieren organische Moleküle und flüchtige organische Verbindungen und werden zum Beispiel in Küchen und Restaurants zur Beseitigung von Gerüchen eingesetzt.

Im Zuge der SARS-CoV-2-Viruspandemie wurde die Filterung der Raumluft mit mobilen Luftreinigern auch für Bereiche ohne mechanische RLT-Anlagen interessant. Fast alle mobilen Luftreiniger wurden mit Schwebstofffiltern (H13 und H14) ausgestattet, welche auch in der Lage sind, Bakterien und Viren zu filtern. Die Kommission Innenraumlufthygiene des Umweltbundesamtes bestätigte, dass von einer prinzipiellen Wirksamkeit gegen SARS-CoV-2 Viren auszugehen ist, diese die

allgemein bekannten Schutzmaßnahmen gegen SARS-CoV-2 jedoch nicht ersetzten. Die Einhaltung der AHA+L-Regeln (Abstand, Hygiene/Händewaschen, Alltagsmasken + Lüftung) ist daher unabhängig von der Luftfilterung zu beachten.

Schalldämpfer In einer Lüftungsanlage kommen an mehreren Stellen Schalldämpfer zum Einsatz, um die Maschinengeräusche von Ventilatoren und Pumpen sowie die Geräusche im Luftkanal durch Luftreibung zu senken. Mit einer ordentlichen Kanalnetzplanung können Sie schon im Vorhinein potenzielle Schallquellen reduzieren. Ist eine Lüftungsanlage zu laut, wird sie von den Nutzern als störend empfunden. Ziel sollte es daher sein, den Schalldruckpegel niedrig zu halten. Der Querschnitt eines Schalldämpfers ist, wie in Abbildung 8.15 zu sehen ist, größer als der Querschnitt des eingehenden und ausgehenden Kanals, wodurch Sie zunächst die Strömungsgeschwindigkeit reduzieren (siehe Kapitel 3 im Abschnitt »Verkehrskontrolle im Heizungsnetz: Die Strömungsgeschwindigkeit«). Im Schalldämpfer befinden sich dann schallabsorbierende Materialien, ähnlich wie in einem Tonstudio. In RLT-Anlagen werden üblicherweise Absorptionsschalldämpfer eingesetzt, die mit Mineralwolle als schallschluckendem Material gefüllt sind.

Abbildung 8.15: Rohrschalldämpfer mit größerem Querschnitt als das Kanalnetz – Quelle: Nikita Rublev, Stock.Adobe.com

Volumenstromregler Damit einem Raum die berechnete Luftmenge zugewiesen werden kann, kommen im Kanalnetz Volumenstromregler zum Einsatz. Diese funktionieren ähnlich wie

voreinstellbare Heizkörperventile in einer Wasserheizung. Unterschieden wird in variable Volumenstromregler (VVS-Regler), über die der Volumenstrom während des Betriebs angepasst werden kann, und konstante Volumenstromregler (KVS-Regler), bei denen der Volumenstrom fest voreingestellt ist. In Abbildung 8.16 sind beispielhaft zwei Volumenstromregler zu sehen.

Abbildung 8.16: Volumenstromregler, links ist geschlossen und rechts geöffnet – Quelle: Nikita Rublev, Stock.Adobe.com

Im Abschnitt »Der Volumenstrom in RLT-Anlagen – konstant oder variabel« in diesem Kapitel finden Sie weitere Informationen für den Betrieb. Volumenstromregler können sich an verschiedenen Stellen in einem Kanalnetz befinden, da die Luft in einem verzweigten Kanalnetz richtig verteilt werden muss. Sie sind daher ein wichtiger Baustein für den pneumatischen Abgleich von Lüftungsanlagen (Äquivalent zum hydraulischen Abgleich von wassergeführten Anlagen, siehe Teil IV).

Ventilatoren Was in Warmwasserheizungen die Heizungspumpen sind, sind in RLT-Anlagen die Ventilatoren. Sie wandeln elektrische Energie in Bewegungsenergie um und können somit die notwendigen Luftmassen in einen Raum transportieren, um für genügend frische Luft zu sorgen. Dafür muss der Ventilator, ähnlich wie die Heizungspumpe, einen Förderdruck aufbauen, um Widerstände im Kanalnetz zu überwinden. Gleichzeitig muss ein Ventilator möglichst wenig Geräusche verursachen und energieeffizient laufen, denn die Hauptkosten einer RLT-Anlage entstehen beim Betreiben der Ventilatoren und nicht der Kälte- oder Heiztechnik. Daher ist es umso wichtiger, dass Sie bereits in der Planungsphase Einfluss auf die Ventilatorauswahl und dessen Dimensionierung nehmen. Im Abschnitt »Beispielrechnungen für RLT-Anlagen« in diesem Kapitel erfahren Sie in einer Beispielrechnung, wie Sie Ventilatoren überschlägig berechnen können.

In vielen Altanlagen sind Ventilatoren verbaut, die sich nicht über die Drehzahl regeln lassen, sondern nur eine oder mehrere Stufen haben. Das Energieeinsparpotenzial bei einem Ventilatortausch mit effizientem Motor und Drehzahlreglung liegt bei bis zu 25 %. Der Tausch alter Ventilatoren gegen moderne Ventilatoren mit effizienten Motoren ist daher eine wichtige Energieeinsparmaßname in RLT-Anlagen. Es gibt drei typische Bauformen für Ventilatoren, die in der Raumlufttechnik Anwendung finden: Axialventilatoren, Radialventilatoren und Querstromventilatoren. Nachfolgend finden Sie die Unterschiede beschrieben und in Abbildung 8.17 die unterschiedlichen Ventilatortypen dargestellt.

Abbildung 8.17: Axial-, Radial- und Querstromventilator – Quelle links: Grispb, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: New Africa, Stock.Adobe.com

Axialventilatoren: Ein Axialventilator sieht ein bisschen aus wie ein Flugzeugpropeller und wird daher auch Schraubenlüfter genannt. Die Lüfter in Desktopcomputern sind in der Regel Axialventilatoren. Axialventilatoren werden gern bei kleinen Druckdifferenzen und gleichzeitig hohen Luftmengen angewandt. Typische Beispiele sind Abluftventilatoren, Tisch- und Deckenventilatoren oder Wandeinbauten bei der kontrollierten Wohnraumlüftung. Axialventilatoren haben hohe Drehzahlen, da die Blätter des Lüfters damit die Luft in Bewegung versetzen. Radialventilatoren: Radialventilatoren werden auch Zentrifugal- oder Fliehkraftlüfter genannt und sehen aus wie eine Trommel oder ein Schneckenhaus. Sie werden hauptsächlich in RLT-Anlagen mit Kanalnetzen verbaut, in denen hohe Drücke notwendig sind. Radialventilatoren saugen die Luft seitlich an (axial) und blasen diese dann dem Radius folgend (radial) aus. Im Gegensatz zu Axialventilatoren haben Radialventilatoren mit vorwärtsgekrümmten Blättern geringere Drehzahlen, da diese die Luft schaufelförmig vorwärtsbewegen. In der RLT-Technik werden jedoch überwiegend Radialventilatoren mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln eingesetzt, da diese leise und effizient laufen.

Querstromventilatoren: Querstromventilatoren werden auch Tangentialventilatoren genannt und funktionieren ähnlich wie Radialventilatoren, besitzen jedoch einen kleinen Durchmesser und eine lange Achse, sodass sie einer Walze ähneln. Querstromventilatoren werden in den Innengeräten von Split-Klimageräten oder Bereichen mit geringer Bautiefe verwendet.

Lufterhitzer und Luftkühler Lufterhitzer und Luftkühler (werden auch Heiz- oder Kühlregister genannt) sind Wärmeübertrager und haben die Aufgabe, die Luft im RLT-Gerät zu erwärmen oder zu kühlen. Dazu sind sie an das Heizwasser- und Kaltwassernetz angeschlossen und werden von dort mit Wasser durchströmt. Das Wasser fließt durch dünne Kupferröhren in den Wärmeübertrager, und die vorbeiströmende Luft wird an den Lamellen erwärmt oder gekühlt. In Abbildung 8.18 ist beispielhaft ein Register mit zwei Wasseranschlüssen zu sehen.

Abbildung 8.18: Wärmeübertrager als Heiz- oder Kühlregister für RLT-Gerät mit zwei Wasseranschlüssen für Vor- und Rücklauf an der Seite – Quelle: Nikita Rublev, Stock.Adobe.com

In Teil- und Vollklimaanlagen mit Be- und Entfeuchtung sind zwei Lufterhitzer notwendig. Der Vorerhitzer erwärmt die Außen oder Mischluft im Heizbetrieb. Im Kühlbetrieb kann ein Nacherhitzer notwendig sein (siehe Abschnitt »Das h,x-Diagramm nach Mollier – ein geniales Werkzeug« in diesem Kapitel).

Luftbefeuchter und Tropfenabscheider Die Luftfeuchtigkeit in einem Raum ist wichtig für das menschliche Wohlbefinden. Als behaglich wird eine relative Luftfeuchte zwischen etwa 40 und 60 % empfunden, wobei diese Grenzen auch temperaturabhängig sind. Den Unterschied zwischen absoluter und relativer Feuchte finden Sie in Kapitel 2 im Abschnitt »Luftfeuchte« dargestellt. Wenn die absolute Feuchte der Außenluft zu niedrig ist (zum Beispiel im Winter), wird diese in Klimaanlagen mit Luftbefeuchtern auf das gewünschte Niveau für die Zuluft angehoben. Der Luftbefeuchter befindet sich in der Regel nach dem Heiz- und Kühlregister. Im Wohnungsbereich sind in mechanischen Lüftungsanlagen Luftbefeuchter seltener zu finden, sodass Sie hier bei Bedarf einen mobilen Luftbefeuchter einsetzen können. Bevor Sie sich jedoch auf die Suche nach einem teuren Luftbefeuchter machen, sollten Sie sich zunächst ein Hygrometer zulegen, um die relative Luftfeuchte zu messen. Diese Geräte gibt es preiswert zu kaufen, und sie geben Ihnen einen ersten Anhaltspunkt zur relativen Luftfeuchte in Ihren Räumen. Sollte die relative Luftfeuchte über einen längeren Zeitraum unter 30 % fallen, können Sie in Erwägung ziehen, sich einen mobilen Luftbefeuchter zuzulegen. Mobile Luftbefeuchter gibt es als Verdunster, Verdampfer, Luftwäscher und Ultraschallvernebler. Da sich im Wasser, welches zur Befeuchtung der Luft genutzt wird, Keime bilden können, sind Luftbefeuchter hygienisch sehr sensible Geräte und müssen regelmäßig gewartet und gereinigt werden. Hier gilt es, in der Planung abzuwiegen, wie Luftbefeuchter betrieben werden. Es gibt die Möglichkeit des Umlaufwassers oder des Direktwassers. Umlaufwasser: Umlaufwasser hat den Vorteil, dass es wiederverwendet werden kann und somit Wasser gespart wird. Aufgrund der Bevorratung können sich jedoch Keime und Mikroorganismen im Wasser bilden, was zu hygienischen Problemen führt. Umlaufwassersysteme sollten daher nicht in sensiblen Bereichen eingesetzt werden. Direktwasser: Alternativ gibt es Direktwassersysteme. Das Wasser geht direkt in die Befeuchter, ohne die Möglichkeit einer Bevorratung. Überschüssiges Wasser wird nicht aufgefangen, sondern fließt in einen Abfluss. Dies hat zwar einen deutlich höheren Wasserverbrauch zur Folge, erhöht jedoch auch die Hygiene. Direktwassersysteme werden mit Trinkwasser oder demineralisiertem Wasser (vollentsalztes Wasser, auch VE-Wasser genannt) betrieben. Für Klimaanlagen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Luft zu befeuchten. Dazu gehören die Befeuchtung der Luft mit Wasserdampf, die Wasserverdunstung oder die Besprühung der Luft mit Wasser aus feinen Düsen. Es wird in die nachfolgend

aufgelisteten Luftbefeuchter unterschieden. Deren Funktion können Sie in Abbildung 8.19 sehen. Sprühbefeuchter: In Sprühbefeuchtern wird Wasser über feine Zerstäuberdüsen zu Nebel zerstäubt und auf die Luft gesprüht. Wasser, welches nicht von der Luft aufgenommen wurde, fängt ein Tropfenabscheider ab. Das aufgefangene Wasser fließt anschließend in einen Abfluss oder zur Wiederverwendung in eine Wanne. Sprühbefeuchter gibt es mit Umlaufwasser (Umlauf-Sprühbefeuchter) oder Direktwasser (Hochdruck-Sprühbefeuchter).

Abbildung 8.19: Verschiedene Typen von Luftbefeuchtern

Verdunstungsbefeuchter: Das Wasser zur Befeuchtung wird mit einer Pumpe aus einer Wanne (bevorratetes Wasser) gepumpt und rieselt von oben auf einen Verdunstungskörper nieder. Der Verdunstungskörper wird mit Luft durchströmt, welche das verdunstende Wasser aufnimmt. Überschüssiges Wasser fließt in die Wanne zurück. Verdunstungsbefeuchter werden meist mit Umlaufwasser betrieben, Direktwasser ist aber auch möglich. Hybridbefeuchter: Hybridbefeuchter nutzen die beiden Befeuchtungstechniken der Sprüh- und Verdunstungsbefeuchtung, wodurch die Luft mehr Wasser aufnehmen kann und der Wasserüberschuss geringer ist. Hybridbefeuchter werden mit Direktwasser betrieben und können aus hygienischen Vorteilen in sensiblen Bereichen wie Krankenhäusern eingesetzt werden. Dampfbefeuchter: Hier wird die Luft mit Wasserdampf befeuchtet. Aufgrund der

hohen Temperaturen des Dampfes (> 100 °C) können sich keine Mikroorganismen im Wasserdampf anreichern, was die Dampfbefeuchtung besonders hygienisch macht. Die Dampferzeugung erfolgt entweder direkt vor Ort (Eigendampfbefeuchtung), oder der Dampf wird aus einer Zentrale geliefert (Fremddampfbefeuchtung). Nachteil ist der hohe Energiebedarf zur Dampferzeugung. Allerdings entsteht auch bei der Sprühund Verdunstungsbefeuchtung indirekt ein Energiebedarf, da bei diesen Prozessen die Lufttemperatur sinkt und im Nachgang möglicherweise wieder aufgeheizt werden muss. Bei einem zu hohen Feuchtegehalt der Außenluft (zum Beispiel bei einem Wärmegewitter im Sommer) muss der Feuchtegehalt der Luft reduziert werden. Um Luft mit einem hohen Feuchtegehalt zu entfeuchten, wird diese durch den Luftkühler so lange heruntergekühlt, bis die in der Luft befindliche Feuchtigkeit ihren Taupunkt erreicht und auskondensiert (mehr dazu im Abschnitt »Das h,x-Diagramm nach Mollier – ein geniales Werkzeug« in diesem Kapitel). Das kondensierte Wasser kann dann am Tropfenabscheider über einen Abfluss ablaufen. Anschließend wird die entfeuchtete Luft im Nacherhitzer wieder erwärmt und dem Raum zugeführt. Auch bei diesem Gerät ist es wichtig, trotz Luftfilterung auf Hygiene zu achten und regemäßige Wartungen durchzuführen, um Keim- oder Schimmelbildung zu vermeiden.

Funktionsweisen von Lüftungs- und Klimaanlagen Für die Be- und Entlüftung sowie das Heizen und Kühlen von Gebäuden mit Hilfe von RLT-Anlagen gibt es verschiedene Möglichkeiten. In diesem Abschnitt werden die Funktionsweisen von Lüftungsanlagen sowie von Teil- und Vollklimaanlagen vorgestellt.

Lüftungs- sowie Be- und Entlüftungsanlagen Reine Be- und Entlüftungsanlagen ermöglichen eine kontrollierte Be- und Entlüftung von Räumen und sorgen für einen ausreichenden Luftwechsel zur Steigerung der Raumluftqualität. Die notwendige Wärme zum Heizen wird jedoch über Heizkörper oder integrierte Raumheizflächen gedeckt (siehe Kapitel 5). Be- und Entlüftungsanlagen gibt es in verschiedenen Ausführungen und sind in Altbauten, sanierten Gebäuden und Neubauten zu finden. Bei sehr einfachen Bauarten ist keine Wärmerückgewinnung möglich. Zudem wird wenig Wert auf den Schallschutz gelegt. Nachfolgend sind die wichtigsten Be- und Entlüftungsarten aufgelistet, in Abbildung 8.20 sind sie dargestellt. Schachtlüftung mit Ventilatoren: kommen, ähnlich wie die freien Schachtlüftungssysteme (siehe im Abschnitt »Freie Lüftungssysteme« in diesem

Kapitel), in innen liegenden Räumen, Bädern und Küchen ohne Fenster zum Einsatz, sodass die verbrauche Luft und entstehende Feuchte abgetragen werden können. Bei Schachtlüftungen mit Ventilatoren handelt es sich um reine Entlüftungsanlagen (Abluftanlagen), sodass die nachströmende Luft über Undichtigkeiten der Gebäudehülle und Fenster nachströmen muss. Es wird in Einzel- und Zentralentlüftungsanlagen unterschieden. Außenwandlüfter: Außenwandlüfter gehören zu den dezentralen Anlagen. Dazu befinden sich in der Außenwand oder in Fenstern kleine Lüfter, welche Räume entweder be- oder entlüften können. Dunstabzugshauben: Die klassische Dunstabzugshaube ist heute in fast jeder Küche zu finden. Diese hat die Hauptaufgabe, die Verbreitung von Essensgerüchen zu verhindern, die im Küchenbereich befindliche Luft zu filtern und optional aus dem Gebäude abzutransportieren. Dunstabzugshauben werden in Abluft- und Umluftgeräte unterschieden. Bei dezentralen und zentralen Lüftungsanlagen (mehr dazu im folgenden Abschnitt »Kontrollierte Wohnraumlüftung«) müssen Dunstabzugshauben mit Abluftfunktion im Gesamtlüftungskonzept berücksichtigt werden.

Abbildung 8.20: Möglichkeiten für die Be- und Entlüftung – Quelle links: R_Yosha, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte: Volodymyr, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: alhim, Stock.Adobe.com

Reine Lüftungsanlagen filtern die Außenluft, besitzen jedoch keine oder nur eine thermodynamische Luftaufbereitungsfunktion. Entlüftungsanlagen transportieren die verbrauchte Raumluft aus Räumen ab. Mit integrierten Wärmerückgewinnungssystemen (siehe Abschnitt »Wärmerückgewinnung« in diesem Kapitel) wird die in der Abluft befindliche Energie auf die angesaugte Außenluft übertragen, und ein energieeffizienter Betrieb ist möglich.

Kontrollierte Wohnraumlüftung Für sanierte und neue Wohngebäude mit luftdichter Gebäudehülle ist die kontrollierte

Wohnraumlüftung ein wichtiges Instrument zur Belüftung. Die kontrollierte Wohnraumlüftung gibt es als zentrale oder dezentrale Lüftungsanlagen, die überwiegend ohne thermische Luftaufbereitung zum Einsatz kommen. Die Heizfunktion erfolgt dann über eine Warmwasserheizung mit Heizkörpern oder einer Fußbodenheizung. Zur unterstützenden Kühlung können Sie in der Sommerzeit einzelne Split-Klimageräte (mehr dazu in Kapitel 6 im Abschnitt »Split-Klimagerät«) nachrüsten. Nachfolgend erfahren Sie, wie dezentrale und zentrale Lüftungsanlagen für die kontrollierte Wohnraumlüftung funktionieren. Dezentrale Lüftungsanlage: Es werden mehrere Außenwandlüfter in den Außenwänden angeordnet, die für eine ausreichende Belüftung der Wohnung oder des Hauses sorgen. In Abbildung 8.21 ist beispielhaft eine dezentrale Wohnraumlüftung dargestellt. Die Lüfter arbeiten paarweise, sodass für die Belüftung und Entlüftung jeweils ein Lüfter vorgesehen ist. In regelmäßigen Zeitabständen erfolgt die Umkehrung der Strömungsrichtung, um eine gleichmäßige Luftverteilung zu erreichen. Die Geräte werden daher auch Pendellüftungsgeräte genannt. Alternativ gibt es auch Außenwandlüfter mit integrierter Zu- und Abluftfunktion. Die einzelnen Außenwandlüfter besitzen in der Regel eine eigene Wärmerückgewinnung. Damit die Luft in der Wohnung auch bei geschlossenen Türen zirkulieren kann, werden Überströmöffnungen benötigt. Dies kann durch gekürzte Türblätter, Türschlitze, Überströmgitter oder Überströmelemente in Wänden erfolgen.

Abbildung 8.21: Wohnungsgrundriss mit dezentraler Be- und Entlüftung

Vorteile: kostengünstig und einfach zu installieren, eignen sich zum

Nachrüsten und bei der Sanierung von Bestandsgebäuden. Dezentrale Geräte benötigen zudem wenig Platz, und es müssen keine Luftkanäle verlegt werden. Nachteile: niedrige Effizienz der Wärmerückgewinnung sowie höhere Wartungs- und Instandhaltungskosten aufgrund der höheren Geräteanzahl. In Mietwohnungen muss der Filterwechsel gegebenenfalls von den Mietern selbst durchgeführt werden, was zu unterschiedlichen Luftqualitäten führen kann.

Filterwechsel bei dezentralen Lüftungsgeräten stellen gerade in Mietwohnungen eine Herausforderung dar. Dies liegt vor allem an den Unklarheiten bezüglich der Verantwortlichkeit, unregelmäßigen Filterwechseln, der eingeschränkten Zugänglichkeit zu den Geräten, verschiedenen Geräte- und Filtertypen sowie unzureichenden Anleitungen und fehlenden Wechselintervalle. Daher sind eine klare Kommunikation zwischen Vermietenden und Mietenden sowie Schulungen notwendig, um diesen Herausforderungen entgegenzuwirken und auch langfristig die Luftqualität und die Leistung der dezentralen Geräte zu gewährleisten. Zentrale Lüftungsanlage: Eine zentrale Lüftungsanlage verteilt über Kanäle oder Schläuche die gefilterte Außenluft als Zuluft gleichmäßig in alle Wohnräume. Die Abluft wird meist über Küche und Bad abgesaugt, da hier die Geruchs- und Feuchtebelastung am höchsten ist. In dem zentralen RLT-Gerät befindet sich eine Wärmerückgewinnung zur Reduzierung der Wärmeverluste und Vorerwärmung der Außenluft, wie in Abbildung 8.22 zu sehen ist.

Abbildung 8.22: Wohnungsgrundriss mit zentraler Be- und Entlüftung

Vorteile: energieeffizientere Wärmerückgewinnung durch größere und leistungsfähigere Wärmeübertrager und somit eine höhere Energieeinsparung. Die Luft wird besser gefiltert, da größere und effizientere Filter verwendet werden können. Es besteht die Möglichkeit zum Heizen und Kühlen. Die Luftverteilung im Gebäude ist gleichmäßiger. Die Wartungskosten sind niedriger, da nur ein Gerät gewartet werden muss. Nachteile: Höhere Installationskosten und Platzbedarf für das zentrale Lüftungsgerät sowie die dazugehörigen Kanäle. Eignet sich nicht immer bei der Nachrüstung in Bestandsgebäuden, da die Installation der Kanäle und mögliche Brandschutzanforderungen beachtet werden müssen. Energiekosten für den Betrieb von Ventilator können hoch ausfallen. In Abbildung 8.23 ist die Einheit einer zentralen kontrollierten Wohnraumlüftung eines Wohnhauses zu sehen. Hier wird deutlich, dass die Dimensionen von RLT-Anlagen in Wohngebäuden wesentlich kleiner sind als in Nichtwohngebäuden.

Abbildung 8.23: RLT-Gerät einer zentralen kontrollierten Wohnraumlüftung – Quelle: Gerd, Stock.Adobe.com

Zusammenfassend sind dezentrale Lüftungsanlagen eine praktische Lösung für das Nachrüsten in Bestandsgebäuden, bezogen auf die Energieeffizienz der Wärmerückgewinnung und die Wartung sind sie jedoch nicht optimal. Zentrale Lüftungsanlagen sind in der Regel effizienter und bieten eine bessere Luftqualität als dezentrale Geräte, sind jedoch teurer in der Anschaffung, benötigen mehr Platz und sind für die Nachrüstung im Bestand nicht immer geeignet.

Funktionsweise von Klimaanlagen Vollklima- und Teilklimaanlagen gibt es in den unterschiedlichsten Ausführungen. Für den Stofftransport (Sauerstoff in das Gebäude und Schadstoffe aus dem Gebäude) und den Energietransport (Heizen und Kühlen) haben sich verschiedene Systeme entwickelt, die nachfolgend aufgelistet sind und anschießend genauer vorgestellt werden. Nur-Luft-Anlagen: RLT-Anlage, die Luft für den Stoff- und Energietransport nutzt. Luft-Wasser-Anlagen: eine Kombination aus einem zentralen RLT-Gerät für den Stofftransport mit Luft als Medium und dezentralen Geräten fürs Heizen und Kühlen mit Wasser als Energieträgermedium. Dabei sind die dezentralen Geräte an das Heizund Kaltwassernetz angeschlossen Luft-Kältemittel-Anlagen: eine Kombination aus einem zentralen RLT-Gerät für den Stofftransport mit Luft als Medium und dezentralen Geräten fürs Heizen und Kühlen. Die dezentralen Geräte besitzen für das Heizen und Kühlen einen eigenem Kältemittelkreislauf. Nur-Wasser-Anlagen: unterstützen eine zentrale RLT-Anlage mit passiven Heiz- und Kühlsystemen wie Heiz- und Kühlbalken, Heiz- und Kühldecken oder integrierte Raumheiz- und Raumkühlflächen in den Wänden. Als Energieträgermedium wird Wasser genutzt. Wenn Sie auf der nächsten Party die verschiedenen Systeme von Klimaanlagen einem interessanten Publikum vortragen wollen, fangen Sie selbstverständlich bei der Unterscheidung zwischen Vollklimaanlage und Teilklimaanlage an. Vollklimaanlagen decken alle thermodynamische Aufbereitungsfunktionen ab. Das bedeutet, sie können heizen, kühlen, befeuchten und entfeuchten. Teilklimaanlagen besitzen hingegen nur mindestens zwei oder maximal drei der genannten thermodynamischen Aufbereitungsfunktionen. Im Anschluss holen Sie weiter aus und erklären der interessierten Runde die Unterschiede der einzelnen Systeme mit Anwendungsgebieten.

Nur-Luft-Anlagen: Luft als Trägermedium Eine Nur-Luft-Anlage, welche einzelne oder mehrere Räume in einem Gebäude mit Luft versorgt, besteht aus einem RLT-Gerät, in welchem die Luft thermodynamisch aufbereitet und gefiltert wird, einem Kanalnetz zur Luftverteilung und Luftdurchlässe, aus denen die Luft an die Räume abgegeben und von dort wieder abgezogen wird. Der Stofftransport und die Temperierung der Zuluft erfolgen je nach Anforderung im zentralen RLT-Gerät. Der Stoff- und Energietransport erfolgt nur über das Medium Luft, sodass diese RLT-Anlagen Nur-Luft-Anlagen heißen. Wärme und Kälte erhält das zentrale RLT-Gerät über Wasserleitungen aus der Wärmeund Kältezentrale, wie in Abbildung 8.24 zu sehen ist. Die Wärme- und Kälteübergabe an die Zuluft erfolgt in Lufterhitzern (LH) und Luftkühlern (LK) im RLT-Gerät (siehe den Abschnitt »Lufterhitzer und Luftkühler« in diesem Kapitel). Bei der Kälteversorgung von zentralen RLT-Geräten handelt es sich um eine indirekte Kühlung, welche in Kapitel 6 im Abschnitt »Indirekte Kühlung: Wärmeabtransport für große Anforderungen« beschrieben ist.

Abbildung 8.24: Nur-Luft-Klimaanlage – einfache Darstellung mit Wärme- und Kälteerzeugung

Nur-Luft-Anlagen werden meist dann eingesetzt, wenn es ohnehin einen hohen Mindestvolumenstrom gibt oder hohe Stofflasten abgetragen werden müssen. Dies kann beispielsweise in Kinos, Bibliotheken oder Theatersälen mit großen

Menschenmassen der Fall sein. Nachfolgend werden die einzelnen Bereiche einer Nur-Luft-Anlage vorgestellt. Nur-LuftAnlagen können als zentrale oder dezentrale Anlagen aufgebaut werden. Zentrales RLT-Gerät: Das Herzstück einer Nur-Luft-Klimaanlage ist das RLT-Gerät. Darin wird Luft von außen angesaugt (Außenluft, AUL) und in verschiedenen Stufen aufbereitet und gefiltert. Die Luft wird über die Heiz- und Kühlregister erwärmt oder gekühlt. Von der zentralen Einheit wird die aufbereitete Luft (Zuluft, ZUL) mit Hilfe eines Ventilators in das Kanalnetz geblasen. In Abbildung 8.25 ist ein zentrales RLTGerät zu sehen. Kanalnetz: Das Kanalnetz verteilt die aufbereitete Zuluft (ZUL) in die jeweiligen Bereiche des Gebäudes und transportiert diese auch wieder ab (Abluft, ABL). Je nach Aufbau der Anlage kann ein Teil der Abluft wiederverwendet werden, da diese bereits die gewünschten Luftkonditionen hat. Dieser Anteil wird Umluft (UML) genannt. Wenn der Umluftanteil noch mit frischer Zuluft gemischt wird, handelt es sich um Mischluft (MIL). Der nicht genutzte Anteil der Abluft wird als Fortluft (FOL) ins Freie abgeführt. In Abbildung 8.26 sind beispielhaft zwei Luftkanäle in unterschiedlichen Dimensionen zu sehen.

Abbildung 8.25: Großes zentrales RLT-Gerät in einer Technikzentrale – Quelle: vladdeep, Stock.Adobe.com

Abbildung 8.26: Luftkanalnetze in verschiedenen Dimensionen – Quelle links: Ewa Leon, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Robert Kneschke, Stock.Adobe.com

Luftdurchlässe: Über die Luftdurchlässe (auch Luftauslässe genannt) gelangt die aufbereitete Luft über Zuluftdurchlässe in die Räume des Gebäudes, und die verbrauchte Abluft wird anschließend über Abluftdurchlässe abgesaugt. Es gibt somit Zu- und Abluftdurchlässe, welche in Decken-, Boden- und Wandöffnungen platziert werden können. In Abbildung 8.27 sind beispielhaft zwei Luftdurchlässe zu sehen.

Abbildung 8.27: Luftdurchlässe für Zu- und Abluft in verschiedenen Größen – Quelle links: tl6781, Stock.Adobe.com

Wenn in der Vergangenheit Gebäude mit Nur-Luft-Anlagen und vielen Glasfassaden geplant wurden, bedeutete dies, dass die thermischen Lasten im Sommer durch die Erhöhung des Volumenstroms abtransportiert werden mussten. Es wurden daher große Kanalquerschnitte benötigt, was die Investitionskosten ansteigen ließ. Da der Platz für das Kanalnetz in einem Gebäude begrenzt ist, wurden

Hochgeschwindigkeitssysteme entwickelt, welche einen großen Volumenstrom mit hoher Geschwindigkeit bei kleinerem Kanalquerschnitt zu den Räumen transportieren konnten (siehe Kapitel 3 im Abschnitt »Kontinuitätsgesetz: Unabhängigkeit für den Volumenstrom«). Kurz vor dem Raum wurde die Strömungsgeschwindigkeit dann wieder reduziert. In Hochgeschwindigkeitssystemen betrug die Strömungsgeschwindigkeit v > 10 m/s, und der Förderdruck lag zwischen 1.000 und 2.000 Pa. Ein Hochgeschwindigkeitskanalnetz mit geringerem Querschnitt spart zwar Platz im Bau, sorgt jedoch im Betrieb für höhere Strömungsgeschwindigkeiten, Förderdrücke und somit auch für höhere Energiekosten. Heute werden Hochgeschwindigkeitsanlagen für Nur-Luft-Anlagen nur noch selten gebaut. Stattdessen kommen Luft-Wasser-Systeme zum Einsatz, die im gleichnamigen Abschnitt dieses Kapitels beschrieben werden. Zentrale Nur-Luft-Anlagen gibt es in unterschiedlichsten Ausführungen. Ziel ist es bei jeder Ausführungsform, die Raumluft optimal und individuell zu konditionieren. Bei NurLuft-Klimaanlagen unterscheidet man in Einkanal- und Zweikanalsysteme. Für Nur-LuftKlimaanlagen haben sich Einkanalsysteme durchgesetzt, da Zweikanalsysteme wesentlich höhere Investitionskosten haben. Nachfolgend werden die beiden Systeme vorgestellt. Einkanalsystem: In einem Einkanalsystem wird in dem zentralen RLT-Gerät die Luft für alle Räume aufbereitet und über einen einzigen Zuluftkanal verteilt, wie in Abbildung 8.28 zu sehen ist. Das bedeutet, jeder Raum bekommt die gleiche Luft, mit den gleichen thermodynamischen Eigenschaften (Lufttemperatur und Luftfeuchte). Heute werden überwiegend Einkanalsysteme eingebaut.

Abbildung 8.28: Schematische Darstellung eines Einkanalsystems mit mehreren Räumen

Zweikanalsystem: In einem Zweikanalsystem wird die Luft im zentralen RLT-Gerät aufbereitet und anschließend in zwei Zuluftkanälen zu den Räumen transportiert. Im ersten Kanal wird die Luft mit einem Lufterhitzer erwärmt, im zweiten mit einem Luftkühler gekühlt. Vor dem Luftauslass im Raum befindet sich eine Mischkammer, zum Mischen der Zulufttemperatur, wie in Abbildung 8.29 zu sehen ist. Ein Zweikanalsystem ermöglich somit individuelle Temperaturen für unterschiedliche Räume. Zweikanalsysteme werden heute aufgrund der hohen Investitionskosten nicht mehr gebaut. Es kommen stattdessen Luft-Wasser-Anlagen zum Einsatz, welche im nachfolgenden Abschnitt beschrieben werden.

Abbildung 8.29: Schematische Darstellung eines Zweikanalsystems mit mehreren Räumen

Nachfolgend sind die wichtigsten Vor- und Nachteile von Nur-Luft-Anlagen aufgezeigt. Im Abschnitt »Kleine Planungshilfe für Klimaanlagen« in diesem Kapitel finden Sie eine Übersichtstabelle für alle Typen. Nur-Luft-Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom: Vorteile: einfachste Ausführung einer Klimaanlage, geringe Investitionskosten, lohnt sich, wenn die thermischen Lasten < 60 W/m2 sind. Nachteile: keine individuelle Regelmöglichkeit einzelner Räume möglich, überwiegende Anzahl der Räume im Gebäude sollte ähnliche Raumkonditionen haben, höhere Betriebskosten und niedrige Energieeffizienz. Nur-Luft-Klimaanlage mit variablem Volumenstrom: Vorteile: individuelle Regelbarkeit einzelner Räume möglich. Bei sich ändernden Personenanzahlen oder schwankender Luftqualität kann der Volumenstrom den Luftbedürfnissen angepasst werden. Bei thermischen Lasten < 60 W/m2 sind diese Anlagen in Bezug auf Investitions- und Energiekosten in der Regel günstiger als Luft-Wasser-Anlagen. Nachteile: höhere Investitionskosten und höherer Planungsaufwand für die Regelungstechnik der variablen Volumenstromregler. Betriebskosten und

Energieeffizienz sind besser als bei Nur-Luft-Anlage mit konstantem Volumenstrom.

Luft-Wasser-Anlagen: Eine Kombination aus zentralen und dezentralen RLT-Geräten Moderne Büro- und Verwaltungsgebäude besitzen aufgrund ihrer Architektur große Fensterflächen und sind mit vielen technischen Geräten ausgestattet. Der größte Einflussfaktor auf die Luftqualität ist dann nicht mehr der Mensch, sondern die thermische Last. Eine große Anzahl technischer Geräte und eine starke Sonneneinstrahlung im Sommer können die thermischen Lasten in einem Gebäude stark ansteigen lassen. Wasser kann aufgrund seiner Dichte und seiner spezifischen Wärmekapazität gegenüber Luft in einem kleineren Volumen Wärme transportieren. Für das effiziente Abtragen der thermischen Lasten werden daher Luft-Wasser-Anlagen eingesetzt. Luft-Wasser-Systeme sind eine Kombination aus einer zentralen RLT-Anlage, welche für einen ausreichenden Außenluftanteil in den Räumen sorgt, und unterstützenden dezentralen Lüftungsgeräten, welche die Raumtemperatur in den jeweiligen Räumen mit Wasser als Energieträgermedium individuell heizen oder kühlen. Durch diese Kombination ist es möglich, die thermischen Lasten in jedem Raum individuell und schnell abzutragen und auf hohe Volumenströme im Verteilnetz der RLTAnlage zu verzichten. Dadurch ist ein energieeffizienter Betrieb der Anlage möglich. Hier gibt es eine klare Aufgabenverteilung der Geräte, die nachfolgend beschrieben wird. Zentrales RLT-Gerät: Das zentrale RLT-Gerät hat die Hauptaufgabe, die Außenluft zu filtern, zu erwärmen oder zu kühlen und je nach Anforderung zu be- oder entfeuchten. Die aufbereitete Zuluft wird dann für alle Räume im Kanalnetz bereitgestellt und als sogenannte Primärluft in die Räume verteilt. Dezentrales RLT-Gerät: In allen Räumen sind dezentrale RLT-Geräte verbaut, die an das Heiz- und Kältewassernetz angeschlossen sind (ähnlich wie Heizkörper). Die Geräte können dann die Zuluft auf die gewünschte Raumtemperatur direkt im Raum heizen oder kühlen. Dazu wird Luft im Umluftverfahren aus dem Raum angesaugt (Sekundärluft), gekühlt oder beheizt und als Raumluft in den Raum geblasen (siehe dezentrales RLT-Gerät in Abbildung 8.30)

Der Stofftransport (Außenluft, Abluft, Schadstoffe) erfolgt zentral über das Medium Luft. Der Energietransport fürs Heizen und Kühlen erfolgt hingegen dezentral über das Medium Wasser, sodass diese RLT-Anlagen Luft-Wasser-Anlagen heißen. Das Wasser fürs Heizen und Kühlen bekommen die dezentralen RLT-Geräte aus der Heiz-

und Kältezentrale über ein Verteilnetz. Über Wärmeübertrager im dezentralen RLT-Gerät wird Wärme an die Raumluft abgegeben (Heizen) oder abtransportiert (Kühlen). Als Verteilnetze gibt es Zweileiter- oder Vierleiter-Rohrsysteme, die nachfolgend beschrieben sind. Zweileiter-Rohrsystem: Im dezentralen RLT-Gerät gibt es für das Warm- und Kaltwasser nur einen Wärmeübertrager und einen gemeinsamen Vor- und Rücklauf (Zweileiter), wie in Abbildung 8.30 zu sehen ist. In der Nähe des Wärmeerzeugers und der Kältemaschine gibt es eine Umschaltvorrichtung, die je nach Anforderung im System (ob geheizt oder gekühlt werden soll) umgeschaltet wird. So kann entweder warmes oder kaltes Wasser zum dezentralen RLT-Gerät fließen.

Abbildung 8.30: Schematische Darstellung eines Zweileiter-Rohrsystems mit Umschaltventilen in Vor- und Rücklauf

Vierleiter-Rohrsystem: Im dezentralen RLT-Gerät gibt es für die Wärme- und Kälteversorgung je einen eigenen Wärmeübertrager sowie einen eigenen Vor- und Rücklauf (Vierleiter), wie in Abbildung 8.31 zu sehen ist. Vierleitersysteme werden heute seltener gebaut, da die Investitionskosten wesentlich höher sind.

Abbildung 8.31: Schematische Darstellung eines Vierleiter-Rohrsystems

Als dezentrale RLT-Geräte kommen Hochdruck-Induktionsgeräte und GebläseKonvektoren (Fan-Coils) zum Einsatz, die nachfolgend kurz beschrieben werden. Hochdruck-Induktionsgeräte: Die Primärluft (PML) strömt zunächst aus dem Kanalnetz durch kleine Düsen in das Induktionsgerät, was die Strömungsgeschwindigkeit deutlich erhöht. Die Strömungsgeschwindigkeit ist durch die kleinen Düsen so hoch, dass Umgebungsluft (Sekundärluft, SKL) über eine Öffnung im Induktionsgerät mitgerissen, also induziert wird. Im Induktionsgerät mischen sich Primär- und Sekundärluft und strömen über einen Wärmeübertrager, an dem die Luft erwärmt oder gekühlt wird. Die erwärmte oder gekühlte Luft strömt dann als Raumluft (RML) in den Raum. Die Luftgeschwindigkeit ist bis zu diesem Auslass am Gerät stark abgesunken, sodass keine Zugluft entsteht. Induktionsgeräte müssen an den Luftkanal der Lüftungsanlage angeschlossen sein, und es gibt sie als Decken-, Wand- und Bodengeräte. In Abbildung 8.32 ist beispielhaft ein Induktionsgerät in einem Hotelzimmer abgebildet. Durch das Gitter in Richtung Hotelzimmer strömt die Raumluft (RML), und durch das untere Gitter im Flur wird die Sekundärluft (SKL) in das Gerät induziert. Die Primärluft strömt über einen Kanal in der Decke in das Induktionsgerät.

Abbildung 8.32: Induktionsgerät im Deckenkoffer eines Hotelzimmers – Quelle: Jirawatfoto, Stock.Adobe.com (bearbeitet)

Gebläse-Konvektoren (Fan-Coils): Gebläse-Konvektoren funktionieren ähnlich wie Induktionsgeräte, blasen die Luft jedoch nicht über Düsen, sondern über einen Ventilator in den Raum. Gebläse-Konvektoren müssen nicht an den Luftkanal angeschlossen sein, da sie einen eigenen Ventilator verbaut haben. Der Anschluss an die Primärluft ist somit optional. Sind die Geräte nicht an die Primärluft angeschlossen, ist ein reiner Umluftbetrieb möglich. In Abbildung 8.33 sind mehrere Gebläse-Konvektoren in einer Halle zu sehen. Diese sind nicht an das Kanalnetz angeschlossen, sodass ein reiner Umluftbetrieb möglich ist. Die Sekundärluft (SKL) wird in Abbildung 8.33 vom Gebläse-Konvektor angesaugt, temperiert und als Raumluft (RML) ausgeblasen. Die Primärluft (PML) strömt über Luftdurchlässe in die Halle.

Abbildung 8.33: Luftkanalnetz für die Primärluft und Gebläse-Konvektor zur Temperierung der Sekundärluft – Umluftbetrieb möglich – Quelle: Zdena Venclik, Stock.Adobe.com (bearbeitet)

Nachfolgend sind die wichtigsten Vor- und Nachteile von Luft-Wasser-Anlagen aufgezeigt. Im Abschnitt »Kleine Planungshilfe für Klimaanlagen« in diesem Kapitel finden Sie eine Übersichtstabelle für alle Typen. Luft-Wasser-Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom: Vorteile: Große thermische Lasten können effizient abgetragen werden, Räume sind individuell regelbar, konstanter Volumenstrom ist auf den Mindestvolumenstrom für Außenluft ausgelegt (geringere Betriebskosten), besonders für Neubauten mit hohen thermischen Lasten geeignet. Nachteile: höhere Investitionskosten durch zusätzliche Wasserleitungen und dezentrale RLT-Geräte, eher schlecht für Sanierungsprojekte geeignet. Luft-Wasser-Klimaanlage mit variablem Volumenstrom: Vorteile: Große thermische Lasten können effizient abgetragen werden, Räume sind individuell regelbar, Volumenstrom ist auf den Mindestvolumenstrom für Außenluft ausgelegt (geringere Betriebskosten), Volumenstrom der RLTAnlage kann bei Nichtbelegung der Räume und nachts reduziert werden, um zusätzlich Betriebskosten zu sparen (geht nur, wenn als dezentrale RLT-Geräte

Gebläse-Konvektoren verwendet werden), besonders für Neubauten geeignet. Nachteile: höhere Investitionskosten durch zusätzliche Wasserleitungen und dezentrale RLT-Geräte, eher schlecht für Sanierungsprojekte geeignet.

Luft-Kältemittel-Anlagen: Dezentrale RLT-Geräte mit eigenem Kältekreis Luft-Kältemittel-Anlagen haben wie Luft-Wasser-Anlagen eine zentrale RLT-Anlage, welche für den notwendigen Außenluftanteil in den Räumen sorgt. Die Temperierung der Raumluft erfolgt durch dezentrale RLT-Geräte. Anders als bei Luft-Wasser-Anlagen (siehe vorheriger Abschnitt) sind die dezentralen RLT-Geräte jedoch nicht an ein Heiz- oder Kaltwassernetz angeschlossen, sondern besitzen einen eigenen Kältemittelkreislauf und produzieren Wärme und Kälte direkt vor Ort. Der Stofftransport (Außenluft, Abluft, Schadstoffe) erfolgt über das Medium Luft. Der Energietransport fürs Heizen und Kühlen erfolgt hingegen über ein Kältemittel im dezentralen RLT-Gerät, sodass diese RLT-Anlagen Luft-Kältemittel-Anlagen heißen. Luft-Kältemittel-Anlagen sind selten geplante Anlagen, sondern entstehen durch Umbauten und Sanierungen in Gebäuden. Wenn in einem Gebäude eine Nur-Luft-Anlage (siehe Abschnitt »Nur-Luft-Anlagen: Luft als Trägermedium« in diesem Kapitel) installiert ist und bestimmte Gebäudebereiche oder einzelne Räume zusätzlich gekühlt oder beheizt werden müssen, können dezentrale RLT-Geräte nachgerüstet werden. Da diese nicht an ein vorhandenes Kalt- und Warmwassernetz angeschlossen werden können wie Luft-Wasser-Anlagen (siehe Abschnitt » Luft-Wasser-Anlagen: Eine Kombination aus zentralen und dezentralen RLT-Geräten« in diesem Kapitel), kommen RLT-Geräte mit eigenem Kältemittelkreis zum Einsatz. Dabei handelt es sich überwiegend um Split-Klimageräte, welche die zentrale Nur-Luft-Anlage unterstützen. Das Funktionsprinzip von Split-Klimageräten wird in Kapitel 6 im Abschnitt »Direkte Kühlung: Wärmeabtransport vor Ort« genauer erklärt. Dort finden Sie auch weitere Informationen zu Split- und Monoblock-Klimageräten. Der große Vorteil von Luft-Kältemittel-Anlagen liegt in der einfachen Nachrüstbarkeit im Bestand. Da Split-Klimageräte jedoch ein Innen- und ein Außengerät besitzen, ist der größte Nachteil die Veränderung des äußeren Erscheinungsbildes des Gebäudes durch die Außeneinheit der Geräte. In Abbildung 8.34 ist dies beispielhaft zu sehen.

Abbildung 8.34: Verändertes Erscheinungsbild des Gebäudes durch die Außeneinheiten der Split-Klimageräte – Quelle: Cyrill, Stock.Adobe.com

Luft-Kältemittel-Anlagen können als Einzel-Split-Klimageräte, Multi-Split-Klimageräte und VRF-Systeme (engl. variable refrigerant flow, deutsch: variabler Kältemittelfluss) verbaut werden. Alle Geräte haben die Funktionen Heizen, Kühlen und Entfeuchten. Nachfolgend sind die Unterschiede der Geräte kurz aufgelistet. In Abbildung 8.35 sehen Sie, wie diese aufgebaut werden können. Einzel-Split-Klimagerät: einzelnes Split-Klimagerät für einzelne Räume mit einem Innen- und einem Außengerät.

Abbildung 8.35: Schematische Darstellung und Übersicht von Split-Klimageräten

Multi-Split-Klimagerät: mehrere Innengeräte zur Versorgung mehrerer oder großer Räume. Alle Innengeräte sind an ein einziges Außengerät angeschlossen, wobei jedes Innengerät einen eigenen Kältemittelkreislauf besitzt. VRF-Multi-Split-Klimagerät: VRF-Systeme sind eine Weiterentwicklung der MultiSplit-Klimageräte und auch für mehrere oder große Räume gedacht. Dabei sind alle Innengeräte an einen Kältemittelkreislauf angeschlossen. In VRF-Systemen erhält jedes Split-Gerät nur die notwendige Kältemittelmenge, die fürs Heizen oder Kühlen benötigt wird. Dadurch werden Investitions- und Betriebskosten gespart. Nachfolgend sind die wichtigsten Vor- und Nachteile von Luft-Kältemittel-Anlagen aufgezeigt. Im Abschnitt »Kleine Planungshilfe für Klimaanlagen« in diesem Kapitel finden Sie eine Übersichtstabelle für alle Typen. Luft-Kältemittel-Anlagen mit konstantem Volumenstrom: Vorteile: Große thermische Lasten können effizient abgetragen werden, Räume sind individuell regelbar, konstanter Volumenstrom ist auf den Mindestvolumenstrom für Außenluft ausgelegt (geringere Betriebskosten), für Sanierungsprojekte geeignet. Nachteile: höhere Investitionskosten durch zusätzliche dezentrale RLT-Geräte,

Außengeräte können das Erscheinungsbild des Gebäudes verschlechtern, eignen sich schlechter für Neubauprojekte. Luft-Kältemittel-Anlagen mit variablem Volumenstrom: Vorteile: Große thermische Lasten können effizient abgetragen werden, Räume sind individuell regelbar, konstanter Volumenstrom ist auf den Mindestvolumenstrom für Außenluft ausgelegt (geringere Betriebskosten), für Sanierungsprojekte geeignet, Volumenstrom der RLT-Anlage kann bei Nichtbelegung der Räume und nachts reduziert werden, wodurch Betriebskosten zusätzlich reduziert werden. Nachteile: höhere Investitionskosten durch zusätzliche dezentrale RLT-Geräte, Außengeräte können das Erscheinungsbild des Gebäudes verschlechtern, eignen sich schlechter für Neubauprojekte.

Nur-Wasser-Anlagen: Passive Heiz- und Kühlsysteme zur Unterstützung der RLT-Anlagen Nur-Wasser-Anlagen unterstützen eine zentrale RLT-Anlage mit passiven Heiz- und Kühlsystemen wie Heiz- und Kühlbalken, Heiz- und Kühldecken oder integrierten Heizund Kühlflächen in den Wänden (siehe Kapitel 5 im Abschnitt »Wand- und Deckenheizung«). Passive Kühlsysteme sind an das Kaltwassernetz angeschlossen und funktionieren über Strahlung oder Konvektion, wie nachfolgend dargestellt. Falls Sie sich die Funktionsprinzipien von Strahlung und Konvektion noch einmal in Erinnerung rufen wollen, finden Sie diese in Kapitel 3 im Abschnitt »Wärmeübertragung« beschrieben. Strahlungsprinzip: Integrierte Kühldecken und integrierte Raumkühlflächen absorbieren über ihre großen Flächen die von Menschen, elektrischen Geräten und Beleuchtung ausgesendete Wärmestrahlung und helfen somit, die thermischen Lasten abzutragen. In Abbildung 8.36 ist dieses Prinzip grafisch dargestellt.

Abbildung 8.36: Prinzip einer Strahlungskühldecke

Konvektionsprinzip: Abgehangene Kühlbalken und Kühldecken funktionieren mit einem kleinen Strahlungsanteil und einem größeren Konvektionsanteil. Die Luft in einem Raum wird durch thermische Lasten erwärmt und steigt aufgrund der geringeren Dichte nach oben an die Raumdecke. Dort trifft die warme Raumluft auf die Kühldecke, welche die in der Luft befindliche Wärme absorbiert und die Raumluft kühlt. In Abbildung 8.37 ist dieses Prinzip grafisch dargestellt.

Abbildung 8.37: Prinzip einer Konvektionskühldecke

Passive Kühlsysteme sollten immer in Kombination mit einer Lüftungsanlage installiert werden, da bei hoher Luftfeuchte die Kühlleistung reduziert werden müsste, um die Bildung von Kondenswasser zu verhindern. Nachfolgend sind die wichtigsten Vor- und Nachteile von Nur-Wasser-Anlagen aufgezeigt. Im Abschnitt »Kleine Planungshilfe für Klimaanlagen« in diesem Kapitel finden Sie eine Übersichtstabelle für alle Typen. Nur-Wasser-Klimaanlage mit konstantem Volumenstrom: Vorteile: individuelle Raumtemperaturregelung möglich, niedrige Luftgeschwindigkeiten und dadurch keine Zugerscheinungen, geringe Betriebskosten, keine Ventilatorgeräusche, Einsatz bis zu einer Kühllast von 100 W/m2 sinnvoll. Nachteile: höhere Investitionskosten, bei falscher Planung ist

Kondenswasserbildung möglich, eher für Neubauten geeignet. Nur-Wasser-Klimaanlage mit variablem Volumenstrom: Vorteile: individuelle Raumtemperaturregelung möglich, niedrige Luftgeschwindigkeiten und dadurch keine Zugerscheinungen, geringe Betriebskosten, keine Ventilatorgeräusche, Einsatz bis zu einer Kühllast von 100 W/m2 sinnvoll, Volumenstrom der RLT-Anlage kann bei Nichtbelegung der Räume reduziert werden und zusätzlich Betriebskosten sparen. Nachteile: höhere Investitionskosten, bei falscher Planung ist Kondenswasserbildung möglich, eher für Neubauten geeignet.

Kleine Planungshilfe für Klimaanlagen Wenn Sie eine RLT-Anlage planen, kann die Systemvielfalt zu Beginn erdrückend sein. Im schlimmsten Fall sieht Ihr Gebäude nach der Sanierung aus wie in Abbildung 8.38.

Abbildung 8.38: Bei diesem Gebäude hätte sich eine gute Planung bezahlt gemacht. Quelle: Danila Shtantsov, Stock.Adobe.com

Es ist daher wichtig, die Anforderungen an die Lüftungsanlage zu definieren und in der Planung zu berücksichtigen. Dazu gehören die Gebäudegröße, die Personenanzahl, die im Gebäude befindlichen technischen Geräte, die Aktivitäten im Gebäude sowie die

Umgebungsbedingungen. Mit einer Analyse der Anforderungen können Sie das am besten geeignete System auswählen. Die nachfolgenden Punkte in Tabelle 8.3 können Ihnen dabei als kleine Planungshilfe und Gedankenstütze helfen. Beachten Sie jedoch, dass die Tabelle sehr allgemein gehalten ist und nur zur Orientierung beitragen soll. Klimaanlagentyp Raumregelung Investition Betriebskosten Effizienz Lasten Anwendung Gebäudetyp Nur-Luft, konst.

Vorteile

Nein

Gering

Hoch

Niedrig

< 60  W/m2

Sanierung & Ähnliche Einfach, gerin Neubau Raumkonditionen Investitionsko

Ja

Mittel

Mittel

Mittel

< 60  W/m2

Sanierung & Unterschiedliche Individuelle Re Neubau Raumkonditionen

Luft-Wasser, konst.

Ja

Mittel-Hoch Mittel

Mittel

Hoch

Neubau

Hohe thermische konst. Lasten Mindestvolum

Luft-Wasser, var.

Ja

Mittel-Hoch Gering

Hoch

Hoch

Neubau

Hohe thermische Effizient, Lasten reduzierbarer Volumenstrom

Luft-Kälte, konst.

Ja

Mittel-Hoch Mittel

Mittel

Hoch

Sanierung

Hohe thermische konst. Lasten Mindestvolum

Luft-Kälte,

var. Ja

Hoch

Gering

Hoch

Hoch

Sanierung

Hohe thermische Effizient, Lasten reduzierbarer Volumenstrom

Nur-Wasser, konst.

Ja

Hoch

Gering

Hoch

Bis 100  W/m2

Neubau

Verschiedene Gebäudetypen

Keine Zugerscheinu geringe Betriebskoste

Nur-Wasser, var.

Ja

Hoch

Gering

Hoch

Bis 100  W/m2

Neubau

Verschiedene Gebäudetypen

Keine Zugerscheinu geringe Betriebskoste reduzierbarer Volumenstrom

Nur-Luft,

var.

Tabelle 8.3: Übersicht und Planungshilfe für Klimaanlagen

Das h,x-Diagramm nach Mollier – ein geniales Werkzeug Mit dem Mollier-h,x-Diagramm, welches nach dem deutschen Thermodynamiker Richard Mollier benannt ist, können Sie verschiedene Zustandsänderungen der Luft in Bezug auf Temperatur und Luftfeuchte darstellen. Da Lufttemperatur und Luftfeuchte wichtige Behaglichkeitskriterien für Lebewesen sind, können Sie im h,x-Diagramm jeden Luftzustand und dessen Änderungen einfach veranschaulichen. International wird das h,xDiagramm ebenfalls verwendet, dann aber oft gedreht.

Die Enthalpie ist eine neue Größe, welche Sie im h,x-Diagramm kennenlernen. Die Enthalpie wurde früher Wärmeinhalt genannt und beschreibt in der Gebäudetechnik, besonders in der Klimatechnik, den Energiegehalt feuchter Luft. Die Enthalpie ist die aufgenommene oder abgegebene Wärme einer Reaktion. Das Formelzeichen für die Enthalpie ist H und die Einheit Joule (J). Die spezifische Enthalpie (h) bezieht sich auf die Masse und wird in Joule pro Kilogramm (J/kg) angegeben. Wenn Sie beispielsweise warme Luft mit Wasser besprühen, nimmt die warme Luft Wasser durch Verdunstung auf. Für den Verdunstungsvorgang wird von der Luft Wärme abgegeben, welche vom Wasser aufgenommen wird. Die Wärme geht somit nicht verloren, sondern befindet sich im Wasserdampf in der Luft. Erst wenn das Wasser aus der Luft kondensiert, wird die Wärme wieder an die Luft abgegeben. Der Energiegehalt bleibt jedoch konstant. Dies hat zur Folge, dass die Lufttemperatur zwar sinkt und die absolute Feuchte steigt, die Enthalpie jedoch konstant bleibt. Diese Verdunstungskühlung wird auch adiabatische Kühlung genannt und in vielen Klimaanlagen mit Luftbefeuchtung verwendet. Sie können dann mit dem h,x-Diagramm die notwendige Wassermenge bestimmten, die für die Abkühlung von 1 kg Luft von 24 °C auf 18 °C notwendig ist. Die Enthalpie in feuchter Luft ist somit die Summe aus der Energie, die zur Erhöhung der Temperatur zugeführt wurde, plus der im Wasserdampf der Luft enthaltenen Energie. Auf dem h,x-Diagramm werden die Temperatur, die absolute Feuchte, die relative Luftfeuchte sowie die spezifische Enthalpie dargestellt, wie in Abbildung 8.39 zu sehen ist. Nachfolgend werden die Größen im h,x-Diagramm beschrieben. Temperatur: Auf der linken Skala wird die Lufttemperatur angezeigt, diese Skala deckt den Temperaturbereich in Grad Celsius (°C) ab. Absolute Feuchte: Auf der oberen Skala wird die absolute Luftfeuchte (Wassergehalt in der Luft) in Gramm Wasser pro Kilogramm Luft (g/kg) angegeben. Relative Luftfeuchte: Die gekrümmten Linien stellen die relative Luftfeuchte trockener Luft von 0 bis 100 % dar. Die 100-%-Linie ist die Sättigungslinie und bedeutet, dass die Luft ab diesem Punkt gesättigt ist, keine Feuchte mehr aufnehmen kann und das Wasser in der Luft kondensiert. Spezifische Enthalpie: Die diagonalen Linien beschreiben die spezifische Enthalpie, welche zur Darstellung der adiabaten Befeuchtung (zum Beispiel mit einem Sprühbefeuchter) genutzt wird.

Abbildung 8.39: Diagramm mit Darstellung der Temperatur, absoluter- und relativer Feuchte sowie der spezifischen Enthalpie

In den nachfolgenden zwei Beispielen können Sie vereinfacht die wichtigsten Zustandsänderungen in einem h,x-Diagramm nachvollziehen. Dazu gehören die

Lufterwärmung, die Luftkühlung mit Entfeuchtung und Nacherwärmung sowie die Luftbefeuchtung mit Wasser und Dampf. Anhand der visualisierten Zustandsänderung können Sie nachvollziehen, wie sich die Luft in einer RLT-Anlage während der Luftaufbereitung ändert. Winterszenario mit trockener Außenluft (bezieht sich auf Abbildung 8.40): Es ist Winter, und Sie haben eine Außenlufttemperatur von 0 °C bei einer absoluten Feuchte von 2 g/kg (Punkt 1). Sie wollen die Luft nun auf angenehme 20 °C erwärmen und streben eine relative Luftfeuchte von 40 % an (Punkt 3). Zur Erwärmung der Außenluft nutzen Sie den Lufterhitzer in Ihrer Lüftungsanlage. Dadurch wird die Lufttemperatur von 0 °C auf 20 °C angehoben (Punkt 2).

Abbildung 8.40: Diagramm – Lufterwärmung und Luftbefeuchtung im Winterfall

Bei einem Blick in das h,x-Diagramm sehen Sie, dass Sie an Punkt 2 eine relative Feuchte von 12 % haben, was viel zu wenig ist. Um eine Temperatur von 20 °C und eine relative Luftfeuchte von 40 % zu erreichen, benötigen Sie eine absolute Feuchte

von 6 g/kg. Sie müssen die Luft also zusätzlich befeuchten. Für die Befeuchtung haben Sie zwei Möglichkeiten: die isotherme Befeuchtung und die adiabate Befeuchtung. Szenario mit isothermer Befeuchtung: Sie haben in Ihrer Lüftungsanlage einen Dampfbefeuchter und befeuchten die Luft mit über 100 °C heißem Wasserdampf. Da die Luftbefeuchtung hier annähernd isotherm erfolgt (Lufttemperatur bleibt bei der Befeuchtung konstant), können Sie direkt mit der isothermen Befeuchtung beginnen. Der Dampfbefeuchter fügt der Luft ab Punkt 2 Wasser hinzu, um die absolute Feuchte zu erhöhen. Mit vier zusätzlichen Gramm Wasser pro kg Luft (g/kg) erreichen Sie Punkt 3 bei einer Lufttemperatur von 20 °C und einer relativen Feuchte von 40 %. Szenario mit adiabater Befeuchtung: In Ihrer Lüftungsanlage befindet sich ein Sprühbefeuchter, sodass Sie die Luft adiabatisch befeuchten. Da die Temperatur bei einer adiabaten Luftbefeuchtung absinkt, müssen Sie die Luft zunächst nacherhitzen. Das bedeutet, dass die Lufttemperatur höher sein muss als 20 °C. Mit einem Blick in das h,x-Diagramm folgen Sie der Adiabate von Punkt 3, bis Sie die absolute Feuchte von 2 g/kg schneiden (Punkt 2.1). Sie erkennen, dass Sie die Außenluft von 20 °C auf 30 °C erhitzen müssen. Wenn Sie die Luft nun bei 30 °C adiabat befeuchten, müssen Sie der Luft vier Gramm Wasser pro Kilogramm Luft (4 g/kg) hinzufügen. So erhöhen Sie die absolute Feuchte und erreichen Punkt 3 bei einer Lufttemperatur von 20 °C mit einer relativen Feuchte von 40 %. Wenn Sie die beiden obigen Szenarien entlang der Enthalpie-Achse miteinander vergleichen, ist eigentlich kein mathematischer Unterschied festzustellen. Bei der Befeuchtung mit dem Dampfbefeuchter muss Energie für den Dampf erzeugt und zugeführt werden, und bei der Befeuchtung mit dem Sprühbefeuchter muss Energie für das Nachheizen bereitgestellt werden. Technisch gesehen ist es allerdings häufig weniger effizient, Dampf zu erzeugen, als die Luft nachzuheizen, gerade wenn das Nachheizen mit Wärmepumpen erfolgt. Sommerszenario mit feuchter Luft (bezieht sich auf Abbildung 8.41): Es ist Sommer, und Sie haben eine Außentemperatur von 35 °C bei einer absoluten Feuchte von 14 g/kg (Punkt 1). Dies entspricht einer relativen Feuchte von 40 %. Sie wollen die Temperatur auf 25 °C kühlen und die relative Feuchte von 40 % beibehalten (Punkt 4). Mit einem Blick in das h,x-Diagramm sehen Sie, dass Sie eine absolute Feuchte von acht Gramm Wasser pro Kilogramm Luft (g/kg) benötigen. Das bedeutet, Sie müssen die Luft nicht nur kühlen, sondern auch entfeuchten.

Abbildung 8.41: Diagramm Luftkühlung und Entfeuchtung im Sommer-Fall

Um die Luft zu entfeuchten, muss das dampfförmige Wasser aus der Luft kondensieren. Vielleicht erinnern Sie sich daran, dass das gebundene Wasser in der Luft an der Sättigungslinie kondensiert. Sie müssen die Luft somit zuerst mit Ihrem

Luftkühler so stark herunterkühlen, bis der Taupunkt erreicht ist und das Wasser zu kondensieren beginnt. Anschließend kühlen Sie die Luft an diesem Punkt weiter herunter, bis 6 g/kg Wasser aus der Luft auskondensiert sind. Anschließend muss die Luft nacherhitzt werden. Punkt 1 zu Punkt 2 – Kühlen: Im ersten Schritt kühlen Sie die Luft von Punkt 1 auf Punkt 2 auf 19 °C herunter. Dabei bleibt die absolute Feuchte von 14 g/kg konstant, und die relative Feuchte steigt auf 100 %. Bei 19 °C und 100 % relativer Feuchte erreicht die Luft ihren Taupunkt, und das darin gebundene Wasser beginnt zu kondensieren. Punkt 2 zu Punkt 3 – Entfeuchten: Im zweiten Schritt kühlen Sie die Raumluft auf der Sättigungslinie weiter bis auf 11 °C (Punkt 3) herunter. Dabei entfeuchten Sie die Luft, da das darin enthaltene Wasser auskondensiert. Bei 11 °C haben Sie eine absolute Feuchte von 8 g/kg, und es wurden 6 g/kg Wasser auskondensiert. Punkt 3 zu Punkt 4 – Nacherhitzen: Die Luft hat in Punkt 3 bei 11°C eine absolute Feuchte von 8 g/kg, entspricht jedoch nicht Ihrer Wunschtemperatur von 25 °C. Sie erwärmen die Luft im Nacherhitzer Ihrer Lüftungsanlage nun auf Ihre Wunschtemperatur von 25 °C (Punkt 4, Abbildung 8.41). Dabei sinkt die relative Luftfeuchte von 100 % auf 40 %, und Sie haben die gewünschten Raumkonditionen erreicht. Auch diesen Prozess können Sie entlang der Enthalpie-Achse betrachten und den spezifischen Energieaufwand ablesen. Allerdings kann es in der Praxis vorkommen, dass Kühlregister möglicherweise mit niedrigeren Vorlauftemperaturen betrieben werden müssen und sich die Luft nicht gleichmäßig und optimal über das Register abkühlt. Es ist zudem unwahrscheinlich, dass die Lufttemperatur nach einem Register auf die Vorlauftemperatur im Register absinkt. Daher verbrauchen Kühlung und Entfeuchtung zusätzliche Energie.

Beispielrechnungen für RLT-Anlagen Wenn Sie nun vorhaben, ein Gebäude mit einer RLT-Anlage auszustatten, sind umfangreiche Berechnungen notwendig. Es muss genügend Luft, die gefiltert und wohltemperiert ist, in alle Räume transportiert werden. Gleichzeitig soll die RLT-Anlage effizient und mit geringem Energieaufwand betrieben werden. In den nachfolgenden Abschnitten erfahren Sie, wie Sie den Volumenstrom, das Kanalnetz und die Ventilatorleistung berechnen können.

Wie viel Luft braucht mein Gebäude?

Wenn Sie nun vorhaben, ein Gebäude mit einer raumlufttechnischen Anlage auszustatten, sind umfangreiche Berechnungen notwendig. Es muss genügend Luft, die gefiltert und wohltemperiert ist, in alle Räume transportieren werden. Gleichzeitig soll die RLT-Anlage effizient und mit wenig Energieaufwand betrieben werden. Die Berechnungen für eine RLT-Anlage werden heute aufgrund ihrer Komplexität mit moderner Software durchgeführt. Eine wichtige Größe ist der Zuluftvolumenstrom, also die Luftmenge, die in einen Raum gelangen soll. Dafür gibt es verschiedene Ansätze zur überschlägigen Berechnung. Die nachfolgenden drei Abschnitte zeigen die Berechnung nach Mindestvolumenstrom, nach der Luftwechselrate und nach den thermischen Lasten. Zudem wird gezeigt, welche Auswirkungen ein zu hoher Volumenstrom auf die Betriebskosten hat und warum Sie diese vermeiden sollten. Mit den nachfolgenden Beispielen können Sie schnell nachprüfen, ob die Ergebnisse in einem akzeptablen Bereich liegen.

Zuluftvolumenstrom nach Mindestanforderung Der Zuluftvolumenstrom nach Mindestanforderung wird auch Mindestvolumenstrom genannt. Der Mindestvolumenstrom befördert den notwendigen Außenluftanteil in einen Raum, damit Kohlenstoffdioxid und schadstoffbelastete Luft aus dem Raum abtransportiert werden. Diese Berechnung findet Anwendung bei Luft-Wasser-, Luft-Kältemittel-, und Nur-Wasser-Anlagen, die Luft als Trägermedium für den Stofftransport nutzen. Energie fürs Heizen und Kühlen wird hingegen über Wasser oder Kältemittel transportiert. Der Mindestvolumenstrom bezieht sich auf die Personenanzahl (n) und die Raumfläche (A). Hier müssen Sie beachten, dass Gebäude unterschiedliche Schadstoffbelastungen haben, und abschätzen, wie hoch die Schadstoffbelastung des Gebäudes ist. Eine genaue Auskunft zur Schadstoffbelastung erfolgt durch eine Fachfirma. Im ersten Schritt ordnen Sie den zu belüftenden Raum einer Raumklimakategorie zu. Es gibt nach den gängigen Normen vier Kategorien mit Mindest- und Maximalwerten für das Innenraumklima. Diese Grenzwerte beziehen sich auf die thermischen Einflussgrößen der Behaglichkeit (siehe Kapitel 2 im Abschnitt »Thermische Einflussgrößen«). Dazu gehören Lufttemperatur, Luftfeuchte, Luftbewegung, Oberflächentemperatur der umschließenden Flächen sowie Aktivitäts- und Bekleidungsgrad. Wenn es keine besonderen Anforderungen gibt, wird ein Neubau oder sanierter Altbau in der Regel der Kategorie II zugeordnet. Kategorie I: hohes Maß an Erwartungen, für Personen mit besonderen Bedürfnissen, kranke Personen, Personen mit Behinderung, Kinder und ältere Menschen.

Kategorie II: normales Maß an Erwartungen; diese Kategorie wird überwiegend gewählt. Kategorie III: annehmbares, moderates Maß an Erwartungen. Kategorie IV: geringes Maß an Erwartungen. Wenn Sie nun eine Kategorie gewählt haben, die Personenanzahl und die Raumfläche kennen, können Sie mit der überschlägigen Berechnung loslegen. In Tabelle 8.4 finden Sie die Anforderungen an den Mindestvolumenstrom für die Kategorien I–IV. Der Volumenstrom pro Person ( Pers) wird in Litern pro Sekunde mal Personenanzahl (l/(s*Person)) und der Volumenstrom pro Fläche ( Fläche) in Litern pro Sekunde mal Fläche (l/(s*m2)) angegeben. Kategorie

Pers Luftstrom pro Person [l/(s*Person)]

Fläche Gebäude sehr schadstoffarm [l/(s*m2)]

Fläche Gebäude schadstoffarm [l/(s*m2)]

Fläche Gebäude nicht schadstoffarm [l/(s*m2)]

I

10,0

0,5

1,0

2,0

II

 7,0

0,35

0,7

1,4

III

 4,0

0,2

0,4

0,8

IV

 2,5

0,15

0,3

0,6

Tabelle 8.4: Angaben Mindestvolumenstrom gem. DIN EN 16798-1

Den Mindestvolumenstrom ( ZUL) berechnen Sie nun mit der Personenanzahl (n), dem Luftstrom pro Person ( Pers) sowie der Fläche (A) und dem Luftstrom pro Quadratmeter ( Fläche).

Mit dem berechneten Mindestvolumenstrom ( ZUL) können Sie nun den Außenluftstrom ( AUL) berechnen. Hierfür benötigen Sie die Lüftungseffektivität (εv – klein Epsilon), welche sich aus der Verunreinigungskonzentration in der Atemluft, Außenluft und Abluft ergibt. Die am häufigsten verwendete Form ist die Mischlüftung (auch Verdünnungslüftung genannt). Bei einer Mischlüftung kann eine Lüftungseffektivität von εv = 1 angenommen werden.

Ein schadstoffarmer Raum hat eine Fläche von 250 m2 und strebt die Anforderungen der Kategorie II an. Die nächste Konferenz für Gebäudetechnik soll in diesem Raum stattfinden und bei einer Mischlüftung 70 Personen beherbergen. Wie hoch muss der Mindestaußenluftstrom sein? Dazu berechnen Sie zunächst den Mindestvolumenstrom.

Anschließend berechnen Sie den Außenluftvolumenstrom.

Der Außenluftvolumenstrom muss rund 665 Liter pro Sekunde (l/s) oder 2.400 Kubikmeter pro Stunde (m3/h) betragen, um den Raum mit einem ausreichenden Außenluftanteil zu versorgen.

Zuluftvolumenstrom nach Luftwechselrate Alternativ können Sie den Zuluftvolumenstrom nach der Luftwechselrate (LW) ermitteln und somit einen ersten Richtwert erhalten. Die Luftwechselrate gibt an, wie oft die gesamte Raumluft pro Stunde in einem Raum ausgetauscht werden soll. Luftwechselraten für Räume sind keine genormten Werte, sondern basieren auf Erfahrungswerten. Je nach Literatur können diese daher stark abweichen und sollten nur für eine überschlägige Prüfung herangezogen werden, keinesfalls für eine Planung.

Der Zuluftvolumenstrom ( ZUL) kann mit dem Raumvolumen (VRaum) und der Luftwechselrate (LW) ermittelt werden. Die Angabe ist in Kubikmetern pro Stunde (m3/h). In Tabelle 8.5 sind typische Luftwechselraten angegeben.

Raumart

Stündlicher LW in 1/h

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Tabelle 8.5: Richtwerte für stündlichen Luftwechsel

Ein Vortragsraum hat eine Fläche von 250 m2, eine Höhe von 3 m und soll mit einem 6-fachen Luftwechsel betrieben werden. Wie hoch muss der Zuluftvolumenstrom sein? Dazu berechnen Sie zunächst das Raumvolumen.

Anschließend setzten Sie die Raumfläche in die Formel für den Zuluftvolumenstrom ein.

Der Zuluftvolumenstrom muss 4.500 m3/h betragen. An diesem Ergebnis sehen Sie eine deutliche Abweichung zur Berechnung nach Mindestvolumenstrom. Dies kann daran liegen, dass die Erfahrungswerte das Trägermedium Luft für den Stoff- und

Energietransport berücksichtigen.

Zuluftvolumenstrom nach thermischen Lasten Wenn Sie die Berechnung des Zuluftvolumenstroms auf Grundlage der thermischen Lasten durchführen möchten, können Sie die goldene Formel der Gebäudetechnik heranziehen, welche ausführlich in Kapitel 5 im gleichnamigen Abschnitt vorgestellt wird. Zur Deckung der thermischen Lasten mit der RLT-Anlage ermitteln Sie den Zuluftvolumenstrom mit der berechneten Heiz- oder Kühllast. Diese Berechnung findet Anwendung bei Nur-Luft-Anlagen, die Luft als Trägermedium für den Stoff- und Energietransport nutzen (siehe »Nur-Luft-Anlagen: Luft als Trägermedium in diesem Kapitel«).

Zur Vereinfachung nutzten Sie den Umrechnungsfaktor (3,03) aus Dichte und spezifischer Wärmekapazität für die Luft und setzen diesen in die Formel ein (siehe Kapitel 5, Abschnitt »Faktor für das Medium Luft«).

Die Temperaturdifferenz wird für die Heizlast Übertemperaturdifferenz und für die Kühllast Untertemperaturdifferenz genannt. Heizlast – Übertemperaturdifferenz: Die Temperaturdifferenz liegt meist zwischen 8 und 12 K, berechnet aus der Temperaturdifferenz von Zulufttemperatur und Raumlufttemperatur ( ). Kühllast – Untertemperaturdifferenz: Die Temperaturdifferenz liegt meist zwischen 5 und 10 K, berechnet aus der Temperaturdifferenz von Raumlufttemperatur und Zulufttemperatur ( ).

Im Winter soll eine Lüftungsanlage heizen. Dafür soll eine Heizlast von 12,5 kW in einen 250 m2 großen Raum transportiert werden. Wie groß ist der

Zuluftvolumenstrom fürs Heizen ( = 20 °C und einer Zulufttemperatur von

) bei einer Raumlufttemperatur von = 28 °C?

Der Zuluftvolumenstrom beträgt rund 4.700 m3/h. Im Sommer soll eine Lüftungsanlage kühlen. Dafür soll eine Kühllast von 7,5 kW für einen 250 m2 großen Raum abtragen werden, damit dieser gekühlt wird. Wie groß ist der Zuluftvolumenstrom fürs Heizen ( ) bei einer Raumlufttemperatur von = 24 °C und einer Zulufttemperatur von = 18 °C?

Der Zuluftvolumenstrom beträgt rund 3.800 m3/h.

Kurzfazit zur Berechnung des Zuluftvolumenstroms Sie haben nun den Zuluftvolumenstrom überschlägig nach Mindestvolumenstrom, Luftwechselrate sowie Heiz- und Kühllast für einen 250 m2 großen Raum ermittelt. Nachfolgend finden Sie noch einmal die Ergebnisse aufgelistet: (

3 AUL) nach Mindestvolumenstrom ≈ 2.400 m /h

(

3 ZUL, LW) nach Luftwechselrate ≈ 4.500 m /h

(

3 ZUL, H) nach Heizlast ≈ 4.700 m /h

(

3 ZUL, K) nach Kühllast ≈ 3.800 m /h

Anhand dieser Ergebnisse erkennen Sie, dass es unterschiedliche Werte gibt. Bei der Berechnung nach Mindestvolumenstrom liegt der Stofftransport (Mindestvolumenstrom) im Fokus. Die Menschen im Raum sollen ausreichend Frischluft erhalten, und Kohlenstoffdioxid soll abgetragen werden. Sobald der Raum über die Lüftung beheizt wird oder gekühlt werden muss, steigt der Volumenstrom aufgrund des Energietransports stark an. Eine Berechnung nach Luftwechselrate ist eine überschlägige Berechnung, basiert auf Erfahrungswerten und sollte nur für eine erste und grobe Ermittlung herangezogen werden. Die hier vorgestellten Methoden dienen für Sie zu einer ersten Einschätzung. Die Berechnung der realen Volumenströme und die Auslegung der RLT-Anlage muss von einer Fachfirma durchgeführt werden. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass es wichtig ist, sich frühzeitig Gedanken über den Zweck einer Lüftungsanlage zu machen. Die Dimensionierung der Kanalquerschnitte basiert auf der Art der Lüftungsanlage und den benötigten Zuluftvolumenströmen im Gebäude. Die Kanalquerschnitte können während des Betriebs nicht vergrößert werden. Dies ist besonders dann relevant, wenn Sie sich später dafür entscheiden sollten, das Gebäude auch über die Luft zu heizen oder zu kühlen, und dafür einen größeren Volumenstrom benötigen.

Kanalnetzberechnung Der Zuluftvolumenstrom, den Sie soeben berechnet haben, muss von der Lüftungsanlage in einen Raum gelangen. Dies erfolgt in einem Luftkanal. Da die Hälfte der Investitionskosten einer Klimaanlage für die Luftkanäle aufgewendet werden, ist es notwendig, das Kanalnetz ausreichend und gleichzeitig kostengünstig zu dimensionieren. Die nachfolgenden Punkte haben daher einen Einfluss auf die Auslegung des Kanalnetzes und sollten von Ihnen beachtet werden. Strömungsgeschwindigkeit: Die empfohlene Strömungsgeschwindigkeit in Lüftungskanälen liegt für Wohn- und Bürobereiche bei 3 bis 4 m/s, für den Gewerbebereich bei 5 bis 8 m/s und im Industriebereich bei über 12 m/s. Diese sollten auch eingehalten werden, da höhere Strömungsgeschwindigkeiten auch höhere Strömungsgeräusche zur Folge haben. In bestimmten Bereichen, wie vertikalen Schächten, können diese gegebenenfalls leicht überschritten werden, da die Strömungsgeräusche dort weniger störend sind. Strömungsgeräusche: Strömungsgeräusche sollten Sie keinesfalls unterschätzen, denn laute Geräusche, die durch eine RLT-Anlage verursacht werden, reduzieren die

Akzeptanz drastisch. Es gilt daher, den vorgegebenen Schalldruckpegel nicht zu überschreiten. Die Strömungsgeräusche steigen mit höheren Strömungsgeschwindigkeiten. Kanalquerschnitt: Je kleiner der Kanalquerschnitt ist, desto weniger Material muss verbaut werden, und desto weniger Platz wird im Gebäude genutzt. Dabei ist jedoch zu beachten, dass durch einen kleinen Kanalquerschnitt weniger Luftvolumen passt und die Strömungsgeschwindigkeit und die Strömungsgeräusche steigen, was auch höhere Betriebskosten zur Folge hat. Druckverluste: Druckverluste entstehen in einem Kanalnetz durch Luftreibung an den Innenwänden der Rohre, durch Richtungsänderungen, Querschnittsänderungen und Bauteile im Kanalnetz. Um all diese Widerstände zu überbrücken, muss der Ventilator einen ausreichenden Druck aufbauen, damit genügend Luft in den Räumen ankommt. Für jedes Bauteil, jede Bauform und Material gibt es Druckverlustangaben. Planungsbüros nutzen für die Komplexität einer Kanalnetzberechnung moderne Software. Überschlägig können Sie jedoch nachprüfen, ob der Kanalquerschnitt Ihrer Anlage akzeptabel ist. Zur Berechnung des Kanalquerschnitts (A), welcher in Quadratmetern angegeben wird (m2), ziehen Sie den Volumenstrom ( in m3/s) und die Strömungsgeschwindigkeit (v in m/s) heran und setzen diese in die folgende Formel ein (siehe Kapitel 3 im Abschnitt »Verkehrskontrolle im Heizungsnetz: Die Strömungsgeschwindigkeit«)

Sie haben für Ihren 250 m2 großen Raum einen Volumenstrom von 2.400 Kubikmeter pro Stunde (m3/h) ermittelt, was 0,67 Kubikmeter pro Sekunde (m3/s) entspricht, und sollen nun den Kanalquerschnitt bei einer Fließgeschwindigkeit von vier Metern pro Sekunde (4 m/s) ermitteln. Zudem sollen in dem Gebäude runde Kanalleitungen verbaut werden. Wie groß soll der Durchmesser für den Lüftungskanal sein? Zunächst berechnen Sie die Querschnittsfläche des Kanals.

Die Kanalquerschnittsfläche beträgt 0,168 Quadratmeter. Da die Kanalleitungen rund sein sollen, müssen Sie nun den Durchmesser (d) der Kanalleitung in mm berechnen. Aus dem Physikunterricht kennen Sie noch die Formel zur Berechnung eines

Kreisdurchmessers.

Für den runden Kanal wählen Sie einen Kanaldurchmesser von d = 460 mm. Der Ansatz in der Beispielrechnung zur Berechnung des Kanaldurchmessers funktioniert bei runden Kanälen gut, jedoch nicht bei quadratischen, rechteckigen oder dreieckigen Kanälen. Hier muss der hydraulische Durchmesser der jeweiligen Kanäle berücksichtigt werden.

Die Ventilatorleistung und hohe Betriebskosten Ohne Ventilatoren strömt keine Luft in einem Kanal. Die Ventilatoren blasen die aufbereitete Luft aus der RLT-Anlage über das Kanalnetz in die Räume. Sie sind daher mit Pumpen vergleichbar, die Wasser vom Wärmeerzeuger in die Heizkörper transportieren. Dabei werden ungefähr 50 % der Betriebskosten einer RLT-Anlage von den Ventilatoren verursacht. Es ist daher umso wichtiger, dass bereits in der Planungsphase Einfluss auf die Ventilatorauswahl und deren Dimensionierung genommen wird, denn mit der richtigen Planung können Sie eine Menge Energie sparen und die Betriebskosten reduzieren. Den Leistungsbedarf eines Ventilators (P) in Kilowatt (kW) ermitteln Sie mit dem Volumenstrom (V) in Kubikmeter pro Sekunde (m3/s), der Totaldruckerhöhung (Δp) in Pascal (Pa) zur Überwindung der Widerstände im Kanalnetz sowie dem Wirkungsgrad des Ventilators (η – klein Eta).

In diesem Beispiel ermitteln Sie die Ventilatorleistung auf Grundlage des ermittelten Mindestvolumenstroms von 2.400 m3/h, was 0,67 m3/s entspricht. Die Gesamtdruckdifferenz liegt bei Δp = 850 Pa (dieser Wert ist spezifisch von der Anlage, den Komponenten und weiteren Faktoren abhängig) und der Wirkungsgrad

des Ventilators bei 80 %, also η = 0,8. Die Ventilatorleistung können Sie nun mit der nachfolgenden Formel berechnen:

Die Ventilatorleistung beträgt 0,71 kW. Wenn Sie vorhaben, während des Betriebs den Volumenstrom zu erhöhen, müssen Sie die Ventilatordrehzahl (n in Ventilatorumdrehungen pro Minute, U/min) erhöhen, was auch eine Druckerhöhung sowie eine höhere Leistungsaufnahme zur Folge hat. Welche Auswirkung eine Verdopplung der Ventilatordrehzahl mit sich bringt, soll das nachfolgende Beispiel zeigen. In diesem Beispiel sind die Daten aus der vorherigen Beispielrechnung gegeben. Die Ventilatordrehzahl liegt bei einem Volumenstrom von 0,67m3/s bei n1 = 3.000 U/min und soll auf n2 = 6.000 U/min verdoppelt werden. Die nachfolgenden Zusammenhänge sollen Ihnen zeigen, wie sich der Volumenstrom, die Totaldruckerhöhung und die Ventilatorleistung ändern. Volumenstrom: Bei einer Erhöhung der Ventilatordrehzahl ändert sich der Volumenstrom proportional. Das bedeutet, bei einer Verdopplung der Drehzahl (von n1 = 3.000 U/min auf n2 = 6.000 U/min) verdoppelt sich auch der Volumenstrom, wie die nachfolgende Berechnung zeigt.

Totaldruckerhöhung: Bei einer Erhöhung der Ventilatordrehzahl ändert sich die Totaldruckerhöhung proportional zum Quadrat. Das bedeutet, bei einer Verdopplung der Ventilatordrehzahl, vervierfacht sich die Totaldruckerhöhung und steigt von 850 Pa auf 3.400 Pa an, wie die nachfolgende Berechnung zeigt. Damit kann das Kanalnetz bereits zu klein sein.

Ventilatorleistung: Bei einer Erhöhung der Ventilatordrehzahl ändert sich die Leistungsaufnahme proportional zur dritten Potenz, wie die nachfolgende Berechnung zeigt. Das bedeutet, bei einer Verdopplung der Ventilatordrehzahl, verachtfacht sich die Leistungsaufnahme des Ventilators von 0,71 kW auf 5,68 kW.

Anhand dieser Zahlen wird klar, dass eine Erhöhung Ventilatordrehzahl enorme Auswirkungen auf den Volumenstrom, die Totaldruckerhöhung im Kanalnetz und die

Leistungsaufnahme des Ventilators hat. Eine höhere Leistungsaufnahme des Ventilators bedeutet höhere Energiekosten, eine höhere Totaldruckerhöhung, höhere Strömungsgeschwindigkeiten und dadurch auch höhere Geräuschemissionen. Eine nachträgliche Erhöhung des Volumenstroms hat nicht nur hohe Kosten zur Folge, sondern ist auch technisch unter Umständen nicht einfach umsetzbar. Die Ventilatorleistung sollte daher in der Planung genau berücksichtigt werden.

Kapitel 9

Elektrotechnik: Strom vom Kraftwerk zur Steckdose IN DIESEM KAPITEL Erfahren Sie, wie elektrischer Strom in Kraftwerken, Windkraftanlagen und Photovoltaikanlagen erzeugt wird. Lernen Sie, wie der Strom vom Kraftwerk über das Stromnetz zu Ihrem Gebäude kommt und warum es unterschiedliche Spannungsebenen gibt. Erfahren Sie, wie der Strom ins Gebäude gelangt, dort über Stromkreise verteilt wird und schließlich an der Steckdose ankommt. Erhalten Sie einen Überblick, wie Internet, Fernsehen und Rundfunk heute funktionieren.

Die Elektrotechnik ist neben den großen Themen Wärme-, Kälte- und Luftversorgung ein weiterer wichtiger Themenbereich der Gebäudetechnik, ohne den die anderen so gut wie nicht funktionieren. Die Stromversorgung aus fossilen Energieträgern wie Kohle, Gas, Öl sowie Atomkraft befindet sich im Umbruch und ist im Zuge der Energiewende das wahrscheinlich größte Feld, welches komplett auf den Kopf gestellt wird. Neben der zentralen Stromversorgung durch große Kraftwerke werden immer mehr dezentrale Erzeugungsanlagen in das Stromnetz integriert, welche elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen erzeugen. Der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung lag in Deutschland im Jahr 2020 bereits bei über 40 % und wächst stetig weiter. So werden die Treibhausgasemissionen weiter reduziert und das Ziel der EU, bis 2050 klimaneutral zu sein, vorangetrieben. In diesem Kapitel erfahren Sie, wie elektrische Energie erzeugt und zu Ihrem Gebäude transportiert wird, wie Sie mit Photovoltaik selbst elektrische Energie erzeugen können, wie der Stromanschluss im Gebäude erfolgt und die elektrische Energie zur Steckdose gelangt. Zudem gibt es einen Abschnitt zu Telekommunikation, Fernsehen und Rundfunk. Die Grundlagen zur Elektrotechnik finden Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Strom aus der Steckdose: Grundlagen der Elektrotechnik«. Die Arbeit an elektrischen Anlagen kann gefährlich sein und sollte nur von

qualifiziertem Fachpersonal ausgeführt werden. Eine unsachgemäße Handhabung kann zu Stromschlägen, Bränden und anderen schwerwiegenden Verletzungen führen.

Stromerzeugung Damit Sie in Ihrem Gebäude elektrische Energie zur Verfügung haben, muss sie erzeugt werden. Dafür kommen Kraftwerke zum Einsatz, die Energie aus verschiedenen Energiequellen in elektrische Energie umwandeln. Für die Erzeugung von elektrischer Energie gibt es verschiedene Technologien, die nachfolgend vorgestellt werden. Im europäischen Verbundnetz wird Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz vom Kraftwerk zu Ihrem Gebäude transportiert. Nicht jedes Kraftwerk produziert jedoch Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz. Bevor der erzeugte Strom ins öffentliche Netz eingespeist wird, muss er daher mit den Vorgaben des Stromnetzes synchronisiert werden. In diesem Abschnitt werden die wichtigsten Möglichkeiten zur Stromerzeugung vorgestellt. Die Berechnung der Leistung eines elektrischen Verbrauchers in Wechselstromkreisen ist im Vergleich zur Berechnung in Gleichstromkreisen wesentlich aufwendiger. In einem Wechselstromkreis setzt sich die zur Verfügung gestellte Leistung (Scheinleistung) für einen elektrischen Verbraucher aus der Wirkleistung und der Blindleistung zusammen. Die Berechnung der Wirkleistung, Blindleistung und Scheinleistung erfordert die Berücksichtigung von Phasenverschiebungen des Stroms. Die Vorstellung der dazugehörigen Formeln würde den Umfang dieses Buches jedoch sprengen. Wenn Sie sich tiefer mit der Welt der Elektrotechnik befassen wollen, ist das Buch »Elektrotechnik für Dummies« zu empfehlen. Dort werden auch die Berechnungsgrundlagen der Wechselstromtechnik vorgestellt. Zur Vereinfachung und näherungsweisen Berechnung können Sie die Formel zur Berechnung der Leistung für Gleichstrom verwenden (siehe Kapitel 3, Abschnitt »Elektrische Verbraucher und deren Leistung«).

Beachten Sie jedoch, dass dies eine Näherung ist und die nutzbare Wirkleistung von Verbrauchern in Wechselstromkreisen durch komplexere Berechnungen ermittelt werden muss. Vereinfacht lassen sich Schein-, Wirk- und Blindleistung am sogenannten Biermodell

beschreiben, welches in Abbildung 9.1 dargestellt ist. Beim Biermodell handelt es sich um eine metaphorische Veranschaulichung der Verhältnisse von Schein-, Wirkund Blindleistung in einem Bierglas. Problematisch am Biermodell ist die Idee, dass die Summe aus Wirk- und Blindleistung die Scheinleistung ergibt, was nicht korrekt ist. Die Scheinleistung ist die Wurzel aus dem Quadrat von Wirkleistung plus dem Quadrat von Blindleistung. Daher wäre die richtige Darstellung in einem rechtwinkligen Leistungsdreieck mit dem Phasenverschiebungswinkel ϕ (siehe Abbildung 9.1). Scheinleistung: Die Scheinleistung S setzt sich aus der Blind- und Wirkleistung zusammen und ist die zur Verfügung gestellte Leistung für einen Verbraucher in einem Wechselstromkreis. Die Scheinleistung hat die Einheit Volt-Ampere (VA). Biermodell: Das bestellte Bier besteht aus Flüssigkeit und Schaumkrone. Die Scheinleistung stellt somit die Gesamtmenge des Bieres mit Schaumkrone dar. Wirkleistung: Die Wirkleistung P gibt an, wie viel elektrische Leistung von einem Verbraucher tatsächlich in nutzbare Energie umgewandelt wird. Auf Grundlage der Wirkleistung wird der Stromverbrauch in Kilowattstunden (kWh) eines elektrischen Gerätes ermittelt, sodass auch nur der Stromverbrauch aus der Wirkleistung vom Energieversorger abgerechnet werden kann. Die Einheit der Wirkleistung ist Watt (W). Biermodell: Im Biermodell ist die Wirkleistung der tatsächlich trinkbare Teil des Bieres. Je mehr flüssiges Bier Sie haben, desto mehr können Sie trinken. Blindleistung: Die Blindleistung Q ist die Leistung, die von elektrischen Verbrauchern nicht in nutzbare Energie umgewandelt werden kann. Sie wird beispielsweise für den Aufbau eines elektromagnetischen Feldes in einer Spule benötigt. Ziel ist es, die Blindleistung so gering wie möglich zu halten. Die Einheit der Blindleistung ist Volt-Amper-Reaktiv (Var). Biermodell: Im Biermodell ist die Blindleistung die Schaumkrone des Bieres, welche nicht vermieden und nicht getrunken werden kann.

Abbildung 9.1: Die Leistungen in der Wechselstromtechnik – Quelle rechts: alekseyvanin Stock.Adobe.com

Generatoren zur Stromerzeugung In Stromgeneratoren erfolgt durch Nutzung der elektromagnetischen Induktion die Umwandlung von Bewegungsenergie in elektrische Energie (mehr dazu in Kapitel 3 im Abschnitt »Elektromagnetische Induktion für die Stromproduktion«). So kann ein Windrad durch Wind oder eine Dampfturbine durch die Verbrennung von Gas und Kohle in Bewegung versetzt werden. Die Bewegungsenergie wird dann in einem Stromgenerator in Strom umgewandelt.

Wechselstromgeneratoren Ein Generator zur Erzeugung von Wechselstrom besteht aus zwei Hauptbauteilen: einem Rotor und einem Stator. Rotor: Der Rotor ist der bewegliche Teil in einem Generator und dreht sich um seine eigene Achse. An der Spitze des Rotors befindet sich zum Beispiel ein Permanentmagnet mit zwei Polen (Nord- und Südpol). Der Antrieb des Rotors erfolgt dann beispielsweise durch Wind- und Wasserkraft oder eine Dampfturbine. Stator: Der Stator ist der feste Teil im Generator, welcher eine Spule und einen Eisenkern besitzt (mehr dazu in Kapitel 3 im Abschnitt »Magnetfelder in Stromkreisen«). Der Eisenkern ist mit der Spule umwickelt. Dreht sich der Rotor entlang des Stators, induziert dieser durch das wechselnde Magnetfeld eine Wechselspannung in der Spule. Werden die beiden Leitungsenden der Spule mit einem Verbraucher verbunden, kann Strom fließen. Die Funktion eines Wechselstromgenerators wird nachfolgend beschrieben und in Abbildung 9.2 dargestellt. Bild 1: Der Rotor (4) dreht sich, und der Nordpol des Magneten bewegt sich entlang der Spule (3), sodass eine Spannung induziert wird. Die induzierte Spannung sowie

der fließende Strom sind am höchsten, wenn sich der Pol direkt über der Spule befindet. Dies können Sie auch an der Sinuskurve erkennen (1). Die Sinuskurve der Spannung befindet sich im positiven Bereich, und der Strom fließt von Plus nach Minus (2).

Abbildung 9.2: Prinzipieller Aufbau eines Wechselstromgenerators

Bild 2: Der Rotor (4) dreht sich weiter, und die induzierte Spannung sinkt, wie in der Sinuskurve (1) zu sehen ist. Wenn sich keiner der beiden Pole über der Spule befindet, wird keine Spannung induziert, und es kann kein Strom fließen. Bild 3: Der Rotor (4) dreht sich weiter, und die induzierte Spannung steigt erneut an, bis sich der Südpol des Magneten über der Spule (3) befindet. Dort sind die induzierte Spannung sowie der fließende Strom wieder am höchsten. Aufgrund der wechselnden Polarität befindet sich die Spannung im negativen Bereich der Sinuskurve (1). Der Strom fließt von Minus nach Plus (2).

Zum Wechselstromgenerator können Sie sich die nachfolgenden Punkte merken: Der Magnet in einem Wechselstromgenerator besitzt in der Regel zwei Pole. Dreht sich ein Pol über eine Spule, wird eine Spannung induziert, und Strom kann fließen. Befindet sich kein Pol über der Spule, wird keine Spannung induziert, und es kann kein Strom fließen. Durch die wechselnde Polarität ändert der Stromfluss seine Richtung. Der Verlauf von Wechselspannung und Wechselstrom lässt sich in Sinuskurven darstellen.

Wie in Kapitel 3 im Abschnitt »Wechselstrom (AC)« beschrieben wurde, wird eine vollständige Spannungswelle mit zwei Polaritätswechseln als Frequenz bezeichnet und in Hertz (Hz) angegeben. Im europäischen Verbundstromnetz hat die Netzfrequenz 50 Herz, was bedeutet, dass es 50 Spannungswellen pro Sekunde gibt und sich die Richtungsänderung des Stromflusses 100-mal pro Sekunde ändert. In Japan, Nord- und Zentralamerika, Saudi-Arabien und anderen Ländern dieser Welt liegt die Netzfrequenz bei 60 Hertz. Es ist wichtig, dass die Netzfrequenz von 50 Hz konstant gehalten wird, da viele elektrische Geräte für diese Netzfrequenz ausgelegt und damit kompatibel sind. Zudem ist mit einer konstanten Netzfrequenz eine effiziente Übertragung elektrischer Energie sichergestellt. Welche Auswirkungen die Frequenz auf einen Wechselstromgenerator hat, können Sie besonders an älteren Fahrradbeleuchtungen mit Dynamo beobachten. Wenn Sie mit einem alten Fahrrad beispielsweise bergauf fahren, Ihnen die Puste ausgeht und sich die Räder nicht schnell genug drehen, dann fängt das Licht am Fahrrad an zu flackern. Je schneller Sie jedoch fahren, desto höher ist die Frequenz, und desto gleichmäßiger und heller leuchtet die Fahrradlampe.

Drehstromgeneratoren Kraftwerke mit Generatoren müssen Strom über lange Distanzen zu vielen Gebäuden transportieren. Damit mehr Strom effizient übertragen werden kann, gibt es DreiphasenWechselstrom-Generatoren (auch Drehstromgeneratoren genannt). Drehstromgeneratoren besitzen drei Spulen, welche jeweils um 120 Grad zueinander versetzt sind. Dadurch können drei zeitlich versetzte Wechselstromphasen erzeugt werden, welche ihren Strom über drei getrennte Leiter in das Stromnetz einspeisen. Die Bezeichnung hierfür lautet Dreiphasen-Wechselstrom oder Drehstrom. In Abbildung 9.3 ist das Prinzip eines Drehstromgenerators zu sehen.

Abbildung 9.3: Prinzipieller Aufbau eines Drehstromgenerators mit Dreiphasen-Wechselstrom und einem Neutralleiter mit Schutzfunktion (PEN)

Mit dreiphasigem Wechselstrom besteht die Möglichkeit, mehr Energie effizienter und stabiler zu übertragen. Alle drei Stromphasen (L1, L2 und L3) speisen ihre elektrische Energie dann in das Stromnetz ein. Über den geerdeten Neutralleiter (PEN), auch Rückleiter genannt, wird der Stromkreis geschlossen. An Ihrem Gebäude kommt somit in der Regel eine Leitung mit den vier Adern L1, L2, L3 sowie dem geerdete Neutralleiter (PEN) an (siehe Abschnitt »Der Strom kommt in Ihrem Gebäude an« in diesem Kapitel). In den nachfolgenden Kraftwerkstypen werden Drehstromgeneratoren zur Stromerzeugung eingesetzt. Was Erdung bedeutet und was es mit der Schutzfunktion eines Neutralleiters auf sich hat, erfahren Sie in den Abschnitten »Netzformen für die Stromanbindung« sowie »Erdung und Potenzialausgleich« in diesem Kapitel.

Wärmekraftwerke mit Dampfturbinen In Wärmekraftwerken (auch thermische Kraftwerke genannt) wird Wärme in elektrische Energie umgewandelt. Als Wärmequellen kommen überwiegend fossile Energieträger wie Kohle, Gas oder Öl zum Einsatz, die verbrannt werden. Alternativ gibt es auch

Sonnenwärmekraftwerke oder Erdwärmekraftwerke (Geothermie), welche in Deutschland jedoch selten zu finden sind. Geothermische Kraftwerke nutzen thermische Energie aus der Erdkruste in Tiefen zwischen 500 und 3.000 Meter. Dabei werden meist natürliche Wasser- und Dampfvorkommen in der Erde mit Temperaturen von über 200 °C angezapft. Die Wärme wird genutzt, um Dampf zu erzeugen, welcher dann Turbinen zur Stromproduktion antreibt. Viele dieser geothermischen Lagerstätten befinden sich in Vulkanregionen. Eine Alternative zum Anzapfen von natürlichen Dampfvorkommen ist das Hot-DryRock-Verfahren. Dabei wird heißer Granit in Tiefen zwischen 3.000 und 5.000 Metern bei Temperaturen von bis zu 300 °C angebohrt. Anschließend wird Wasser in die Tiefen geführt, welches dort verdampft, und das Gestein sprengt. In einem zweiten Bohrloch steigt der Wasserdampf zur Erdoberfläche auf und treibt dort eine Turbine, die dann einen Generator zur Stromproduktion antreibt. In einem Wärmekraftwerk wird ein Kreisprozess vollzogen, der idealisiert am CarnotKreisprozess erklärt werden kann (siehe Kapitel 3 im Abschnitt »Der CarnotKreisprozess«). Als effizienteste, flexibelste und kostengünstigste Lösung haben sich in thermischen Kraftwerken Dampfturbinen für die Energieumwandlung von Wärme in Bewegungsenergie und anschließend in elektrische Energie bewährt. Der Ablauf in einem Wärmekraftwerk kann in vier Schritten beschrieben werden: Schritt 1: In einem Dampfkessel nimmt Wasser Wärme aus einer Wärmequelle auf und verdampft (isotherme Expansion). Schritt 2: Unter hohem Druck strömt der Wasserdampf aus Düsen auf eine Turbine, bringt diese in eine Rotationsbewegung und wandelt den Druck in Bewegungsenergie um (isentrope Expansion). Durch die Rotationsbewegung der Turbine dreht sich der Rotor im Generator, induziert eine Spannung, und Strom kann in das Stromnetz geleitet werden. Schritt 3: An einem Wärmeübertrager gibt der Wasserdampf nicht mehr nutzbare Wärme an einen Kühlwasserkreislauf ab und kondensiert (isotherme Kompression). Der Kühlwasserkreislauf gibt die aufgenommene Wärme über einen Kühlturm an die Umwelt ab. Schritt 4: Das kondensierte Wasser im geschlossenen Kreislauf wird anschließend mit einer Kesselspeisepumpe zurück zum Dampfkessel gefördert, wodurch Druck und Temperatur des Wassers ansteigen (isentrope Kompression). Im Dampfkessel kann das Wasser durch die Aufnahme von Wärme erneut verdampfen, und der Kreisprozess beginnt von vorn.

In Abbildung 9.4 ist links eine eingehauste Dampfturbine in einem Kraftwerk zu sehen und rechts eine ausgebaute Dampfturbine während der Wartung.

Abbildung 9.4: Dampfturbine in einem Kraftwerk – Quelle links: agnormark, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: photosoup, Stock.Adobe.com

Da in einem Wärmekraftwerk die nicht mehr zur Stromnutzung nutzbare Wärme als Abfallprodukt anfällt, kann diese auch zum Heizen genutzt werden. Es handelt sich dabei um die Kraft-Wärme-Kopplung (kurz KWK). Bei den Kraftwerken mit KWK handelt es sich dann um Heizkraftwerke, welche die Abwärme in ein Fernwärmenetz zur Beheizung von Städten und Ballungsgebieten leiten (siehe Kapitel 5 im Abschnitt »Fernwärmeheizung für Ballungsgebiete«). Alternativ können Sie auch in kleineren Quartieren oder bei sich zu Hause mit Miniund Mikro-Blockheizkraftwerken (BHKW) Strom und Wärme erzeugen (siehe Kapitel 5 im Abschnitt »Blockheizkraftwerk: Die stromerzeugende Heizung«) Die Kraft-Wärme-Kopplung ist somit eine wesentlich effizientere Form der Stromproduktion, da die Abwärme genutzt wird. Sie ist dennoch nicht emissionsfrei.

Windkraft Die Nutzung der Windkraft kennen Sie aus vielen Märchen, in denen ein Müller das Mehl in einer Windmühle mahlt. Zur Stromerzeugung wird die Windkraft in Deutschland seit den 1980er-Jahren in größerem Maßstab genutzt. Bei der Windenergie wird die im Wind (in den Luftmassen) enthaltene Bewegungsenergie über Windräder in einem Generator in elektrische Energie umgewandelt. Die Bauformen von Windenergieanlagen werden nach dem Widerstandsprinzip und dem Auftriebsprinzip unterschieden. Neue Windkraftanlagen arbeiten nach dem Auftriebsprinzip und alte Windmühlen nach dem Widerstandsprinzip. In Abbildung 9.5

sind beide Formen beispielhaft dargestellt.

Abbildung 9.5: Windräderbauformen: Widerstandsläufer und Auftriebsläufer – Quelle links: Get Lost Mike, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Björn Wylezich, Stock.Adobe.com

Widerstandsprinzip: Beim Widerstandsprinzip stellen die Rotoren des Windrades einen Widerstand dar, sodass die Strömungsgeschwindigkeit der Luftmassen beim Auftreffen auf die Rotorblätter vermindert wird. Der sogenannte Impuls der Luftteilchen wird auf die Blätter des Windrads übertragen, ähnlich wie das Wasser bei einem alten, oberschlächtigen Mühlrad, das gegen die Schaufeln des Mühlrads drückt. Daher besitzen die alten Windmühlen auch großflächige Blätter, die nicht aerodynamisch geformt sind. Dadurch wirkt auf die Rotorblätter eine Kraft, welche das Windrad in Bewegung versetzt. Für die Stromproduktion sind Widerstandsläufer uninteressant, da die Drehleistung von der Strömungsgeschwindigkeit des Windes abhängt. Auftriebsprinzip: Beim Auftriebsprinzip sind die Rotorblätter aerodynamisch geformt, sodass Luft beim Auftreffen auf die Rotorblätter ober- und unterhalb des Rotorblattes entlanggeführt und dadurch eine Auftriebskraft erzeugt wird (ähnlich wie bei einem Flugzeug). Das gleiche Grundprinzip findet bei modernen Wasser- oder Gasturbinen Anwendung. Die Rotorblätter können dann bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten in Bewegung gesetzt werden, was beim Widerstandsprinzip nicht möglich ist. Daher sind Auftriebsläufer besonders für die Stromproduktion interessant. Moderne Windturbinen nutzen beide Prinzipien. Nahe der Nabe sind die Rotorblätter großflächiger, und die Impulskräfte können frontal genutzt werden. Zu den

Rotorblätterspitzen hin werden die Blätter immer schmaler und sind so verdreht, dass sie mit der schmalen Seite im Wind stehen und damit die Auftriebskräfte nutzen können. Eine weitere Unterscheidung erfolgt in Horizontal- und Vertikalanlagen. Im Gebäudebereich und in urbanen Regionen werden vereinzelt Windkraftanlagen mit vertikaler Drehachse, wie zum Beispiel Savonius-Rotoren oder H-Rotoren, eingesetzt. Es handelt sich dabei überwiegend um Versuchsanlagen. In Abbildung 9.6 sind jeweils eine Vertikal- und eine Horizontalanlage zu sehen.

Abbildung 9.6: Windkraftanlagen als Vertikal- und Horizontalanlage – Quelle links: embeki, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: altitudedrone, Stock.Adobe.com

Es werden immer wieder Kleinwindkraftanlagen für Gebäude angedacht und entwickelt. Allerdings hat sich bisher gezeigt, dass diese nur niedrige Wirkungsgrade gegenüber Großanlagen erzielen. Dies liegt zum einen an den physikalischen Grenzen, wie Rotorspannweiten und Windgeschwindigkeiten, und zum anderen an den unstetigeren Windgeschwindigkeiten und -richtungen um Gebäude. Aktuell ist es daher sinnvoller, in eine Photovoltaikanlage zu investieren, wenn Sie Strom für Ihr Gebäude erzeugen wollen. Bei großen Windkraftanlagen kommen hauptsächlich Auftriebsläufer als SchnellläuferWindräder zum Einsatz, die drei aerodynamisch geformte Rotorblätter besitzen. Die Effizienz von Windkraftanlagen ist mit drei Rotorblättern am höchsten. Die Rotorblätter sind über eine Nabe mit dem Generator verbunden, der die Bewegungsenergie über einen Drehstromgenerator in elektrische Energie umwandelt. Bevor die erzeugte elektrische Energie in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden kann, müssen die Netzfrequenz, die Phasenlage und die Spannung an die des Stromnetzes

angepasst werden. In Abbildung 9.7 wird dieser Ablauf beispielhaft schematisch dargestellt. Die Anpassung erfolgt mit einem Rotorumrichter. Dazu wird der erzeugte Dreiphasen-Wechselstrom des Windrades zunächst in Gleichstrom und anschließend mit angepassten Anforderungen (Netzfrequenz, Phasenlage und Spannung) wieder in Dreiphasen-Wechselstrom umwandelt. Anschließend wird der Strom auf die notwendige Netzspannung hochtransformiert und in das Stromnetz eingespeist (siehe Abschnitt »Stromverteilung im Stromnetz« in diesem Kapitel).

Abbildung 9.7: Beispielhafter Aufbau des Wegs von der Windkraftanlage ins Stromnetz

Wasserkraft Wasserkraftwerke nutzen die Lage- und Bewegungsenergie von Wasser zur Stromerzeugung. Es gibt verschiedene Wasserkraftwerkstypen, welche nachfolgend beschrieben werden. Das bekannteste Wasserkraftwerk ist wahrscheinlich das Speicherkraftwerk.

Abbildung 9.8: Stauwasserkraftwerk und Pumpspeicherkraftwerk – Quelle links: travelview, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Aufwind-Luftbilder, Stock.Adobe.com

Speicherkraftwerk: Typische Speicherkraftwerke sind Stauwasserkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke, die Wasser in Stauseen oder künstlichen Becken speichern. In Abbildung 9.8 sind beispielhaft ein Stauwasserkraftwerk und ein Pumpspeicherkraftwerk dargestellt. Die Lageenergie des Wassers kann in Bewegungsenergie und anschließend in elektrische Energie umwandelt werden. Stauseen und Speicherbecken müssen künstlich geschaffen werden und zerstören dadurch das ursprüngliche Ökosystem. Ein Abwägen zwischen dem Nutzen der Wasserkraft und den ökologischen Auswirkungen ist daher notwendig. Stauwasserkraftwerk: Ein Stauwasserkraftwerk staut Wasser vor einem Staudamm an. Ist der Stausee voll, werden Rohrleitungen im Staudamm geöffnet, durch die das Wasser fließen kann. Das Wasser fließt aufgrund des hohen Wasserdrucks mit hoher Geschwindigkeit durch die Rohre und treibt am Ende eine Turbine an, die über einen Generator Strom erzeugt. Da Stauseen ihr Wasser meist aus Flüssen beziehen, ist ein stetiges Nachströmen gewährleistet. Pumpspeicherkraftwerk: Pumpspeicherkraftwerke befinden sich meist in den Bergen und nutzen ebenfalls die Lageenergie des Wassers. Dazu gibt es ein höher gelegenes Speicherbecken (Oberbecken) und ein tiefer liegendes Auffangbecken (Unterbecken). Wird Strom benötigt, werden Rohrleitungen im Obersee geöffnet, durch die das Wasser aus dem Speichersee in das Unterbecken stürzt. Das Wasser treibt am Ende der Rohre eine Turbine an, die über einen Generator Strom erzeugt. Die Speicherseen von Pumpspeicherkraftwerken haben keinen Wasserzufluss aus Flüssen, sodass Wasser aus dem Auffangbecken in den Speichersee zurückgepumpt wird, wenn überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien (Sonnen- oder Windenergie)

zur Verfügung steht. Das Unterbecken kann hingegen mit Wasser aus einem Fluss gespeist werden. Laufwasserkraftwerk: Ein Laufwasserkraftwerk befindet sich meist in einem natürlichen Fluss und nutzt die Bewegungsenergie des fließenden Wassers zum Antrieb einer Turbine, welche einen Generator antreibt. Der erzeugte Strom wird dann ins Stromnetz eingespeist. Laufwasserkraftwerke werden auch Flusskraftwerke genannt. In Abbildung 9.9 ist beispielhaft ein Laufwasserkraftwerk zu sehen.

Abbildung 9.9: Laufwasserkraftwerk in einem Fluss – Quelle: David Klein, Stock.Adobe.com

Gezeitenkraftwerk: Ein Gezeitenkraftwerk nutzt die Lage- und Bewegungsenergie des strömenden Meereswassers, welche durch Ebbe und Flut verursacht wird. Früher wurden Gezeitenkraftwerke überwiegend in Flussmündungen nach Staudammbauweise gebaut, sodass das Wasser je nachdem, ob Ebbe oder Flut herrschte, in beide Richtungen durch eine Turbine fließend konnte. Die Staudammbauweise hat jedoch einen hohen Einfluss auf das umliegende Ökosystem, daher werden heute überwiegend In-Flow-Gezeitenkraftwerke gebaut. Bei In-FlowGezeitenkraftwerken befinden sich unter der Wasseroberfläche Turbinen an Masten, die ähnlich wie Windkrafträder funktionieren und durch die Gezeiten angetrieben werden. In Abbildung 9.10 sind beide Varianten dargestellt.

Abbildung 9.10: Unterschiedliche Gezeitenkraftwerke – Quelle links: Francois, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Alex Mit, Stock.Adobe.com

Photovoltaik: Sonnenenergie frei Haus Die photovoltaische Stromerzeugung aus Sonnenenergie ist neben der Nutzung von Windenergie einer der wichtigsten Bausteine der Energiewende. Anders als bei den bisherigen Stromerzeugungsvarianten kommen bei der Photovoltaik keine Drehstromgeneratoren mit Wechselstrom zum Einsatz, sondern Solarzellen, die Gleichstrom erzeugen. Bei dieser Technologie trifft das Sonnenlicht auf eine Solarzelle und wandelt es durch den photoelektrischen Effekt in elektrische Energie um. Photovoltaik wird in der Fachwelt mit PV abgekürzt, sodass eine Photovoltaikanlage einfach PV-Anlage genannt wird. Der größte Vorteil der Photovoltaik ist die Erzeugung und Nutzung von elektrischer Energie direkt vor Ort. Wenn Sie also vorhaben, eine Photovoltaikanlage auf Ihrem Dach, der Terrasse oder dem Balkon zu installieren, können Sie Ihren gesamten Strombedarf oder nur einen Teil mit dieser decken. Mehr Tipps für die eigene Mini-Solaranlage finden Sie in Kapitel 17. In diesem Abschnitt erfahren Sie wie eine PV-Anlage im Inselbetrieb sowie mit Netzeinspeisung funktioniert, welche Arten von Solarzellen es gibt und wie diese funktionieren, und lernen die wichtigsten Kenngrößen für Photovoltaik kennen.

Photovoltaikanlage im Inselbetrieb Eine Photovoltaikanlage im Inselbetrieb versorgt kleinere Verbraucher, einzelne Gebäude oder Gebäudekomplexe mit elektrischer Energie, ohne den Strom in das öffentliche

Stromnetz einzuspeisen oder aus diesem Strom zu beziehen. Ein solches System ist aufgrund seiner vollständigen Autarkie besonders für entlegene Orte oder im Outdoorbereich interessant und wird auch Off-Grid-Anlage (deutsch: netzunabhängige Anlage) genannt. Damit Sie in einem solchen System zu jeder Tages- und Jahreszeit genug Strom zur Verfügung haben, muss die PV-Anlage ausreichend dimensioniert sein und der erzeugte Strom zwischengespeichert werden. Dazu laden Sie den PV-Strom zunächst in einen Batteriespeicher, von dem Sie später Ihren Strom beziehen. Ein gleichzeitiges Laden und Entladen des Speichers ist dabei möglich. Für den Aufbau einer Inselanlage benötigt Sie, wie in Abbildung 9.11 dargestellt ist, vier wesentliche Bauteile: Photovoltaikmodule, Laderegler, Batteriespeicher und Wechselrichter.

Abbildung 9.11: Aufbau einer Photovoltaikanlage im Inselbetrieb

Nachfolgend werden die Hauptbauteile einer PV-Anlage, die in Abbildung 9.12 dargestellt sind, beschrieben. Die Geräte müssen für die Funktion mit entsprechenden Leitungen verbunden werden. Photovoltaikmodule: Die PV-Module liefern den Strom für Ihre Inselanlage. Wenn Sie volle Autarkie anstreben und auch im Winter unabhängig vom öffentlichen

Stromnetz sein möchten, muss die Anlage ausreichend groß dimensioniert sein, damit sie den benötigten Strom liefern kann.

Abbildung 9.12: Bauteile einer Solaranlage – Quelle links: tl6781, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte links: chaphot, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte rechts: costazzurra, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Zstock, Stock.Adobe.com

Laderegler: Der Laderegler ist das Herzstück der Inselanlage. Er wandelt den Strom der PV-Anlage in einen optimalen Ladestrom für die Batterien um und lädt diese. Am Laderegler sind die PV-Module und die Batterien angeschlossen. Einzelne Verbraucher mit Gleichstrom können auch angeschlossen werden. Batteriespeicher: Zur Speicherung des Stroms aus Ihrer Photovoltaikanlage benötigen Sie einen Batteriespeicher. Auch dieser sollte ausreichend groß dimensioniert sein, damit Sie speziell im Winter und in der Nacht ausreichend elektrische Energie zur Verfügung haben. Wechselrichter (Spannungswandler): Der Strom verlässt die Batterie als Gleichstrom. Ihre Haushaltsgeräte können damit allerdings wenig anfangen. Daher benötigen Sie ein weiteres Bauteil: den Wechselrichter. Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom aus der Batterie in Wechselstrom mit einer Spannung von 230 V und einer Frequenz von 50 Hz um, sodass er für Ihre Haushaltgeräte nutzbar ist.

Batterien sind wichtige Komponenten in PV-Anlagen und ermöglichen es, Energie zwischenzuspeichern und abzurufen, wenn die Sonne nicht scheint. Dennoch gibt es auch viele Herausforderungen, wie hohe Investitionskosten, begrenzte Speicherkapazität, die begrenzte Anzahl an Ladezyklen, Energieverluste beim Laden und Entladen sowie Umweltauswirkungen. Die Lebensdauer von Batterien ist zudem stark von den Umgebungstemperaturen abhängig, sodass eine sorgfältige Planung notwendig ist.

Photovoltaikanlagen mit Netzeinspeisung Der Großteil der in Deutschland vorhandenen Photovoltaikanlagen sind Anlagen mit Netzeinspeisung. Hier wird in Anlagen mit Volleinspeisung und Anlagen mit

Überschusseinspeisung und Eigenverbrauch unterschieden. PV-Anlagen mit Volleinspeisung: Die Volleinspeisung lohnt sich nur bei besonders großen PV-Anlagen wie Solarparks und selten für PV-Dachanlagen. Diese speisen ihren erzeugten Strom direkt in das öffentliche Stromnetz ein, wobei der Strom über einen Erzeugungszähler gezählt wird. Erzeugungszähler werden ab einer installierten Leistung von ca. 30 Kilowatt-Peak (kWp) (siehe »Einflussfaktoren und Kenngrößen für Photovoltaik« in diesem Kapitel) verwendet, was etwa 100 Modulen mit einer Leistung von je 300 Watt entspricht. Die Betreiberfirmen erhalten dann für jede Kilowattstunde eine Einspeisevergütung. In Abbildung 9.13 sind das Prinzip der Volleinspeisung sowie ein Solarpark dargestellt.

Abbildung 9.13: Photovoltaikanlage als Solarpark mit Volleinspeisung – Quelle rechts: ake1150, Stock.Adobe.com

PV-Anlagen mit Überschusseinspeisung und Eigenverbrauch: Eine PV-Anlage mit Überschusseinspeisung nutzt den erzeugten Solarstrom hauptsächlich zum Eigenbedarf im Gebäude. Nur überschüssiger Strom, der an sonnenreichen Tagen anfällt, wird in das öffentliche Stromnetz eingespeist. Sollte der Strom der eigenen Solaranlage nicht ausreichen, können Sie Strom aus dem Stromnetz hinzukaufen. Gezählt werden die Einspeisung und der Strombezug über einen Zweirichtungszähler (siehe Abschnitt »Überblick über die verschiedenen Arten von Stromzählern« in diesem Kapitel). Die Anlagen sind in der Lage, den Eigenverbrauch zu optimieren und nur dann in das Netz einzuspeisen, wenn es überschüssigen PV-Strom gibt. PVAnlagen mit Überschusseinspeisung gibt es mit und ohne Speichersysteme. In Abbildung 9.14 ist das Prinzip der Überschusseinspeisung mit Eigenverbrauch dargestellt.

Abbildung 9.14: Photovoltaikanlage mit Überschusseinspeisung und Eigenverbrauch

Wenn Sie sich heute eine PV-Anlage anschaffen wollen, sollten Sie versuchen, die Anlage so zu planen, dass Sie einen Großteil des Stroms selbst und direkt verbrauchen können. Die Einspeisevergütung für Neuanlagen ist in den letzten Jahren immer weiter gesunken und liegt unterhalb des Kaufpreises für eine Kilowattstunde aus dem öffentlichen Stromnetz. Je höher Ihr Eigenverbrauch ist, desto weniger teuren Strom aus dem öffentlichen Stromnetz müssen Sie dazukaufen. Oft werden Eigenverbrauchsanteil und Autarkiegrad als Synonyme verwendet. Hier gilt es jedoch, die beiden Begriffe zu unterscheiden. Autarkiegrad: Der Autarkiegrad beschreibt den Anteil des selbst genutzten Stroms im Verhältnis zum Gesamtverbrauch des Haushalts, einschließlich Strom aus dem öffentlichen Netz. Bei einem Autarkiegrad von 100 % ist Ihr Haushalt unabhängig vom öffentlichen Stromnetz und muss keinen zusätzlichen Strom beziehen. Eigenverbrauchsanteil: Der Eigenverbrauchsanteil beschreibt den Anteil des selbst genutzten Stroms im Verhältnis zur Gesamtmenge des produzierten Stroms Ihrer PV-Anlage. Wenn Sie beispielsweise 100 % Ihres selbst produzierten Stroms nutzen und zusätzlich 20 % dazukaufen müssen, weil Ihr Gesamtverbrauch höher ist, beträgt Ihr Eigenverbrauchsanteil 100 %, Sie sind aber nicht zu 100 % autark, da Sie Strom aus dem öffentlichen Netz beziehen.

Arten von Solarzellen

Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, die sich hauptsächlich in Wirkungsgrad, Preis, Qualität, Rohstoff und Herstellungsverfahren unterscheiden. Solarzellen aus Galliumarsenid haben beispielsweise einen Wirkungsgrad von bis zu 46 %, sind jedoch so teuer, dass sie nur für Sonderanwendungen wie die Raumfahrt in Frage kommen. In der Gebäudetechnik kommen hauptsächlich Solarzellen aus Silizium zum Einsatz. Photovoltaikanlagen nutzen Solarzellen, um Sonnenstrahlen in elektrische Energie umzuwandeln. Thermische Solaranlagen (siehe Kapitel 5, Abschnitt »Solarthermie für Heizung und Warmwasser«) nutzen hingegen Solarkollektoren, um aus Sonnenstrahlen Wärme zu erzeugen. Oft wird behauptet, dass zur Herstellung einer PV-Anlage mehr Energie wird, als diese über ihre Lebensdauer erzeugen kann. Eine PV-Anlage erzeugt jedoch weitaus mehr Energie, als für ihre Herstellung gebraucht wird. Dieses Verhältnis wird über die Energierücklaufzeit einer PV-Anlage angegeben. Die Energierücklaufzeit einer PV-Anlage gibt die Zeit an, die eine Photovoltaikanlage betrieben werden muss, um die Energie auszugleichen, die für ihre Herstellung aufgewendet wurde. Es handelt sich somit um eine energetische Amortisationszeit. In der nachfolgenden Vorstellung der verschiedenen Solarzellen wird die Energierücklaufzeit angegeben. Nachfolgend werden die typischen Arten von Siliziumsolarzellen vorgestellt. In Abbildung 9.15 sind Solarmodule mit verschiedenen Solarzellen zu sehen. Polykristalline Siliziumzelle: Polykristalline Solarzellen erkennen Sie an einer gesplitterten Kristallstruktur. Der Wirkungsgrad liegt in der Anwendung bei ca. 15 %. Sie sind preiswerter, benötigen jedoch im Vergleich zu monokristallinen Solarzellen bei gleicher Leistung eine größere Dachfläche. Früher waren polykristalline Module die am Markt am weitesten verbreitete Lösung, daher können Sie ältere Module meist an deren Materialeigenschaft erkennen. Die Energierücklaufzeit polykristalliner Solarzellen liegt bei ca. 1,6 Jahren. Monokristalline Siliziumzelle: Monokristalline Solarzellen erkennen Sie an der einheitlichen Kristallstruktur. Sie haben in der Anwendung Wirkungsgrade von bis zu 20 %, was im Gebäudereich sehr gut ist. Damit haben monokristalline Solarzellen einen höheren Wirkungsgrad als polykristalline Siliziumzellen und benötigen für die gleiche Leistung weniger Platz auf dem Dach. Momentan sind diese aufgrund von gesunkenen Herstellungspreisen am weitesten verbreitet. Modernere Zellen sind zudem nicht mehr quadratisch und haben weniger abgekantete Ecken. Auch die silbrig erscheinenden Stromabnehmer auf der Vorderseite sind deutlich dünner. Die Energierücklaufzeit monokristalliner Solarzellen liegt bei ungefähr 2,1 Jahren.

Dünnschichtmodule aus amorphem Silizium: Dünnschichtmodule haben einen geringen Wirkungsgrad von etwa 8 % in der Anwendung, sind jedoch hochtemperaturbeständig, können also in Gegenden mit hohen Außentemperaturen eingesetzt werden und behalten auch bei schwachen Lichtverhältnissen ihre Leistung bei. Weiterhin haben Dünnschichtmodule ein geringes Gewicht, einen sehr geringen Rohstoffbedarf und sind preiswert in der Herstellung. Dünnschichtmodule können zudem in Gebäudefassaden oder in Glasmodule integriert und auch flexibel hergestellt werden. Aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer Flexibilität sind Dünnschichtmodule zudem im Outdoorbereich und bei mobilen Solaranlagen sehr beliebt. Momentan sind diese Module jedoch aufgrund des geringeren Wirkungsgrades nicht so stark verbreitet. Die Energierücklaufzeit von Dünnschichtmodulen liegt bei zwei bis drei Jahren.

Abbildung 9.15: Solarmodule mit unterschiedlichen Arten von Solarzellen – Quelle links: Linleo, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte: ls_design, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Soonthorn, Stock.Adobe.com

Funktionsweise und Aufbau einer Solarzelle Der Hauptrohstoff einer typischen Solarzelle ist ein Halbleiterelement wie Silizium oder Galliumarsenid. Es gibt auch andere Materialien, die als Halbleiterelemente eingesetzt werden. Da Silizium aus Sand gewonnen wird, ist dieser Rohstoff jedoch ausreichend auf der Erde vorhanden und findet überwiegend Anwendung in Solarzellen. Siliziumatome haben vier Valenzelektronen (siehe Kapitel 3, Abschnitt »Atommodell mit Elektronen«) und gehen, wie in Abbildung 9.16 links zu sehen, untereinander eine stabile Elektronenpaarbindung ein, die ohne weiteres Zutun nur gering leitend ist. Wenn jedoch Energie in Form von Sonnenlicht (Photonen) auf ein Siliziumatom trifft, werden Elektronen aus der Valenzschale gelöst.

Abbildung 9.16: Dotierte Siliziumschichten der Solarzelle

Damit man sich diese Eigenschaft zunutze machen kann, muss das Silizium dotiert werden. Das bedeutet, es werden Fremdatome in die Siliziumschicht eingebracht. Durch diese Fremdatome in der Siliziumschicht ist diese entweder negativ dotiert (n-dotierte Schicht, Abbildung 9.16 Mitte) oder positiv dotiert (p-dotierte Schicht, Abbildung 9.16 rechts). n-dotierte Schicht: In der n-dotierten Siliziumschicht wird ein fünfwertiges Element mit fünf Valenzelektronen (VE) eingebracht. Dies ist meist Phosphor (P). Das Phosphor geht eine Bindung mit dem Silizium ein, wobei das fünfte Valenzelektron keine stabile Bindung eingehen kann und frei ist. In der n-dotierten Siliziumschicht gibt es somit einen Elektronenüberschuss. p-dotierte Schicht: In der p-dotierten Siliziumschicht wird ein dreiwertiges Element mit drei Valenzelektronen eingebracht. Dies kann beispielsweise Bor (B) sein. Bor geht ebenfalls eine Bindung mit Silizium ein, kann jedoch ein Siliziumelektron nicht bedienen. Diese Elektronendefizite sind sogenannte Löcher, in denen Elektronen fehlen. Eine Solarzelle besteht aus einer n-dotierten Schicht und einer p-dotierten Schicht, die miteinander verbunden sind. Was nun passiert, ist spannend: In der Übergangszone der beiden Schichten besetzten überschüssige Elektronen aus der n-dotierten Schicht freie Elektronenlöcher der p-dotierten Schicht und bilden eine Grenzschicht zwischen ndotierter und p-dotierter Schicht, wodurch sich ein elektrisches Feld bildet. Die Übergangszone wird daher auch Raumladungszone oder pn-Übergang genannt und ist auch in Abbildung 9.17 dargestellt.

Abbildung 9.17: Solarzelle mit gebildeter Grenzschicht

Wenn nun Sonnenlicht (Photonen) auf die Solarzelle trifft, werden Elektronen aus den Valenzschalen der Atome in der Grenzschicht gelöst. Die freigesetzten Elektronen bewegen sich zurück zur n-dotierten Schicht und die entstehenden Löcher zurück in die pdotierte Schicht. Dadurch entsteht eine elektrische Spannung mit einem Überschuss an Elektronen auf der n-dotierten Seite und einem Elektronenmangel auf der p-dotierten Seite. Auf beiden Seiten der Solarzelle befinden sich Metallkontakte. Wenn diese mit einem Leiter verbunden werden und ein Verbraucher (zum Beispiel eine Lampe) zwischengeschaltet wird, haben Sie einen geschlossenen Stromkreis. Es liegt eine Spannung an, und Elektronen können die Lampe zum Leuchten bringen. Die freien Elektronen wandern von der n-dotierten Schicht der Solarzelle über den Verbraucher zur p-dotierten Schicht der Solarzelle und füllen dort die freien Löcher (sie rekombinieren). In der Grenzschicht werden die Elektronen durch einfallendes Sonnenlicht wieder aus den Löchern gelöst, und der Kreislauf beginnt von Neuem. Wenn die Solarzelle nicht zerstört wird, kann der Vorgang theoretisch unendliche Male vollzogen werden. In Abbildung 9.18 ist dieser Vorgang dargestellt. Wichtig ist jedoch, dass dieser Ablauf nur bei Einstrahlung von Sonnenlicht auf die Solarzelle erfolgen kann. Sobald eine Wolke oder ein Objekt ein Schatten auf die Photovoltaikmodule trifft, bricht die Leistung der Photovoltaikanlage ein, weil die Energie des diffusen Sonnenlichts nicht ausreicht, um die Elektronen aus den Valenzschalen der Atome innerhalb der Grenzschicht zu lösen.

Abbildung 9.18: Querschnitt einer Solarzelle mit angeschlossenem Verbraucher

Einflussfaktoren und Kenngrößen für Photovoltaikanlagen Eine Photovoltaikanlage kann ihr volles Potenzial ausschöpfen, wenn die Sonne scheint. Verschattungen durch Wolken und Objekte, benachbarte Häuser und Bäume oder zu hohe Temperaturen senken den Wirkungsgrad. Zusätzlich gibt es Kenngrößen, die dabei helfen, eine Photovoltaikanlage zu bewerten. Nachfolgend erhalten Sie eine Übersicht wichtiger Kennwerte, Einflussfaktoren und Begriffe. Begriff »Photovoltaikmodul«: Ein Photovoltaikmodul trägt die einzelnen Solarzellen in einem Rahmen aus Aluminiumprofilen, wo sie in Reihe und parallel geschaltet sind (siehe Kapitel 3 im Abschnitt »Schaltungen von Stromkreisen«). Auf der Sonnenseite befindet sich in der Regel ein Sicherheitsglas, welches die Solarzellen vor Witterungseinflüssen schützt. Solarzellen in mobilen Photovoltaikmodulen sind überwiegend in Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE) eingearbeitet. ETFE ist ein leichter, widerstandsfähiger und elastischer Kunststoff. Begriff »Solargenerator«: Wenn von einem Solargenerator die Rede ist, ist die Verschaltung mehrerer Photovoltaikmodule gemeint. Mehrere verschaltete Solarmodule ergeben eine größere Fläche und können mehr Strom produzieren als ein einzelnes Modul. Einflussfaktor Sonneneinstrahlung: Je höher die Sonneneinstrahlung auf Ihre PVAnlage ist, desto höher ist der Ertrag. Den höchsten Ertrag werden Sie in Deutschland in den Sommermonaten um die Mittagszeit haben, aber auch in den Frühjahrsmonaten können hervorragende Erträge verzeichnet werden, da im Frühjahr die Außentemperaturen niedriger sind, was sich positiv auf die Leistung der Solarmodule auswirkt. In der Winterzeit wird der Ertrag im Vergleich zu den Frühjahrs- und

Sommermonaten auch bei schönstem Sonnenschein deutlich geringer ausfallen. Daher sind die jährliche Sonneneinstrahlung pro Quadratmeter sowie der Sonneneinstrahlungswinkel zu berücksichtigende Kriterien bei der Planung einer PVAnlage. Die jährliche Sonneneinstrahlung wird auch solare Strahlung genannt und in Kilowattstunden pro Quadratmeter (kWh/m2) angegeben. In Deutschland liegt die jährliche maximale Sonneneinstrahlung je nach Region zwischen 900 und 1.200 kWh/m2. Die Anzahl der Sonnenstunden beträgt etwa 2.000 Stunden pro Jahr. Einflussfaktor Ausrichtung und Dachneigung: Die Ausrichtung und der Neigungswinkel spielen eine entscheidende Rolle für den Ertrag einer Photovoltaikanlage. Den höchsten Ertrag hat eine PV-Anlage, wenn das Sonnenlicht senkrecht auf die Module trifft. Da sich die Erde dreht und sich der Sonnenstand ständig ändert, müssen Sie bei einer fest installierten Anlage eine Kompromissstellung eingehen. Mit einer Dachneigung von 30 bis 40 Grad und Südausrichtung haben Sie in Deutschland ganzjährig die besten Bedingungen. Anlagen mit Ost- und Westausrichtung sowie steileren und flacheren Dachneigungen sind ebenfalls sinnvoll. Dies sollten Sie jedoch mit einem Fachunternehmen besprechen. In großen und älteren Solarparks kamen zur Ertragssteigerung sogenannte Nachführsysteme zum Einsatz. Nachführsysteme richteten die damals sehr teuren PV-Module automatisch zur Sonne aus und konnten den Ertrag deutlich steigern. Gleichzeitig waren Nachführsysteme aber auch technisch anspruchsvoll und hatten relativ hohe Ausfallraten, was die Gesamtbilanz deutlich negativ beeinflusste. Nachführsysteme werden heute nicht mehr eingesetzt. Heutzutage werden die Module mit maximaler Flächenausnutzung installiert, was den Ertrag eines einzelnen Moduls schmälert, aber auf die Gesamtfläche eine bessere Ausnutzung über das ganze Jahr ermöglicht. Daher können Sie heute vermehrt Anlagen in Ost-West Ausrichtung finden, die auf der Dachfläche mehr Photovoltaikmodule unterbringen können.

Bei Solarthermieanlagen, die ihre Heizung mit Wärme unterstützen (siehe Kapitel 5, Abschnitt »Solarthermie für Heizung und Warmwasser«), erreichen Sie mit einer Neigung von 30 bis 40 Grad nicht immer die besten Erträge. Da die Wärme einer Solarthermieanlage überwiegend im Winter benötigt wird, sollten die Solarkollektoren steiler aufgestellt werden, um die schwächere und tiefer stehende Wintersonne optimal einfangen zu können. Einflussfaktor Verschattung: Die Verschattung der PV-Anlage durch Bäume, Gebäude, Schornsteine oder Ähnliches sollten Sie so gering wie möglich halten und bei der Planung berücksichtigen, da diese die Leistung deutlich schmälert. Dabei ist auch die Verschaltung der Solarmodule untereinander zu beachten. Die Verschaltung von mehreren Solarmodulen wird auch String (deutsch: Schnur) genannt.

Verschattung bei Reihenschaltung (Serienschaltung): Die Verschattung einer einzigen Solarzelle in Reihenschaltung hat Einfluss auf das gesamte Modul, sodass die Leistungseinbußen einer einzigen Zelle auf alle anderen übertragen werden können. Die verschattete Zelle wirkt dann wie ein »Verbraucher«, indem sie den Strom der anderen Zellen verbraucht und heiß wird. Mit Bypass-Dioden kann dies teilweise umgangen werden. So kommen bis zu vier Bypass-Dioden pro Solarmodul zum Einsatz. Verschattung bei Parallelschaltung: Bei einer Parallelschaltung von Modulen wirkt sich die Verschattung einer kleinen Fläche nicht so extrem aus wie bei einer Reihenschaltung, dennoch sollte auch hier die Verschattung so gering wie möglich gehalten werden. Welche Schaltung für Solarmodule: Ob eine Reihen- oder Parallelschaltung bei Ihrer privaten PV-Anlage zum Einsatz kommt, hängt vom eingesetzten Wechselrichter, der Größe der Solaranlage und der Einstrahlung ab. Hier sollten Sie einen Fachbetrieb zurate ziehen. Kennwert »Nennleistung«: Die Nennleistung einer Solaranlage wird in KilowattPeak (kWp) angegeben und entspricht der Maximalleistung (oder auch Spitzenleistung) einer Photovoltaikanlage unter genormten Testbedingungen. Diese Angabe ist wichtig, damit Anlagen untereinander vergleichbar sind. Während des Betriebs wird die Anlage jedoch kaum das Potenzial der Nennleistung ausschöpfen können, da die Einflussfaktoren wie Strahlungsstärke und Modultemperatur von den Testbedingungen abweichen. Kennwert »Temperaturkoeffizient von Solarzellen«: Die Nennleistung einer Solarzelle wird bei einer Temperatur von 25 °C ermittelt. Während des Betriebs kann die Temperatur jedoch auf bis zu 80 °C ansteigen. Hohe Temperaturen wirken sich negativ auf den Ertrag einer PV-Anlage aus, sodass dieser bei der besten Sonneneinstrahlung um bis zu 20 % sinken kann. Es wird daher empfohlen, Photovoltaikmodule mit einem gewissen Abstand zur Dachfläche zu installieren, damit diese gut hinterlüftet werden und die Temperaturen nicht zu stark ansteigen. Dünnschichtmodule sind unabhängiger von Temperaturschwankungen und erzeugen auch bei hohen Temperaturen einen stabilen Energieertrag. Kennwert »spezifischer Ertrag«: Der spezifische Ertrag einer Solaranlage hängt von der Einstrahlung, der Neigung und Ausrichtung, der Effizienz der Solarzellen, den Klimabedingungen sowie der geografischen Lage ab. Wie hoch der Ertrag Ihrer Solaranlage sein wird, muss daher von einer Fachfirma bestimmt werden. Damit Sie einen ersten Anhaltspunkt haben, können Sie sich auf die installierte Nennleistung Ihrer Anlage beziehen. Im Groben sollten Sie in Deutschland bei einer gut ausgerichteten Anlage pro installiertem Kilowatt-Peak (1 kWp) einen spezifischen Ertrag zwischen 850 und 1.000 kWh pro Jahr erhalten.

Kennwert »Performance Ratio«: Die Performance Ratio gibt das Verhältnis vom theoretisch maximal möglichem Ertrag nach Herstellerangaben und dem real erreichten Ertrag einer Photovoltaikanlage an. Dieser liegt bei guten Anlagen zwischen 75 und 85 %.

Zukunftsvision: Wind und Sonnenenergie für die Wasserstoffwirtschaft Eine Zukunftsvision zur Umsetzung der Klimaziele ist es, künftig grünen Wasserstoff (H2) als sauberen Brennstoff zu verwenden. Der Wasserstoff wird dabei aus überschüssigem erneuerbarem Strom wie der Photovoltaik und der Windkraft gewonnen. Dieser Vorgang ist unter dem Begriff Power-to-Gas (deutsch: Strom zu Gas) bekannt. Die Herstellung von Wasserstoff ist aktuell sehr teuer und klimaschädlich, sodass er heute hauptsächlich in der Industrie Anwendung findet. Gewonnen wird Wasserstoff überwiegend aus Erdgas (Hauptbestandteil ist Methan: CH4) im sogenannten Dampfreforming. Beim Dampfreforming wird unter hohem Druck und hohen Temperaturen aus Erdgas Wasserstoff (H2)und Kohlenstoffdioxid (CO2) gewonnen. Das freigesetzte CO2 wird überwiegend als Abfallprodukt in die Umwelt abgegeben. Aus Erdgas hergestellter Wasserstoff ist daher keinesfalls klimafreundlich. Unterschieden wird in die nachfolgenden Wasserstoffarten. Die Farbwahl in der Namensgebung ist dabei willkürlich, hat jedoch einen gewissen Bezug zur Klimabelastung. Grauer Wasserstoff: Wasserstoff, der durch Dampfreforming aus Erdgas gewonnen wird. Abgespaltetes CO2 geht in die Umwelt. Blauer Wasserstoff: Wasserstoff, der durch Dampfreforming aus Erdgas gewonnen wird. Abgespaltetes CO2 wird in Speichern eingelagert. Türkiser Wasserstoff: Wasserstoff, der durch Methanpyrolyse aus Erdgas gewonnen wird. Fester Kohlenstoff fällt als Abfallprodukt an. Grüner Wasserstoff: Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energien durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird. Abgespalteter Sauerstoff (O2) geht in die Umwelt. Es fällt kein CO2 an. Erst wenn der überwiegende Anteil an Wasserstoff aus überschüssigen erneuerbaren Energien im Elektrolyseverfahren (wird nachfolgend vorgestellt) gewonnen werden kann, ist ein Beitrag für die Energiewende möglich. Beim Power-to-Gas und bei der Erzeugung von grünem Wasserstoff erfolgt die

Umwandlung von elektrischer Energie in ein brennbares Gas. Im idealen Fall wird mit überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien in einem Elektrolyseverfahren aus Wasser (H2O), Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) gewonnen. In Abbildung 9.19 ist der Ablauf grafisch dargestellt.

Abbildung 9.19: Beispielhafter Aufbau einer Power-to-Gas-Versorgung mit Photovoltaik

Der Wasserstoff (H2) kann in einem Wasserstoffspeicher zwischengelagert und als Brennstoff genutzt werden. In einem weiteren Verfahren lässt sich aus Wasserstoff (H2) durch den Zusatz von Kohlenstoffdioxid (CO2) synthetisches Methan (CH4) herstellen. Da Erdgas überwiegend aus Methan besteht, lässt sich synthetisches Methan im vorhandenen Gasnetz speichern. Bei der Methanisierung von Wasserstoff fällt lediglich Wasserdampf (H2O) als Abfallprodukt an. Da Deutschland ein Gasnetz von ca. 511.000 Kilometer Länge besitzt, ist die Power-toGas-Technologie eine Möglichkeit, elektrisch erzeugte Energie aus Sonne und Wind langfristig CO2-neutral als Gas zu speichern. Wasserstoff und synthetisches Methan können anschließend in verschiedensten Bereichen genutzt werden. Diese sind nachfolgend aufgelistet: Gasbetriebene Heizkessel zur Wärmeerzeugung Sorptionskältemaschinen zur Kälteerzeugung Gasbetriebene Turbinen zur Stromerzeugung Brennstoffzellen zur Wärme- und Stromerzeugung (siehe Kapitel 5, Abschnitt »Brennstoffzellenheizung«)

Gas- und brennstoffzellenbetriebene Autos Anwendungsbereiche in der Industrie Da Elektrolyseure sehr teuer sind und es momentan nicht ausreichend überschüssigen Strom aus erneuerbaren Energien gibt, wird es noch einige Jahre dauern, bis Power-to-Gas einen entscheidenden Beitrag zur Energiewende leisten kann. Es gibt zwar bereits Versuchsanlagen, diese sind jedoch noch nicht ausgereift. Wasserstoff ist ein vielfältig einsetzbarer Energieträger und soll einen zentralen Beitrag zur Umsetzung der Energiewende leisten. Aktuell ist jedoch unklar, welche Rolle Wasserstoff künftig wirklich spielen wird und kann. Deutschland wird nicht in der Lage sein, ausreichend grünen Wasserstoff herzustellen, um den angestrebten Bedarf zu decken. Demnach muss Wasserstoff importiert werden, und es könnte, ähnlich wie bei Öl und Gas, eine erneute Abhängigkeit von Energielieferanten entstehen.

Stromverteilung im Stromnetz Ist der Strom in einem Kraftwerk erzeugt, kann er über das europäische Verbundnetz (öffentliches Stromnetz) verteilt und zu Ihrem Gebäude oder einem Industriestandort transportiert werden. Dafür müssen die Netzfrequenz und die Spannung konstant gehalten werden. Zudem werden für den effizienten Transport über lange Distanzen verschiedene Spannungsebenen genutzt, die mit Hilfe von Transformatoren erzeugt werden. Damit das Stromnetz funktioniert, müssen die Netzfrequenz von 50 Hz und die Spannung konstant gehalten werden. Das Stromnetz hat dabei die Besonderheit, dass Stromerzeugung und Strombedarf gleich sein müssen, um die Netzfrequenz konstant zu halten. Durch eine ständige Überwachung der Netzfrequenz und Verbrauchsprognosen über den Tag wird die Stromerzeugung dem Strombedarf permanent angepasst. Bei Fehlprognosen schalten sich Regelkraftwerke im Netz hinzu, welche schnell ein- und ausgeschaltet werden können und die Schwankungen ausgleichen.

Von der Höchst- zur Niederspannung Das europäische Verbundnetz lässt sich mit einem Straßennetz vergleichen. Es gibt Autobahnen, auf denen Strom mit einer Höchstspannung transportiert wird, Bundesstraßen, auf denen dies mit Hochspannung geschieht, Landstraßen mit Mittelspannung und 30er-Zonen mit Niederspannung. Die Transformation in die jeweiligen Spannungsebenen erfolgt über Transformatoren. In Abbildung 9.20 sind

beispielhaft eine Höchstspannungsfreileitung und ein Hochspannungstransformator zu sehen.

Abbildung 9.20: Höchstspannungsfreileitung und Hochspannungstransformator – Quelle links: Sascha, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: jakit17, Stock.Adobe.com

Hohe Spannungsniveaus sind notwendig, um möglichst viel Strom effizient über lange Distanzen zu transportieren, denn bei einer Erhöhung der Spannung reduziert sich die Stromstärke und der elektrische Widerstand der Leitungen, die Leistung bleibt jedoch gleich. Mit einer hohen Spannung kann somit die Übertragungseffizienz gesteigert werden. Für die Änderung der Spannung kommen Transformatoren zum Einsatz. Transformatoren bestehen aus mehreren Spulen und nutzen die elektromagnetische Induktion zur Spannungserhöhung oder Spannungssenkung (siehe Kapitel 3 im Abschnitt »Elektrische- und Magnetische Felder«). Wenn durch eine Spule Wechselstrom fließt, entsteht ein elektromagnetisches Feld. Befindet sich in der Nähe eine weitere Spule, stört das Magnetfeld der ersten Spule die in der zweiten Spule befindlichen freien Elektronen und zwingt diese, sich zu bewegen. Dieser Bewegungszwang der Elektronen wird elektromotorische Kraft (EMK) genannt. Die Spannung und die Polaritätswechsel des Wechselstroms der ersten Spule (Primärspule) werden dann auf die zweite Spule (Sekundärspule) übertragen, ohne dass die zweite Spule direkten Kontakt mit der ersten Spule hat. Im zweiten

Stromkreis liegen dann die gleiche Spannung und Stromstärke an, sofern beide Spulen die gleiche Anzahl an Wicklungen haben (siehe Abbildung 9.21). Um das Magnetfeld der Primärspule zu verstärken und zu bündeln, werden in einem Transformator beide Spulen um einen geschlossenen Eisenkern gewickelt, wie ebenfalls in Abbildung 9.21 zu sehen ist.

Abbildung 9.21: Funktionsprinzip von Transformatoren

Um die Spannung zu transformieren, müssen die Spulen unterschiedliche Wicklungen haben. Dafür werden Aufwärts- und Abwärtstransformatoren verwendet. Aufwärtstransformator: Zur Spannungserhöhung wird die Spannung in einem Aufwärtstransformator hochtransformiert. Dazu müssen die Wicklungen der Sekundärspule erhöht werden (siehe Abbildung 9.22, oberes Bild), wodurch die Spannung in der Sekundärspule erhöht wird. Abwärtstransformator: Zur Spannungsreduzierung wird die Spannung in einem Abwärtstransformator heruntertransformiert, bei dem die Sekundärspule weniger Windungen hat als die Primärspule (siehe Abbildung 9.22, unteres Bild). Dadurch wird die Spannung in der Sekundärspule gesenkt. Bei theoretisch idealen Transformatoren bleibt die Frequenz konstant, während Spannung und Stromstärke verändert werden können und die Leistung gleich bleibt. Reale Transformatoren weisen jedoch Verluste auf, die zur Erwärmung führen. Daher werden in elektronischen Geräten alternative Lösungen für Transformatoren angestrebt (zum Beispiel mit Schaltnetzteilen).

Abbildung 9.22: Aufwärts- und Abwärtstransformator mit unterschiedlichen Windungen der Spulen

Der Dreiphasen-Wechselstrom kommt mit einer Spannung von ca. 10.000 bis 27.000 Volt aus einem Kraftwerk und wird in einem Umspannwerk (Aufwärtstransformator) auf die Höchstspannung transformiert. Die Höchstspannung liegt bei 220.000 beziehungsweise 380.000 Volt und wird über Höchstspannungsleitungen (die »Stromautobahnen«) über weite Strecken im Land verteilt. An dieses Höchstspannungsnetz sind Hochspannungsnetze angeschlossen, von denen Städte und Landkreise mit elektrischer Energie versorgt werden oder mittelgroße Kraftwerke ihren Strom einspeisen. Die Höchstspannung (220.000 V/380.000 V) wird dann mit einem Abwärtstransformator auf Hochspannung (110.000 V) abwärts transformiert. Der Strom befindet sich dann auf der »Strombundesstraße«. Ist der Strom in den Städten und Landkreisen angekommen, wird die Hochspannung (110.000 V) auf Mittelspannung (10.000–30.000 V) abwärts transformiert. Der Strom befindet sich nun auf der »Stromlandstraße« beziehungsweise der »Hauptstraße« in einer Stadt und wird in das regionale Zielgebiet transportiert. An das Mittelspannungsnetz können aufgrund des erhöhten Strombedarfs auch größere Verbraucher wie

Krankenhäuser, Fabriken und größere Wohnkomplexe angeschlossen werden. Wenn der Strom in einem bestimmten Stadtgebiet oder an einem Ort angekommen ist, wird er von der Mittelspannung (10.000–30.000 V) auf die Niederspannung (400 V/230  V) abwärts transformiert. Der Strom befindet sich dann in der »30er-Zone« für Strom und ist bereit, an ein Gebäude im Hausanschlussraum übergeben zu werden. Im europäischen Stromverbundnetz gibt es die vier nachfolgenden Spannungsebenen: Höchstspannung (HH): 220.000 V / 380.000 V (220 kV/ 380 kV) Hochspannung (H): 110.000 V (110 kV) Mittelspannung (M): 10.000 V – 30.000 V (10 kV – 30 kV) Niederspannung (N): 400 V / 230 V Im Hausanschlussraum wird der Strom aus dem Niederspannungsnetz dann für ein Gebäude bereitgestellt.

Das Stromnetz heute und in der Zukunft Vielleicht haben Sie in den Nachrichten schon einmal vom Stromnetz der Zukunft gehört. Dabei fällt immer wieder der Begriff Smart Grid (deutsch: intelligentes Stromnetz). Sie fragen sich nun vielleicht, was das Stromnetz der Zukunft mit der Haustechnik zu tun hat. Eine ganze Menge, denn wenn Ihre Photovoltaikanlage in das Stromnetz einspeist, ist sie ein Teil dessen (siehe Abschnitt »Photovoltaik: Sonnenenergie frei Haus« in diesem Kapitel). Durch den stetig steigenden Energiebedarf stößt das Stromnetz bereits heute an seine Grenzen, und die Stromproduktion muss ausgebaut werden. Bis zur Energiewende war das Stromnetz auf eine zentrale Versorgung ausgelegt, wobei hauptsächlich konventionelle Großkraftwerke Energie aus fossilen Energieträgern und Kernenergie erzeugten. Die Umweltbilanz dieser Kraftwerke ist jedoch schlecht. Die einen stoßen zu viel CO2 aus, für die anderen gibt es keine Lösung zur Endlagerung des radioaktiven Mülls, und sie stellen ein Sicherheitsrisiko dar. Die Energieproduktion muss daher nachhaltig und umweltfreundlich um- und ausgebaut werden. Mit dem Ausbau erneuerbarer Energien unterliegt die Stromproduktion jedoch stärkeren Schwankungen, sodass es bei einer Dunkelflaute (längerer Zeitraum ohne Wind und ausreichend Sonnenlicht) zu Engpässen kommen kann und bei gutem Wetter zu einem Energieüberschuss. Damit das Stromnetz weiterhin funktioniert, muss es neu gedacht werden. Zum Ausgleich dieser Schwankungen ist eine Kombination von verschiedenen dezentralen Energieerzeugern, flexiblen und schnell reagierenden Kraftwerken, Speichern und Verbrauchern notwendig, die untereinander vernetzt sind, miteinander kommunizieren und als verbundenes System gesteuert und verwaltet werden können. Im künftigen Stromnetz wird die Stromerzeugung, -speicherung und -verteilung

automatisch mit Hilfe von Energie- und Lastenmanagementsystemen überwacht, gesteuert und optimiert. Dabei erfolgen auch eine bidirektionale Kommunikation und Interaktion zwischen Erzeugern, Speichern sowie Verbrauchern und dem Stromnetz. Ein Verbraucher kann dann auch Erzeuger oder Speicher sein. Auf dem Dach Ihres Hauses befindet sich eine Photovoltaikanlage, und Sie besitzen ein Elektroauto. Mit Ihrer PV-Anlage können Sie Ihren Strombedarf an Tagen mit hoher Sonneneinstrahlung komplett decken. Den überschüssigen Strom speisen Sie in das Stromnetz ein. Sie sind somit Erzeuger und unterstützen das öffentliche Stromnetz. An Tagen mit Energieengpässen beziehen Sie hingegen Strom aus dem öffentlichen Netz und werden zu einem Verbraucher. Da Ihr Auto voll geladen vor der Tür steht, wäre es großartig, diese Energie ebenfalls für Ihr Gebäude zu nutzten. Durch bidirektionales Laden ist dies möglich. Sie nutzen Ihr Elektroauto als Stromspeicher und speisen dessen Energie zurück in das Gebäude ein. Ihr Gebäude und Ihr Auto sind somit im Smart Grid abwechselnd Erzeuger und Verbraucher sowie Speicher von Strom.

Der Strom kommt im Gebäude an Der Strom gelangt aus dem öffentlichen Stromnetz über eine Leitung in Ihr Gebäude, wird in den Hausanschlusskasten (HAK) geleitet und im Gebäude verteilt. In diesem Abschnitt erfahren Sie, was die Farben der einzelnen Adern in Elektroleitungen zu bedeuten haben, welche Möglichkeiten und Netzformen es für die Stromanbindung gibt und schließlich wie sich der Strom vom Hausanschlusskasten bis hin zu Ihren Steckdosen und Lampen verteilt. In Abbildung 9.23 können Sie den prinzipiellen Aufbau des Stromverlaufs in einem Gebäude nachvollziehen. Hinter dem Hausanschlusskasten kommen eine Zählereinrichtung und der Stromverteilerkasten. Vom Stromverteilerkasten können einzelnen Stromkreise als einphasige Wechselstromkreise (230 V) und dreiphasige Wechselstromkreise (400 V) im Gebäude verteilt werden. Weshalb es Stromkreise mit unterschiedlichen Spannungen gibt, ist im Abschnitt »Stromkreise mit verschiedenen Spannungen« in diesem Kapitel beschrieben.

Abbildung 9.23: Prinzipieller Stromlauf vom öffentlichen Stromnetz zum Stromkreis in ein Gebäude

Leitungen liefern Strom in das Gebäude Im Abschnitt »Drehstromgeneratoren« in diesem Kapitel wird beschrieben, wie der erzeugte Strom mit drei Stromphasen (L1, L2, L3) als Dreiphasen-Wechselstrom in das Stromnetz eingespeist wird. In der Leitung für Ihren Hausanschlusskasten befinden sich daher mindestens vier Adern (Leiter mit Isolierung): drei Adern für die Stromphasen L1, L2, L3 sowie ein geerdeter Neutralleiter (Rückleiter) mit Schutzfunktion (PEN). Teilweise gibt es auch fünfadrige Leitungen vor dem Hausanschlusskasten, in denen der Neutralleiter (N) und der Schutzleiter (PE) getrennt sind. In Abbildung 9.24 sind beide Leitungen beispielhaft dargestellt. Damit Sie die einzelnen Adern zuordnen können, sind diesen bestimmte Farben zugeordnet, wie in Tabelle 9.1 beschrieben ist.

Abbildung 9.24: Vieradrige und fünfadrige Leitungen – Quelle links und rechts: demarco, Stock.Adobe.com

Leiterart

Abkürzung Farbe der Isolierung

Außenleiter

L1, L2, L3

Braun, Liefern den Wechselstrom in drei Phasen Schwarz, Grau

Neutralleiter

N

Blau

Schutzleiter

PE

Grün und Gelb Verbunden mit der Erdung. Die Abkürzung steht für protected earth (deutsch: geschützt gegen Erde).

Neutralleiter PEN mit Schutzfunktion

Beschreibung

Zum Schließen des Stromkreises (auch Rückleiter oder Mittelleiter genannt). Die Abkürzung steht für »neutral«.

Grün und Gelb, Übernimmt die Funktion von Neutralleiter und Schutzleiter in einem Leiter. Die an den Enden Abkürzung steht für protective earth neutral (deutsch: geschützt gegen Erde Blau und neutral).

Tabelle 9.1: Farben der Leiter in Leitungen

Die einzelnen Leiter bestehen im Wohnungsbau ausschließlich aus Kupfer und sind mit einem Isoliermaterial wie PVC oder Kautschuk ummantelt. Mehrere einzelne Adern zusammen ummantelt ergeben eine Leitung. Leitungen gibt es, wie in Abbildung 9.25 zu sehen ist, in verschiedenen Querschnitten und Ausführungen, die mit teils kryptischen Abkürzungen, wie zum Beispiel »NSYIFY« (Sonderstegleitung für Verbraucher mit hoher Leistungsaufnahme), versehen sind. Die Erklärung der Abkürzungen würde den Umfang dieses Buches sprengen, sodass diese nicht weiter beschrieben werden.

Abbildung 9.25: Verschiedene Leitungstypen für die Elektrotechnik – Quelle: mirkograul, Stock.Adobe.com

Leistungsbedarf, Anschlusswerte und Stromverbrauch Damit Sie genügend Strom in Ihrer Wohnung haben, muss die Hauptleitung (die Leitung zwischen Hausanschlusskasten und Zähler) ausreichend groß bemessen werden. Für eine Wohneinheit ohne elektrische Warmwasserbereitung (Durchlauferhitzer) wird beispielsweise eine Leistung von ca. 15 kW zur Verfügung gestellt. Bei drei Wohneinheiten werden hingegen ca. 30 kW und bei acht Wohneinheiten ca. 50 kW als Wert angelegt.

Dies liegt daran, dass bei mehreren Wohneinheiten die Anzahl der gleichzeitig betriebenen Elektrogeräte aller Wohneinheiten niedriger wird, also die Gleichzeitigkeit sinkt. Wenn beispielsweise für eine Wohnung 15 kW bereitgestellt werden, müssten für acht Wohnungen theoretisch 120 kW zur Verfügung gestellt werden (15 * 8 = 120). Aus Erfahrung kann jedoch gesagt werden, dass die Wahrscheinlichkeit sehr gering ist, dass alle acht Wohnungen die gesamte zur Verfügung gestellte Leistung von 120 kW gleichzeitig benötigen. In den Regelwerken zur Elektrotechnik ist daher der effektive Leistungsbedarf von Wohngebäuden, bezogen auf die Anzahl der Wohnungen, hinterlegt, um einen realistischen Bedarf für alle acht Wohnungen zu ermitteln. Somit sind für acht Wohneinheiten (ohne elektrische Warmwasserbereitung) ca. 50 kW ausreichend. Auch wenn Sie nun denken, dass die Anschlusswerte Ihrer Elektroinstallation und der einzelnen Elektrogeräte weitaus höher sind als 15 kW, sind die Anschlusswerte in den Technischen Anschlussbedingungen (TAB) der Verteilnetzbetreiber hinterlegt, basieren auf Erfahrungen und sind in der Regel ausreichend bemessen.

Netzformen für die Stromanbindung Für die Stromanbindung in einem Gebäude gibt es verschiedene Netzformen, bei denen die Erdung eine entscheidende Rolle spielt. Die Erdung ist eine Schutzmaßnahme in elektrischen Anlagen, bei denen ein Punkt der elektrischen Anlage über einen Erder (zum Beispiel einen Metallstab) mit dem Erdreich verbunden ist. Über diesen Punkt können Überspannungen durch Blitzeinschläge, statische Aufladungen, defekte Geräte oder Fehlströme auf dem schnellsten Weg über einen Schutzleiter (PE, engl. protected earth) zur Erdung in das Erdreich abgeleitet werden. Im Fehlerfall geht der Strom den Weg des geringsten Widerstands und kann dadurch die Sicherheitseinrichtungen (siehe »Stromverteilungskasten: Verteilung und Schutz für Ihre Elektroinstallation« in diesem Kapitel) auslösen. Die Erdung muss daher immer auf ihre Niederohmigkeit (geringen elektrischen Widerstand) geprüft werden, um eine effektive Absicherung zu gewährleisten. Durch die Erdung können Lebewesen und Gebäude geschützt werden. Mehr Informationen zur Erdung finden Sie im Abschnitt »Erdung und Potenzialausgleich« in diesem Kapitel. Die verschiedenen Netzformen werden mit TN-C, TN-S, TN-C-S, TT oder IT-Netz abgekürzt. Nachfolgend werden die Bedeutungen der einzelnen Buchstaben beschrieben.

Der erste Buchstabe kennzeichnet die Erdungsverhältnisse der Spannungsquelle und kann T oder I sein. T (Erde): direkte Erdung der Stromquelle (zum Beispiel Transformator). I (Isoliert): keine direkte Erdung der Stromquelle, dafür sind alle aktiven Teile isoliert. Der zweite Buchstabe kennzeichnet die Erdungsverhältnisse leitfähiger Körper (zum Beispiel elektrischer Geräte) in der elektrischen Anlage und kann T oder N sein. T (Erde): Der Körper ist direkt geerdet. Dies kann das Gehäuse eines elektrischen Gerätes sein. N (Neutral): Der Körper ist über den Neutralleiter mit dem Erder der Stromquelle verbunden. Der dritte Buchstabe gibt an, ob der Neutralleiter (Rückleiter) und der Schutzleiter (PE, Erdung) kombiniert als PEN oder getrennt als PE und N Leiter verlaufen. Er kann als C, S oder C-S angegeben werden. C (engl. combined, deutsch: kombiniert): Im PEN-Leiter sind Neutralleiter und Schutzleiter kombiniert. S (engl. separated, deutsch: getrennt): Neutralleiter N und Schutzleiter PE sind getrennt. C-S: Schutzleiter und Neutralleiter sind sowohl kombiniert als auch getrennt. Für die einzelnen Netze nach Erdungsform gibt es unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten. Die Darstellung der einzelnen Netzformen finden Sie in Abbildung 9.26. TN-C-Netz: Im gesamten Netz sind der Neutralleiter und der Schutzleiter in einem Leiter (PEN – protected earth neutral) zusammengefasst. Größter Vorteil dieser Netzform ist die Einfachheit. Der größte Nachteil ist, dass Lebensgefahr besteht, wenn der PEN-Leiter unterbrochen wird. Denn dann steht der Körper (in der Elektrizitätslehre bezieht sich der Begriff Körper auf einen Gegenstand oder eine Substanz, die elektrische Ladungen enthält oder elektrisch leitfähig ist) unter Spannung, und es besteht Lebensgefahr. Die Form des TN-C-Netzes wird heute überwiegend zur Stromverteilung über das Stromnetz verwendet.

Abbildung 9.26: Netzformen nach Erdungsverhältnissen

TN-S-Netz: Im gesamten Netz sind Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) getrennt. Das TN-S-Netz ist somit die sicherste Netzform. Es wird für die Stromverteilung über lange Distanzen selten eingesetzt, da der zusätzliche Leiter auch zusätzliche Kosten verursacht. Häufigster Einsatz von TN-S-Netzen sind gewerbliche Anlagen mit eigenen Transformatoren, die an die Mittelspannung angeschlossen sind. TN-C-S-Netz: Neutralleiter und Schutzleiter sind, wie in Abbildung 9.27, bis zu einem bestimmten Punkt (zum Beispiel Hausanschluss) als PEN-Leiter kombiniert und werden dann in Neutralleiter (N)und Schutzleiter (PE) aufgeteilt. Diese Kombination ist in Deutschland für Neubauten der Standard. TT-Netz: Die Stromquelle (Trafo) wird mit einem Betriebserder geerdet. Dabei ist der Schutzleiter (PE) nicht mit dem Trafo verbunden, sondern nur mit dem Anlagenerder und den elektrisch leitfähigen Körpern. Schutzleiter und Neutralleiter sind somit komplett voneinander getrennt. Das TT-Netz ist als Verteilsystem sehr oft in Italien, Spanien und Frankreich, aber auch in Teilen Deutschlands zu finden. IT-Netz: Die Stromquelle ist komplett isoliert und nicht geerdet. Der Schutzleiter ist somit nicht mit dem Trafo verbunden, sondern nur mit dem Anlagenerder und den elektrisch leitfähigen Körpern. Auch hier sind Schutzleiter und Neutralleiter voneinander getrennt. IT-Netze werden beispielsweise in Krankenhäusern eingesetzt.

In Deutschland ist in Gebäuden überwiegend das TN-Netz vertreten, sodass hier die Möglichkeiten TN-C, TN-S und TN-C-S auftreten. In Abbildung 9.27 ist beispielhaft ein TN-C-S-Netz abgebildet, welches als TN-C-Netz aus dem öffentlichen Netz kommt und im Wohngebäude auf ein TN-S-Netz wechselt. Diese Form ist für die Gebäudeversorgung in Deutschland für Neubauten Standard. In Altbauten sind auch noch TT-Netze zu finden. Mehr zur Stern- und Dreieckschaltung, die in Abbildung 9.27 zu sehen sind, finden Sie im Abschnitt »Stromkreise mit verschiedenen Spannungen«.

Abbildung 9.27: Beispielhafte Darstellung eines TN-C-S-Netzes für Neubauten

Stromverteilung im Gebäude Die Stromverteilung im Gebäude liefert den Strom vom Hausanschluss zur Steckdose. Bevor der Strom an der Steckdose ankommt, muss er noch einen Zähler und einen Stromverteiler mit Sicherungsanlagen passieren. Je nach Größe des Gebäudes kann es mehrere Verteilstationen geben.

Hausanschlusskasten für die Stromübergabe Der Hausanschlusskasten (HAK) ist nach Möglichkeit immer so nah wie möglich an der Stelle im Gebäude angebracht, an der die Leitung von außen in das Gebäude gelangt. In manchen Fällen kann es auch vorkommen, dass sich der Kasten aus technischen Gründen

woanders im Gebäude befindet. Typische Anschlussarten sind der Erd- und der Freileitungsanschluss. Erdanschluss: Der Erdanschluss kommt überwiegend in Ballungsgebieten und Städten vor. Die Stromleitung wird aus dem Erdreich durch die Kellerwand in das Gebäude geführt. Der HAK befindet sich dann im Keller des Gebäudes. Freileitungsanschluss: Der Freileitungsanschluss kommt überwiegend in ländlichen Gebieten vor. Der Strom wird über Oberleitungen verteilt, und der Hausanschluss befindet sich entweder im Dachgeschoss oder im Keller mittels zusätzlichem Erdanschluss.

Wenn Sie vorhaben, neu zu bauen, sollten Sie den Antrag für den Hausanschluss bereits vor Baubeginn, spätestens jedoch nach der Fertigstellung des Rohbaus bei Ihrem Energieversorgungsunternehmen von einer zugelassenen Elektrofachfirma stellen lassen. Der Antrag für den Hausanschluss nennt sich meist »Anmeldung zum Anschluss an das Niederspannungsnetz«. Der Hausanschlusskasten gehört dem Verteilnetzbetreiber, welcher auch dem lokalen Energieversorgungsunternehmen (EVU), wie beispielsweise den Stadtwerken, angegliedert sein kann. Die Stromleitung aus dem öffentlichen Stromnetz läuft unten in den Hausanschlusskasten hinein und wird mit der Hauptleitung zur Gebäudeversorgung verbunden, wie Sie in Abbildung 9.28 sehen können. Der Hausanschlusskasten ist verplombt, und es dürfen nur Fachkräfte gesichert daran arbeiten. Die Hauptleitung verlässt den Hausanschlusskasten oberhalb des HAK und geht ins Gebäude. Zwischen den drei Außenleitern (L1, L2, L3) kommt im HAK je eine NH-Sicherung (NH steht für NiederspannungsHochleistungssicherung) zum Schutz der dahinter installierten Elektroinstallation vor Überspannung.

Abbildung 9.28: Beispielhafter Anschluss eines Hausanschlusskastens

Je nach Netzform wird die Erdung unterschiedlich zur Potenzialausgleichsschiene geführt. In Abbildung 9.28 ist der Hausanschlusskasten eines TN-C-S-Netzes zusehen, welche in Neubauten heute Standard ist (siehe »Netzformen für die Stromanbindung« in diesem Kapitel). Die Leitung kommt vieradrig in den HAK und verlässt ihn fünfadrig. In einigen Fällen kann es erforderlich sein, dass die Elektroinstallation in Altbauten bei größeren Eingriffen (zum Beispiel Umbau Zählerschrank oder Ergänzung einer Photovoltaikanlage) angepasst werden muss, um den aktuellen Stand der Technik und den Vorschriften der Netzbetreiber (technische Anschlussbedingungen, TAB) zu entsprechen.

Erdung und Potenzialausgleich Die Erdung und der Potenzialausgleich sind wichtige Sicherheitseinrichtungen in einem Gebäude, die dem Personenschutz dienen und eng miteinander verbunden sind. Zusammen sorgen sie dafür, dass alle elektrischen und leitenden Anlagenteile in einem Gebäude auf dem gleichen elektrischen Potenzial liegen und Fehlerströme, Überspannungen sowie Potenzialunterschiede in die Erde geleitet werden. Erdung: Elektrische Anlagen in einem Gebäude sind mit der Erde verbunden. Die Erdung leitet Fehlerströme und Überspannungen direkt in den Boden ab. Bei elektrischen Geräten und in Stromkreisen erfolgt die Erdung über den Schutzleiter, welcher mit der Potenzialausgleichsschiene verbunden ist. Diese ist über eine Anschlussfahne mit der Erde verbunden. Potenzialausgleich: Der Potenzialausgleich verhindert Potenzialunterschiede

(Spannungen) zwischen der Erde und allen elektrischen sowie leitfähigen Anlagenteilen in einem Gebäude, die zu elektrischen Schlägen führen können. Dazu gehören neben der Elektroinstallation auch Wasserleitungen, Gasleitungen, Heizungsrohre, Antennen oder Ihre Badewanne. Für den Potenzialausgleich werden alle leitfähigen Anlagenteile über Schutz- und Potenzialausgleichsleiter miteinander über die Potenzialausgleichsschiene verbunden, welche mit der Erde verbunden ist. Durch den Potenzialausgleich werden unterschiedliche Spannungen zwischen den genannten Anlagenteilen ausgeglichen, und die Gefahr von elektrischen Schlägen wird reduziert. In Abbildung 9.29 ist beispielhaft eine Potenzialausgleichsschiene dargestellt.

Der elektrische Widerstand (siehe Kapitel 3, Abschnitt »Es wird eng für die Elektronen: Der elektrische Widerstand«) zur Erde muss sehr gering sein, um Fehlerströme schnell abzuleiten. Da Fehlerströme sehr hoch sein können, werden bei der Überschreitung einer bestimmten Stromstärke (zum Beispiel 16 A) Sicherheitseinrichtungen wie Leitungsschutzschalter oder FI-Schalter ausgelöst, um die Leitungen spannungsfrei zu schalten. Mehr Informationen zu Sicherheitseinrichtungen finden Sie im Abschnitt »Stromverteilungskasten: Verteilung und Schutz für Ihre Elektroinstallation« in diesem Kapitel.

Abbildung 9.29: Potenzialausgleichsschiene verbunden mit verschiedenen Anlagenteilen – Quelle: Hulshofpictures, Stock.Adobe.com

In Abbildung 9.30 ist ein beispielhaftes Schema für die Erdung und den Potenzialausgleich in einem Gebäude dargestellt. Für die Funktion der Erdung und des Potenzialausgleichs kommen die nachfolgenden Bauteile zum Einsatz. Potenzialausgleichsschiene: An der Potenzialausgleichsschiene (1 in Abbildung 9.30) sind alle elektrischen, leitenden und nicht isolierten metallischen Materialien mit einem Schutzleiter beziehungsweise Potenzialausgleichsleiter verbunden. Von der Potenzialausgleichsschiene verläuft eine metallische Anschlussfahne ins Erdreich zum Fundamenterder.

Abbildung 9.30: Potenzialausgleichsschiene und Hauptpotenzialausgleich über Fundamenterder

Anschlussfahne: Eine Anschlussfahne (2 und 4 in Abbildung 9.30) ist ein Metallband oder ein Metallstab. Sie ist im Fundament mit dem Fundamenterder verbunden und ragt aus dem Fundament heraus. In der Regel gibt es zwei Anschlussfahnen: eine, die ins Gebäudeinnere führt, und eine, die aus dem Gebäude ins Erdreich führt. An der Anschlussfahne, die ins Gebäudeinnere führt, wird die Potenzialausgleichsschiene angebracht. Die Anschlussfahne, die ins Erdreich führt, wird mit dem äußeren Blitzschutz (Blitzableiter) verbunden. Fundamenterder: Der Fundamenterder (3 in Abbildung 9.30) ist ein Metallband, welches als geschlossener Ring in das Umfassungsfundament eines Gebäudes eingelassen ist. Zum Schutz vor Korrosion ist der Fundamenterder komplett mit Beton ummantelt. Mit dem Fundamenterder sind die Anschlussfahnen für die Potenzialausgleichsschiene sowie den Blitzschutz verbunden. In Abbildung 9.31 sind beispielhaft zwei Anschlussfahnen dargestellt. In der linken Abbildung ragt die Anschlussfahne fürs Gebäudeinnere aus dem Fundament heraus. In der rechten Abbildung ist das Fundament noch nicht gegossen, die aus dem Gebäude führende Anschlussfahne jedoch hervorragend zu sehen.

Abbildung 9.31: Anschlussfahnen für die Erdung – Quelle links: Jürgen Fälchle, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Schlegelfotos, Stock.Adobe.com

Durch Blitzeinschläge können Schäden am Gebäude entstehen oder Personen tödlich verletzt werden. Ein Blitzschutz ist daher wichtig und essenziell für Sie und Ihr Gebäude. Er hat die Aufgabe, bei einem Blitzeinschlag die elektrische Ladung über eine gut leitende Verbindung, welche Blitzableiter genannt wird, in die Erde abzuführen. Der Blitzschutz wird in den inneren und äußeren Blitzschutz unterschieden. Äußerer Blitzschutz: Über miteinander verbundene metallische Leiter, die außerhalb des Gebäudes angebracht sind, wird der Blitz in die Erde abgeleitet und das Gebäude vor Schäden geschützt. Innerer Blitzschutz: Neubauten müssen verpflichtend über einen Überspannungsschutz verfügen. Dieser dient speziell zur Sicherung Ihrer elektronischen Geräte vor Überspannungen durch Blitzeinschläge. In Altbauten empfiehlt es sich, diesen nachzurüsten. Die Kosten und der Aufwand sind überschaubar, und Ihr Elektrofachbetrieb wird Sie dabei unterstützen.

Überblick über die verschiedenen Arten von Stromzählern Der Stromzähler ist das erste Bauteil hinter dem Hausanschlusskasten und mit diesem über eine Leitung verbunden. Der Stromzähler erfasst die genutzte elektrische Energie im Gebäude. Die genutzte Energie wird in Kilowattstunden (kWh) über ein Zählwerk ausgegeben. Mehr Informationen zur Energie finden Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Arbeit verrichten und Energie umwandeln«.

Der Zähler gehört dem zuständigen Netzbetreiber. Die Manipulation eines Zählers ist eine Straftat und kann als Entziehung elektrischer Energie (Stromdiebstahl), Betrug oder Sachbeschädigung eingestuft werden. Für die Stromzählung gibt es verschiedene Zählertypen, die nachfolgend aufgelistet sind. In Abbildung 9.32 sind beispielhaft mechanische und digitale Stromzähler zu sehen. Mechanischer Stromzähler: weitverbreiteter, aber alter Zählertyp, der auch unter dem Namen Ferraris-Zähler bekannt ist. Dabei wird im Zähler die elektrische Energie durch Induktion gemessen. Die Geschwindigkeit der Drehscheibe variiert je nach Stromstärke.

Abbildung 9.32: Mechanische und digitale Stromzähler

Mehrtarif-Stromzähler: Bei diesem Zählertyp kann der Strom zu unterschiedlichen Tarifen gezählt werden. Diese Bauart wurde früher speziell für Nachtspeicherheizungen eingesetzt und heute vereinzelt für Wärmepumpen genutzt. Die Tarife werden in Hochtarif und Niedertarif abgerechnet. Wenn Ihre Wärmepumpe mit einem Wärmepumpen-Tarif betrieben wird, erhalten Sie dafür meist einen separaten Zähler. Digitaler Stromzähler: In diesen Zählern wird der Strom mit elektronischen Bauteilen gezählt. Moderne Smart Meter (deutsch: intelligente Stromzähler) sind zudem für das Smart Grid (deutsch: intelligentes Stromnetz – siehe »Das Stromnetz heute und in der Zukunft« in diesem Kapitel) gerüstet. Smart Meter können

fernausgelesen werden und Ihnen Informationen zum aktuellen Strombedarf sowie zur Nutzungszeit liefern. Digitale Stromzähler sind überwiegend Zweirichtungszähler, die Sie beispielsweise an den Richtungspfeilen auf dem Zähler erkennen können (siehe Abbildung 9.32 links dargestellt). Über Zweirichtungszähler können Sie die Energie zählen, die Sie aus dem Netz beziehen und über Ihre Photovoltaikanlage in das Netz einspeisen. Messwandlerzähler: Die bisher genannten Zähler sind überwiegend direkt messende Zähler. Bei größeren Energieabnahmen in Industrie und Gewerbe werden hingegen Messwandlerzähler eingesetzt. Messwandlerzähler wandeln die elektrischen Signale in einfacher zu messende Signale um und liefern bei größeren Leistungen eine höhere Genauigkeit. Die Anordnung der Zähler erfolgt in größeren Gebäuden und Mehrfamilienhäusern dezentral oder zentral. Dezentrale Zähleranordnung: Bei der dezentralen Anordnung können sich die Zähler der einzelnen Wohnungen direkt im Verteilerkasten in der Wohnung befinden oder etagenweise für mehrere Vermietungseinheiten in einem Verteilschrank in den jeweiligen Etagen (Etagenzähler). Vorteile: einfache Zuordnung des Verbrauchs zu den Wohneinheiten, schnellerer Zugriff auf Zähler und Zählerdaten für Bewohner. Nachteile: höherer Installationsaufwand und höhere Kosten, es wird mehr Platz benötigt. Wartungskosten können höher ausfallen. Zentrale Zähleranordnung: Bei der zentralen Anordnung befinden sich die Zähler der einzelnen Wohneinheiten an einem zentralen Ort (Zählerkasten), meist kurz hinter dem Hausanschlusskasten. Vorteile: Platzersparnis durch zentrale Anordnung, günstiger, geringerer Installationsaufwand, leichterer Zugang für Fachkräfte für Wartungsarbeiten und Ablesung. Nachteile: Bewohner haben erschwerten Zugriff auf Zähler und Zählerdaten.

Stromverteilungskasten: Verteilung und Schutz für Ihre Elektroinstallation Hinter jedem Zähler erfolgt die Stromverteilung im Gebäude über den Stromkreisverteiler. Dieser wird umgangssprachlich auch Verteilerkasten oder Sicherungskasten genannt. In Abbildung 9.33 finden Sie einen Stromkreisverteiler als Unterverteilung mit Zählereinrichtung, wie er oft in Einfamilienhäusern vorkommt.

Abbildung 9.33: Stromkreisverteiler mit Zähleinrichtung – Quelle: Thomas Söllner, Stock.Adobe.com

Die Stromverteilung wird in Hauptverteilung, Unterverteilung und Gruppenverteilung unterschieden. Die Hauptverteilung befindet sich dabei nicht in einem Wohngebäude, sondern ist die erste Verteilung im Stromnetz hinter einem Transformator, wo die Spannung von 10.000 V auf 400 V/230 V heruntertransformiert wird. In Wohngebäuden sind hauptsächlich Unterverteilungen und in großen Gebäuden hinter der Unterverteilung weitere Gruppenverteilungen anzutreffen. Hauptverteilung: Die Hauptverteilung ist die erste Stromverteilung hinter dem Transformator und befindet sich nicht im Wohngebäude. Von der Hauptverteilung wird der Strom zu einzelnen Gebäuden in Unterverteilungen transportiert. Die Hauptverteilung wird auch Niederspannungshauptverteilung genannt und mit dem Kürzel NSHV abgekürzt. Unterverteilung: Die Unterverteilung ist die Stromverteilung in einem Gebäude und befindet sich hinter dem Zähler. In einem Einfamilienhaus können sich Zähler und Unterverteilung in einem Verteilerkasten befinden. Von der Unterverteilung wird der Strom im Gebäude oder in der Wohneinheit in einzelne

Stromkreise verteilt. Die Unterverteilung wird als Niederspannungsunterverteilung mit NSUV abgekürzt. Gruppenverteilung: In größeren Gebäudekomplexen und Mehrfamilienhäusern kann es zur besseren Übersicht, der separaten Absicherung sowie der dezentralen Verteilung noch zu weiteren Verteilungen hinter der Unterverteilung kommen. Eine Wohnung kann beispielsweise, wie in Abbildung 9.34 zu sehen, mit einer eigenen Stromverteilung ausgestattet werden. Diese wird Gruppenverteilung oder Niederspannungsgruppenverteilung genannt und mit NSGV abgekürzt.

Abbildung 9.34: Wohnungsverteiler mit verschiedenen Stromkreisen – Quelle: Ronald Rampsch, Stock.Adobe.com

Im Stromkreisverteiler sind alle wichtigen Bauteile zur Verteilung und Sicherung des Stroms untergebracht. Zu den wichtigsten Bauteilen gehören die Überstrom- und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen, welche umgangssprachlich Sicherungen genannt werden. Die Aufgabe der Sicherungen ist es, einen Stromkreis bei Kurzschlüssen, Fehlerströmen oder bei Überschreitung einer bestimmten Stromstärke zu unterbrechen, damit Lebewesen und elektrische Geräte keinen Schaden nehmen. Hat eine Sicherung beispielsweise einen

Wert von 16 Ampere, löst sie beim Überschreiten dieser Stromstärke nach gewisser Zeit aus und unterbricht den Stromkreis. Wie schnell eine Sicherung auslöst, hängt vom Grad der Überschreitung aus. Ein Kurzschluss entsteht dann, wenn Elektronen in einem Stromkreis unbeabsichtigt von einem Pol zum anderen fließen können, ohne einen Verbraucher zu durchfließen. Dies sollte unbedingt verhindert werden, da durch einen Kurzschluss die Stromstärke in einem Stromkreis so groß werden kann, dass sich die Leiter übermäßig erhitzen, die Isolation brüchig wird und es zu Schäden kommt. Im schlimmsten Fall kann ein Brand ausgelöst werden. In einem Verteilerkasten befinden sich verschiedene Schutzeinrichtungen. Dazu gehören Schmelzsicherungen, Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter bzw. RCDs) und Leitungsschutzschalter. In Abbildung 9.35 sind diese beispielhaft dargestellt.

Abbildung 9.35: Schutzeinrichtungen in einem Verteilerkasten – Quelle links: dk-fotowelt, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte und rechts: AndreiNN, Stock.Adobe.com

Schmelzsicherung: Die Schmelzsicherung ist die Eingangssicherung im Verteilerkasten und allen Schutzeinrichtungen vorgeschaltet. Eine Wohnungseinheit wird in der Regel mit 63 Ampere abgesichert. In Abbildung 9.35 ist beispielhaft eine Schraubsicherung zu sehen. Schmelzsicherungen sind in der Regel nur noch in Altbauten zu finden. Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter): Der FI-Schalter (RCD – engl. residual current protective device) ist eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung und dient in erster Linie dem Personenschutz. Der FI-Schalter löst erst bei einer indirekten Berührung aus. Die indirekte Berührung ist die Berührung eines Bauteils, welches normalerweise gut isoliert ist und nicht unter Strom steht, bei dem jedoch aufgrund eines

Isolationsfehlers eine Berührungsspannung anliegt. Wird diese Berührungsspannung vom FI-Schalter registriert, unterbricht er den Stromkreis und verhindert die Gefahr eines Stromschlags. In Neubauten sind FI-Schalter verpflichtend einzubauen. FISchalter werden in der Regel jedoch nicht für jeden Stromkreis installiert, sondern für mehrere Stromkreise oder Bereiche, wie zum Beispiel für eine einzelne Wohnungen in einem Mehrfamilienhaus. Für Altbauten besteht keine Pflicht zur Nachrüstung, außer, es werden umfangreiche Umbau- oder Sanierungsmaßnahmen vorgenommen. Leitungsschutzschalter: Der Leitungsschutzschalter ist eine ÜberstromSchutzeinrichtung und in jedem Stromkreis vorhanden. Der Leitungsschutzschalter löst bei einem Kurzschluss oder einer dauerhaften Überlastung aus und verhindert somit eine Überschreitung der maximal zulässigen Stromstärke für Elektrogeräte und Leitungen. Dadurch werden Schäden an der Elektroinstallation und Ihren Geräten, sowie Brände durch zu hohe Stromstärken verhindert. Neben Leitungsschutzschaltern als Kipphebelschalter sind in vielen Altbauten noch Schraubsicherungen vorzufinden. Neben den Sicherungseinrichtungen gibt es noch weitere Bauteile, die in einem Verteilerkasten verbaut sein können. Dazu gehören Zeitschaltuhren, Geräte für Rundfunk und Kommunikation, Automatisierungskomponenten für Smart Home, Treppenlichtautomaten, Zähler, Meldeanlagen oder die Einspeisung für Ihre Photovoltaikanlage.

Stromkreise für Beleuchtung, Steckdosen und Großgeräte Vom Sicherungskasten ausgehend verteilen sich nun die einzelnen Stromkreise im Gebäude oder der Wohneinheit. Die Anzahl der Stromkreise richtet sich in der Regel nach der Wohnfläche. Die Aufteilung könnte dann nach Quadratmeter erfolgen, wie in Tabelle 9.2 zu sehen ist. Zusätzlich zu den Stromkreisen der Wohnungen werden in Mehrfamilienhäusern auch Stromkreise für Gemeinschaftsanlagen wie die Treppenbeleuchtung oder die zentrale Heizungsanlage angelegt. Wohnfläche Anzahl der Stromkreise für Beleuchtung und Steckdosen Bis 50 m2

3

51–75 m2

4

76–100 m2

5

101–125 m2

6

Über 125 m2 7

Tabelle 9.2: Beispielhafte Stromkreise nach Wohnfläche für Beleuchtung und Steckdosen

Für Großgeräte wie Elektroherde, Waschmaschinen oder elektrische Durchlauferhitzer sind separate Stromkreise notwendig. Die Verteilung der Stromkreise kann wie in Abbildung 9.36 erfolgen. Vom Stromverteilungskasten gehen die einzelnen Stromkreise in

die einzelnen Zimmer und Bereiche der Wohnung. In der Küche befinden sich in diesem Beispiel die drei Großverbraucher Elektroherd, Waschmaschine und Geschirrspüler. Diese erhalten jeweils einen separaten Stromkreis.

Abbildung 9.36: Beispielhafte Stromkreisanordnung in einer Wohnung

Stromkreise mit verschiedenen Spannungen In der Regel besteht im Niederspannungsbereich zwischen jeder Phase (L1, L2, L3) und dem Neutralleiter (N) eine Spannung von 230 V. Zwischen zwei Phasen besteht hingegen eine Spannung von 400 V. In Gebäuden wird sich dieses zunutze gemacht, und es gibt Stromkreise mit einphasigem Wechselstrom (230 V) und Drehstromkreise mit dreiphasigem Wechselstrom (400 V). In der nachfolgenden Auflistung wird beschrieben, weshalb es einphasige und dreiphasige Wechselstromkreise gibt. Einphasiger Wechselstromkreis (230 V): An einphasige Wechselstromkreise mit einer Spannung von 230 V sind die meisten Haushaltssteckdosen sowie die Beleuchtung angeschlossen. Daran können Sie den Großteil Ihrer Haushaltsgeräte wie Fernseher, Kühlschrank oder Mixer anschließen. Die Leitung für einphasige Wechselstromkreise ist in der Regel dreiadrig und hat eine Phase (L1, L2, oder L3), den Neutralleiter (N) und den Schutzleiter (PE), wie in Abbildung 9.37 (rechte Grafik) zu sehen ist. Dreiphasiger Wechselstromkreis (400 V): Für leistungsstarke Geräte wie Elektroherde, Backöfen und Durchlauferhitzer werden Drehstromkreise (DreiphasenWechselstrom) mit einer Spannung von 400 V benötigt. Die Geräte sind je nach Anforderung in Sternschaltung oder Dreieckschaltung an die Drehstromkreise angeschlossen. Die Leitung für Drehstromkreise ist fünfadrig und besitzt alle drei Phasen (L1, L2 und L3), den Neutralleiter (N) und den Schutzleiter (PE). In der linken Grafik in Abbildung 9.37 ist eine Leitung für einen dreiphasigen Wechselstromkreis dargestellt.

Abbildung 9.37: Leitungen für dreiphasigen und einphasigen Wechselstrom – Quelle links und rechts: demarco, Stock.Adobe.com

In Abbildung 9.38 sind die verschiedenen Spannungen zwischen den einzelnen Phasen und dem Neutralleiter sowie die Anschlüsse der Stromkreise an Verbraucher für einphasigen Wechselstrom (1) und Dreiphasen-Wechselstrom in Stern- und Dreieckschaltung (2 und 3) dargestellt. Bei einer Sternschaltung werden alle fünf Adern (L1, L2, L3 + N + PE) am Verbraucher angeschlossen, wie in Abbildung 9.38 (rechte Grafik, 2) zu sehen ist. Bei einer Dreieckschaltung werden hingegen nur die drei Phasen und der Schutzleiter vom Verbraucher benötigt (L1, L2, L3 + PE), wie in Abbildung 9.38 (rechte Grafik, 3) zu sehen ist. Dadurch ist eine noch höhere Leistungsaufnahme möglich.

Abbildung 9.38: Spannung zwischen den Phasen und Neutralleiter mit verschiedenen Schaltungen

Es werde Licht, und es komme Strom aus der Steckdose Von den Stromkreisen gehen in den jeweiligen Zimmern einzelne Abgänge für die Beleuchtung und die Steckdosen ab. In diesem Abschnitt erfahren Sie, in welchen Bereichen (Installationszonen) Leitungen in der Wand verlegt werden sollten, wie viele Steckdosen und Lichtauslässe verbaut werden und welche verschiedenen Schaltungen es für die Beleuchtung gibt.

Installationszonen Für die Verlegung von Elektroleitungen in Wänden gibt es Installationszonen, in denen Leitungen verlegt werden dürfen und die in technischen Regelwerken definiert sind. In Abbildung 9.39 sind beispielhaft Installationszonen für einen Innenraum dargestellt. Die Installationszonen haben den Vorteil, dass eine vorhandene Elektroleitung einfach erweitert oder wiedergefunden werden kann.

Abbildung 9.39: Beispielhafte Installationszonen für Elektroleitungen

Die Installationszonen können Ihnen in Zukunft nicht nur helfen, die Leitungen wiederzufinden, sie verringern auch die Gefahr, dass bei nachfolgenden Montagearbeiten oder beim Anbringen eines neu erworbenen Kunstwerkes Leitungen durch einen eingeschlagenen Nagel beschädigt werden. Leider halten sich nicht alle Fachbetriebe an die Installationszonen, daher sollten Sie Ihre Leitungen immer mit einem Multidetektor ausfindig machen. Mehr Informationen zum Multidetektor (Leitungsfinder) finden Sie in Kapitel 18 im Abschnitt »Messgeräte für Heimwerkende«. Die Installationszonen werden in »waagerechte Installationszonen bei horizontaler Verlegung« (mit ZW abgekürzt) und »senkrechte Installationszonen bei vertikaler Verlegung« (mit ZS abgekürzt) unterteilt und sind in Abbildung 9.39 grau dargestellt. Horizontale Leitungen in ZW-Zone: Die vorgegebene Breite der ZW-Zonen liegt bei 30 cm. Als Faustregel können Sie sich merken, dass eine horizontal verlegte Leitung einen Abstand von ca. 30 cm zur Decke oder zum Boden haben sollte. Vertikale Leitungen in ZS-Zone: Die vorgegebene Breite der ZS-Zonen liegt bei 20  cm. Als Faustregel können Sie sich merken, dass eine vertikal verlegte Leitung einen Abstand von ca. 15 cm zu angrenzenden Wänden, Türen und Fenstern haben sollte.

Steckdosen, Lichtauslässe und Lichtschalter für Ihren Wohnbereich Damit Ihre Elektroinstallation komplett ist, benötigen Sie noch Steckdosen, Lichtauslässe (Anschlusspunkte für Ihre Beleuchtung) und Lichtschalter in den jeweiligen Räumen. In

Abbildung 9.40 sind ein Lichtauslass, ein Serienlichtschalter sowie eine Doppelsteckdose zu sehen. Der überwiegende Anteil der Steckdosen in Deutschland sind SchukoSteckdosen (Schuko steht für Schutzkontakt). Diese sind an eine Phase (L1, L2 oder L3), den Neutralleiter (N) sowie den Schutzleiter (PE) angeschlossen. In Abbildung 9.40 ist im rechten Bild eine Doppelsteckdose mit Schuko-Steckdosen zu sehen, die an den beiden zusätzlichen Metallkontakten für die Erdung zu erkennen sind.

Abbildung 9.40: Endpunkte in einem Stromkreis: Lichtauslässe, Lichtschalter und Steckdosen – Quelle links: Tobias, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte: atomicrooster, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: schaltwerk, Stock.Adobe.com

Die Anzahl der Lichtschalter stimmt nicht immer mit der Anzahl der Lichtauslässe überein, da diese von der gewünschten Schaltung der Beleuchtung abhängt. Im nachfolgenden Abschnitt werden die möglichen Schaltungsformen für die Beleuchtung vorgestellt. In Tabelle 9.3 finden Sie eine beispielhafte Übersicht der Mindestempfehlungen für Lichtauslässe, Steckdosen und Extraanschlüsse für Verbraucher mit eigenen Stromkreisen. Bereich

Lichtauslässe Steckdosen (allgemein) Anschlüsse eigener Stromkreis

Wohnzimmer bis 20m2

1

4

–

Wohnzimmer über 20m2

2

5

–

Küchenbereich

2

3

–

Küche: E-Herd (3 x 230 V)

-

-

1

Küche: Geschirrspüler

-

-

1

Küche: Waschmaschine

-

-

1

Essbereich

1

3

–

Je Schlafzimmer bis 16 m2

1

6

–

Je Schlafzimmer über 16 m2

1

8

–

Bad

2

2

–

WC-Raum

1

1

–

Tabelle 9.3: Beispielhafte Auswahl empfohlener Mindestausstattung für Steckdosen und Lichtauslässe

In Schuko-Steckdosen können Sie Eurostecker, Konturenstecker, Hybridstecker und Schuko-Stecker stecken. Die einzelnen Steckertypen sind in Abbildung 9.41 zu sehen.

Abbildung 9.41: Passende Stecker für Schuko-Steckdosen – Quelle links: IB Photography, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte links: Ana Belen Garcia, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte rechts: Robert Lehmann, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: photofluff.de, Stock.Adobe.com

An einer normalen Haushaltsteckdose liegt in der Regel eine Spannung von 230 Volt an, und die Stromstärke beträgt bis zu 16 Ampere. Wird die Stromstärke überschritten, löst der Leitungsschutzschalter (wenn mit 16 Ampere abgesichert) aus, und die Leitung ist spannungsfrei. Sie können somit eine maximale Leistung von 3.680 W anschließen. Als Faustregel können Sie sich merken, dass Sie nicht mehr als 3.600 W (3,6 kW) an eine Steckdose anschießen sollten. Besonders wenn Sie Mehrfachsteckdosen nutzen, sollten Sie darauf achten, die maximale Nennleistung nicht zu überschreiten. Das Hintereinanderschalten von mehreren Steckerdosenleisten sollten Sie zudem vermeiden, da die Nennleistung schnell überschritten werden kann. An neuen Steckdosenleisten ist daher der Hinweis »Nicht hintereinander stecken« vermerkt. Eine Sonderform der Steckdosen, sind CEE-Steckervorrichtungen (umgangssprachlich auch Drehstromstecker genannt) für elektrische Geräte, die mit Dreiphasen-Wechselstrom (400 V) und Stecker betrieben werden. Rote CEESteckverbindungen sind in der Regel mit 16 A, 32 A oder 63 A abgesichert. Die Stecker befinden sich meist in Garagen und Werkstätten. Typische Geräte für diese Stecker sind Heizgeräte, Baumaschinen, Kreissägen oder Motoren. In Abbildung 9.42 ist eine rote CEE-Steckervorrichtung dargestellt.

Abbildung 9.42: Rote CEE-Steckverbindung mit Dreiphasen-Wechselstrom

Schalterarten für Ihre Beleuchtung Wenn Sie einen Raum betreten, schalten Sie über einen Lichtschalter das Licht an, und beim Verlassen des Raumes schalten Sie es wieder aus. Manchmal ist der Schalterstandort jedoch ungünstig gelegen, oder eine Lampe soll über mehrere Schalter geschaltet werden. In Gebäuden und Wohnungen gibt es daher verschiedene Schaltermöglichkeiten für die Beleuchtung. Die am häufigsten verwendeten sind Ausschalter, Serienschalter und Wechselschalter. Die Schaltmöglichkeiten sind in Abbildung 9.43 dargestellt. Ausschalter: Ausschalter sind die einfachste Form der Schaltung. Über einen Schalter schließen oder unterbrechen Sie den Stromkreis und schalten damit das Licht an oder aus. Serienschalter: Serienschalter finden Sie beispielsweise bei einem Doppelschalter. Hier befinden sich zwei Schalter in einem Gehäuse zur Schaltung von zwei Lampen in einem Raum. Jeder Schalter ist einer Lampe zugeordnet, die an- und ausgeschaltet werden kann.

Abbildung 9.43: Typische Schalterarten für die Beleuchtung – Quellen Fotos: New Africa, Stock.Adobe.com

Wechselschalter: Wenn Sie eine Lampe in einem langen Flur haben, wäre es umständlich, das Licht immer nur von einem Ort an- oder auszuschalten. Mit Wechselschaltern können Sie an beiden Enden des Flures eine Lampe im Flur an- und ausschalten. Eine weitere wichtige Schalterart in Mehrfamilienwohnhäusern sind TreppenlichtZeitschalter, die mit Zeitrelais funktionieren und in Treppenhäusern das Licht nach einer bestimmten Zeit von allein wieder ausschalten. Die Schaltung einer Beleuchtung erfolgt nicht immer über einen Schalter, sondern kann auch über Bewegungsmelder, Taster oder Funkschalter erfolgen. Nachfolgend sind die verschiedenen Schalterarten beschrieben. Wippschalter: ein klassischer Lichtschalter, über den die Beleuchtung mittels Wippe ein- oder ausgeschaltet wird. Die Wippe wird für die Schaltung nach oben oder nach unten gedrückt, und der Schalter bleibt anschließend in seiner Position. Tastschalter: Bei einem Taster erfolgt das Ein- oder Ausschalten des Lichts durch einmaliges Drücken auf den Taster. Der Taster ist dabei nur ein Auslöser und geht

nach dem Drücken zurück in seine Ursprungsstellung. Wipptaster: Diese Form finden Sie häufig in Treppenhäusern wieder. Der Wipptaster wird über eine Wippe betätigt, gibt einen Impuls, um das Licht anzuschalten, und kehrt in seine Ausgangsstellung zurück. Funkschalter: Das Licht kann aus der Ferne mittels Fernbedienung ein- und ausgeschaltet werden. Smart-Home-Taster: Das Licht kann über eine passende Smart-Home-App, per Zeitschaltung oder Sprachbefehl ein- und ausgeschaltet werden. Dimmer: Mit einem Dimmer können Sie die Helligkeit einer Lampe regulieren. Zeitschaltuhr: Mit einer Zeitschaltuhr können Sie die Beleuchtung zu bestimmten Zeiten automatisch an- und ausschalten.

Wie Internet, Fernsehen und Rundfunk heute funktionieren Neben Steckdosen und Beleuchtung gibt es noch weitere Dinge und Geräte in einem Gebäude, die zum Bereich der Elektrotechnik gezählt werden. Dazu gehören Anlagen für die Telekommunikation sowie Rundfunk und Fernsehen, welche in diesem Abschnitt vorgestellt werden.

Internet und Co: Kommunikation mit der Außenwelt Telefon und Internet sind aus der modernen Welt kaum noch wegzudenken. Für die Kommunikation und den Datentransfer gibt es ein weit verzweigtes Kommunikationsnetz, welches Telefonie und Internet möglich macht. In diesem Abschnitt erfahren Sie, wie Telefonie und Internet heute funktionieren, warum dafür das Kommunikationsnetz ausgebaut wird und wie die Datenkabel letztlich in Ihr Gebäude kommen.

Goodbye, ISDN – hello, All-IP Da der Datenverkehr immer weiter ansteigt und neben Computern und Smartphones auch Fernseher, Spielekonsolen, Smart-Home-Komponenten und sogar Kühlschränke mit dem Internet verbunden werden können, befindet sich das Telefonnetz im Wandel hin zu einem modernen Kommunikationsnetz. Das alte, analoge Telefonnetz mit ISDN (integriertes Sprach- und Datennetz) und der klassischen Telefonie hat ausgedient und wurde bis zum Jahr 2022 auf eine IP-basierte (Internetprotokoll) Technologie umgestellt, die sich All-IP nennt (engl. all over IP, deutsch: alles über IP). Über All-IP können Sie internetfähige Geräte in Ihrem Gebäude mit nur einer einzigen Leitung mit dem Internet verbinden.

Mit der All-IP-Technologie werden alle bisherigen Übertragungstechniken auf ein IP-basiertes System umgestellt. Durch das einheitliche IP-System werden Internet, Telefonie, Fernsehen, Mobilfunk und Fax über ein einziges Netzwerk –das Next Generation Network (NGN, deutsch: Netzwerk der nächsten Generation) – angeboten. Ein separater ISDN-Anschluss entfällt, da die Telefonie ebenfalls über IP erfolgt. Die Technologie zum Telefonieren über IP nennt sich Voice over IP (VoIP, deutsch: Sprache über IP) und ist somit ein Teil von All-IP.

Ausbau des Kommunikationsnetzes Um den ausreichenden Datentransfer auch in Zukunft sicherzustellen, wird das Kommunikationsnetz mit einem höheren Anteil an Glasfaserkabeln ausgebaut, da die Datenübertragung über Kupferkabel begrenzt ist. Glasfaserkabel sind ein wichtiger Baustein für den Ausbau des Kommunikationsnetzes und ersetzen Kupferkabel. Im Vergleich zu Kupferkabeln sind über Glasfaserkabel höhere Übertragungsgeschwindigkeiten mit einer hohen Übertragungsqualität möglich, es können mehr Daten übertragen werden, und die Sicherheit sowie Lebensdauer sind länger. Kupferleitungen haben zudem das Problem der Leitungsdämpfung. Das bedeutet, je länger die Kupferleitung ist, desto niedriger ist die Datenrate am Ende der Leitung. In Städten kann die Leitungsdämpfung von Kupferleitungen durch eine höhere Dichte an Verteilerkästen reduziert werden. In ländlichen Gegenden mit langen Leitungswegen und höherer Leitungsdämpfung wird hingegen das sogenannte Vectoring eingesetzt. Mit dem Vectoring-Verfahren werden Störungen reduziert und ausgeglichen, sodass sich auch in entlegenen Gegenden höhere Datenraten über Kupferkabel erzielen lassen. Über dezentrale Betriebsstellen, die deutschlandweit verteilt sind, fließt der komplette Sprach- und Datenverkehr zu lokalen Verteilerkästen in Kupfer- und Glasfaserkabeln zum Hausanschluss in Ihr Gebäude. In Abbildung 9.44 ist beispielhaft ein lokaler Verteilerkasten der Telekom zu sehen.

Abbildung 9.44: Verteilerkasten der Telekom mit Glasfaserwerbung

Aktuell gibt es drei Möglichkeiten, wie das Internet zu Ihrem Gebäude kommen kann: DSL, VDSL und FTTB. Dabei spielen die Kabel zum lokalen Verteilerkasten und von dort zu Ihrem Gebäude eine wichtige Rolle. DSL: bedeutet digital subscriber line (deutsch: digitaler Teilnehmeranschluss) und ermöglicht Datenraten von bis zu 16 Megabit pro Sekunde (Mbit/s). Bei DSL sind die Leitung zum Verteilerkasten (von der Betriebsstelle kommend) sowie die Leitung vom Verteilerkasten in das Gebäude aus Kupfer. DSL ist die langsamste Möglichkeit der Datenübertragung im Internet. DSL: Kupferkabel Verteilerkasten Kupferkabel Gebäude. VDSL: bedeutet very high-speed digital subscriber line (deutsch: digitaler Hochgeschwindigkeits-Teilnehmeranschluss) und ermöglich eine Datenrate von bis zu 50 Megabit pro Sekunde (Mbit/s). Bei VDSL ist die Leitung zum Verteilerkasten (von der Betriebsstelle kommend) aus Glasfaser und die Leitung vom Verteilerkasten ins Gebäude aus Kupfer. VDSL: Glasfaserkabel Verteilerkasten Kupferkabel Gebäude. FTTB, FTTH und FTTD: FTTB bedeutet fibre to the building (deutsch: Glasfaser bis ins Gebäude) und ermöglicht eine Datenrate von bis zu 1.000 Megabit pro Sekunde (Mbit/s). Bei FTTB ist die Leitung zum Verteilerkasten (von der Betriebsstelle

kommend) sowie die Leitung in das Gebäude aus Glasfaser. Die Technik mit der Glasfaserleitung geht jedoch noch weiter. So gibt es FTTH (engl. fibre to the home, deutsch: Glasfaser bis in die Wohnung), bei der die Glasfaserleitung bis in die Wohnung verläuft, und FTTD (engl. fibre to the desk, deutsch: Glasfaser bis zum Schreibtisch), bei der das Glasfaserkabel bis zu Ihrem Schreibtisch reicht. FTTB: Glasfaserkabel Verteilerkasten Glasfaserkabel Gebäude.

Vom Hausanschluss ins Internet Durch die Umstellung auf All-IP ist der Anschluss sehr viel einfacher als noch zu ISDNZeiten. Geräte wie Netzabschlussgerät (NTBA) und eine verwirrende Verkabelung im Wohnzimmer oder Büro entfallen. Über den Hausanschluss gelangt ein Kupfer- oder ein Glasfaserkabel in Ihr Gebäude und mündet in den Abschlusspunkt des Leitungsnetzes (APL). Der APL ist ein grauer Kasten und befindet sich meist im Keller oder Hausanschlussraum Ihres Gebäudes. Von dort verlaufen die Leitungen im Gebäude zu einen Anschlusspunkt für Ihren Router. Ob bei Ihnen DSL, VDSL oder FTTH vorhanden ist, erfahren Sie von Ihrem Telekommunikationsanbieter. Nachfolgend wird beschrieben, wie der Anschluss über Kupferkabel (DSL oder VDSL) und Glasfaserkabel (FTTH) vom APL zu Ihrem Router erfolgt. Anschluss für Kupferleitung: Bei einem VDSL- und DSL-Anschluss führt die Kupferleitung vom Abschlusspunkt des Leitungsnetzes (APL) im Keller zur Telekommunikations-Anschlusseinheit (TAE-Dose) in Ihrem Wohnzimmer oder Büro. Da viele moderne Router ein integriertes Modem besitzen, benötigen Sie in der Regel kein zusätzliches Modem. Jetzt brauchen Sie den Router nur noch mit der TAE-Dose zu verbinden und können Ihren Internetzugang konfigurieren. In Abbildung 9.45 ist der Aufbau vereinfacht dargestellt.

Abbildung 9.45: All-IP-Anschluss mit Kupferleitung für DSL und VDSL

Anschluss Glasfaserleitung: Bei einem Glasfaseranschluss (FTTH) führt die Glasfaserleitung vom Abschlusspunkt des Leitungsnetzes (APL) zur Optical Network Termination (ONT) (deutsch: optischer Netzabschluss). Anders als die TAE-Dose benötigt das ONT eine 230-V-Steckdose, um mit Strom versorgt zu werden. Vom ONT ausgehend wird der Router mit einem Netzwerkkabel verbunden, und Sie können Ihren Internetzugang konfigurieren. Zusätzlich können Sie vom Router ausgehend einen Netzwerk-Switch anschließen, von dem noch weitere Räume mit Netzwerkkabeln und Netzwerkdosen versorgt werden. Die TAE-Dose wird bei einem Glasfaseranschluss nicht mehr benötigt. In Abbildung 9.46 ist der Aufbau vereinfacht dargestellt.

Abbildung 9.46: All-IP-Anschluss mit Glasfaserleitung für FTTB, FTTH und FTTD

Lassen Sie sich nicht verwirren. Beim Glasfasernetz gibt es für das ONT mehrere Bezeichnungen, die aber letztlich dasselbe Gerät meinen. Das ONT wird auch Glasfaserbox, Glasfasermodem, Network Termination (NT) oder Netzabschlussgerät (NTBA) genannt.

Rundfunk und Fernsehen Fernsehprogramme können Sie, je nachdem, welche Anschlüsse in Ihrem Gebäude anliegen, über vier Wege empfangen: über die klassische terrestrische Antenne (auf dem Dach), über Kabel, Satellit oder das Internet. Dabei kommen Abkürzungen wie DVB-T, DVB-C, DVB-S und IPTV zum Einsatz. Die Abkürzung DVB steht für digital video broadcasting (deutsch: digitale Videoübertragung). Der nachfolgende Buchstabe beschreibt die Art der Übertragung: T für terrestrisch, C für Kabel (engl. cable) und S für Satellit. Die Abkürzung IPTV steht für

internet protokoll television (deutsch: Fernsehen über Internetprotokoll) und ist Teil von All-IP (siehe Abschnitt »Goodbye, ISDN – hello, All-IP« in diesem Kapitel). Nachfolgend sind die Übertragungsmöglichkeiten beschrieben und in Abbildung 9.47 die verschiedenen Empfangsgeräte dargestellt. Terrestrische Antenne (DVB-T): Alte terrestrische Antennen säumen heute noch immer viele Dächer von Gebäuden und fangen dort elektromagnetische Schwingungen ein, die von einem Sender ausgesandt und über einen Verstärker im Gebäude zu den Antennensteckdosen verteilt werden. Alternativ können auch Zimmerantennen für den Empfang verwendet werden. Damit Sie DVB-T auf Ihrem Fernseher sehen können, benötigen Sie einen Receiver (deutsch: Empfänger), welcher auch Set-Top-Box genannt wird. Neuere Fernsehgeräte haben oft einen DVB-T Empfänger integriert. Im Jahr 2019 wurde flächendeckend DVB-T2 HD eingeführt (digitales Antennenfernsehen in hoher Auflösung) und DVB-T abgeschaltet. Über DVB-T2 HD können Sie bis zu 40 Fernsehprogramme in hoher Auflösung empfangen.

Abbildung 9.47: Empfangsgeräte fürs Fernsehen – Quelle links: zilber42, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte links: Robert Kneschke, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte rechts: kiono, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Антон Скрипачев, Stock.Adobe.com

Satellitenfernsehen (DVB-S): Mit einer Satellitenschüssel (Parabolantenne) können Sie von überall digitales Satellitenfernsehen empfangen. Dazu müssen Sie die Satellitenschüssel in einem bestimmten Winkel zum Satelliten ausrichten, um Daten zu empfangen. Das Herzstück der Satellitenschüssel ist der LNB-Converter (engl. low noise block converter, deutsch: rauscharmer Signalumsetzer), welcher die empfangenen Frequenzen für den DVB-S-Receiver nutzbar macht. Ähnlich wie beim DVB-T wurde auch beim DVB-S ein höherer Standard für eine höhere Qualität eingeführt: der DVB-S2 Standard. Kabelfernsehen (DVB-C): Kabelfernsehen ist meist in Ballungsgebieten und Städten anzutreffen. Beim Kabelfernsehen kommt ähnlich wie für Strom, Wasser und Telekommunikation ein Kabel in das Gebäude, welches von einem Übergabepunkt im Gebäude verteilt wird. Damit Sie Kabelfernsehen auch wirklich nutzen können,

benötigen Sie einen Kabelanschluss, einen Kabelvertrag mit einem Anbieter für Kabelfernsehen sowie einen DVB-C-Receiver (deutsch: Empfänger). Viele Anbieter für Kabelfernsehen bieten auch Internet über das Kabelnetz an. Internetfernsehen (IPTV): Mit IPTV schauen Sie Fernsehen über das Internet. IPTV ist dabei ein Anwendungsbereich von All-IP (siehe Abschnitt »Goodbye, ISDN – hello, All-IP« in diesem Kapitel). Somit wird Fernsehen auch von Telekommunikationsunternehmen angeboten. Für IPTV benötigen Sie einen IPTVReceiver, welcher Ihnen meist von Ihrem Internetanbieter gegen einen Aufpreis zur Verfügung gestellt wird.

Viele moderne Fernsehgeräte (Smart TVs) haben Empfänger für DVB integriert. Die Empfänger für DVB werden dann beispielsweise als »Triple Tuner DVB-C/S/ S2/ T/ T2« beworben, weil Sie drei Übertragungsarten empfangen können. Auch für das Radio gibt es verschiedene Übertragungsmöglichkeiten, welche nachfolgend vorgestellt werden. Digitale Radioübertragung (DAB+): DAB steht für digital audio broadcasting (deutsch: digitaler Rundfunk) und ist der digitale Übertragungsstandard für den terrestrischen Empfang von Radiosendern. Der Großteil der Radiosender hat bereits auf die digitale Übertragung umgestellt. Als wichtigster Vorteil wird die höhere Datenübertragung für den Verkehrsfunk angeführt, sodass dieser in kompatible Navigationssysteme integriert werden kann und Verkehrsmeldungen in die Straßennavigation einfließen. Seit Ende 2020 müssen Autoradios in Neuwagen digitale Radiosender empfangen können. Analoger Radioempfang (UKW/FM): Ultrakurzwelle (UKW) oder auch Frequenzmodulation (FM) sind der klassische analoge Radiostandard. Dieser wird parallel zu DAB+ betrieben. Einen Abschalttermin für UKB und FM ist nicht geplant.

Der Unterschied zwischen analoger und digitaler Datenübertragung liegt in der Art, wie die Daten und Informationen übertragen werden. Bei der digitalen Übertragung können weniger Daten mit höherer Qualität übertragen werden, wohingegen die analoge Datenübertragung störanfällig ist und Verzerrungen aufweisen kann.

Kapitel 10

Licht- und Beleuchtungstechnik IN DIESEM KAPITEL Lernen Sie die Grundlagen und Begriffe der Beleuchtungstechnik kennen. Erfahren Sie, welche Lampen und Leuchtentypen es gibt und was der Unterschied zwischen Lampen und Leuchten ist. Erhalten Sie einen Leitfaden zum Kauf von neuen Lampen. Erfahren Sie, welche unterschiedlichen Beleuchtungsarten für die verschiedensten Bereiche zum Einsatz kommen.

Licht ist ein wichtiger Faktor für Ihr Wohlbefinden, denn ohne Beleuchtung wäre es in Ihrem Gebäude meist ziemlich dunkel. Fenster sorgen tagsüber zwar für einen gewissen Tageslichtanteil, doch dieser kann zu gering sein, und spätestens mit der Dämmerung wird es düster. Was hilft, ist eine gute Beleuchtung mit Kunstlicht. Damit können Sie jederzeit für einen angenehmen Sehkomfort sorgen. Für eine gute Beleuchtung stehen Ihnen unzählige Leuchtmittel und Leuchten zur Verfügung, die neben dem Sehkomfort einen Raum auch im architektonischen Bereich aufwerten können. Zudem ändert sich der Lichtmarkt: Glühlampen sind bereits vom Markt verschwunden, und Leuchtstoff- sowie Halogenlampen werden schrittweise aus dem Verkehr genommen. Die Zukunft gehört effizienten LED-Lampen, welche nur noch einen Bruchteil der elektrischen Energie der genannten Leuchtmittel benötigen. In diesem Kapitel erfahren Sie die wichtigsten Begrifflichkeiten der Lichttechnik, welche Lampen- und Leuchtentypen es gibt, welche Lampen künftig verboten sein werden und welche Sie stattdessen einsetzen können. Zudem erfahren Sie, welche Beleuchtungsarten es in den verschiedenen Bereichen gibt. Lampen und Leuchten werden gerne als Synonyme verwendet (ähnlich wie bei der Regelung und der Steuerung – siehe Kapitel 7 im Abschnitt »Unterschied zwischen Regelung und Steuerung«), sind jedoch eigenständige Begriffe und sollten nicht miteinander verwechselt werden. Lampe: Eine Lampe ist eine künstliche Lichtquelle, die auch Leuchtmittel genannt wird. Dazu gehören beispielsweise Glühlampen, LED-Lampen oder

Leuchtstofflampen. Eine Lampe ist ein künstliches Leuchtmittel, aber keine Leuchte. Leuchte: Eine Leuchte ist eine Lampenhalterung, welche das Licht in eine bestimmte Richtung abstrahlen lässt (zum Beispiel mit einer schützenden Abdeckung). Zudem kann eine Leuchte weitere technischen Bestandteile wie Vorschaltgeräte besitzen. Eine Leuchte ist daher keine Lampe.

Grundlagen und Begriffe der Lichttechnik Für die Beleuchtung in einem Gebäude wird elektrische Energie in einem Leuchtmittel in Licht umgewandelt. Licht gehört als Energieform zu der elektromagnetischen Strahlung, die für den Menschen zunächst unsichtbar ist. Nur wenn Sie direkt in eine Lichtquelle schauen oder wenn Licht auf Materie trifft, wird es vom menschlichen Auge wahrgenommen. Um eine Lichtquelle beurteilen zu können, gibt es verschiedene Größen in der Lichttechnik, die nachfolgend vorgestellt werden. Die wichtigsten Größen für die Beleuchtung sind der Lichtstrom, die Lichtausbeute, die Lichtstärke, die Beleuchtungsstärke, die Lichtfarbe, der Farbwiedergabeindex und die Reflexion von Umgebungsflächen. Nachfolgend werden diese Größen vorgestellt.

Der Lichtstrom: Die Helligkeit einer Lichtquelle Der Lichtstrom gibt die Helligkeit (technisch richtiger die Strahlungsleistung) einer Lichtquelle an (siehe Abbildung 10.1), die Sie mit Ihren Augen wahrnehmen können. Dabei wird das gesamte von der Lichtquelle abgestrahlte Licht berücksichtigt. Der Lichtstrom hat das Formelzeichen Φ (griech. Phi) und die Einheit Lumen (lm). Je mehr Lumen eine Lichtquelle hat, desto heller ist sie.

Abbildung 10.1: Lichtstrom – Helligkeit einer Lichtquelle

Nachfolgend finden Sie Beispiele für den Lichtstrom verschiedener Lampen bei einer ähnlichen Leistungsaufnahme. Zum Vergleich: Eine Kerze hat ca. 12 lm. 60-W-Glühlampe: ca. 700 lm

58-W-Leuchtstofflampe: ca. 5.200 lm 60-W-LED-Lampe: ca. 10.800 lm An diesen Zahlen können Sie sehen, dass eine LED bei gleicher Leistungsaufnahme bis zu 15-mal heller sein kann als die anderen Lampen. Wenn Sie nun eine alte Glühlampe mit einer Leistung von 60 W gegen eine LED austauschen, benötigt die neue LED-Lampe bei gleichem Lichtstrom nur noch ca. 4 bis 6 Watt. Dies ist eine fantastische Energieeinsparung. Das Verhältnis von Lichtstrom und Leistungsaufnahme ist die Lichtausbeute, welche nachfolgend vorgestellt wird.

Lichtausbeute: Der Wirkungsgrad einer Lampe Die Lichtausbeute η (griech. Klein Eta) kann mit dem Wirkungsgrad eines Leuchtmittels gleichgesetzt werden (siehe Wirkungsgrad in Kapitel 3 im Abschnitt »Energieverlust, Exergie und Anergie«). Verschiedene Lampentypen haben beispielsweise bei gleichem Lichtstrom unterschiedliche Leistungsaufnahmen. Die Lichtausbeute gibt das Verhältnis zwischen dem abgegebenem Lichtstrom und der benötigten elektrischen Leistung an. Je höher die Lichtausbeute ist, desto energieeffizienter ist ein Leuchtmittel. Die Einheit ist Lumen pro Watt (lm/W), die Lichtausbeute kann mit der nachfolgenden Formel berechnet werden:

Die Lichtausbeute einer LED-Lampe mit 700 lm und einer Leistungsaufnahme von 4 W liegt bei 175 lm/W.

Die Lichtausbeute einer Glühlampe mit 700 lm und einer Leistungsaufnahme von 60  W liegt hingegen bei 11,6 lm/W.

Die LED ist somit wesentlich energieeffizienter als eine Glühlampe.

Lichtstärke: Mehr als nur Helligkeit Die Lichtstärke I beschreibt nur einen Teil des Lichtstroms einer Lichtquelle, der in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird (siehe Abbildung 10.2). Dadurch kann beispielsweise ermittelt werden, ob ein Leuchtmittel in einer bestimmten Leuchte für einen Arbeitsplatz mit besonderen Sehanforderungen geeignet ist. Ausschlaggebende Größen für die Lichtstärke sind der Lichtstrom Φ (griech. Phi) in Lumen bezogen auf den Raumwinkel Ω (griech. Omega) in Steradiant (sr). Der Raumwinkel entspricht prinzipiell einem dreidimensionalen Abstrahlwinkel.

Abbildung 10.2: Lichtstärke – Helligkeit in einem bestimmten Raumwinkel

Die Lichtstärke I hat die Einheit Candela (cd) und wird über die folgende Formel mit dem Lichtstrom und dem Raumwinkel bestimmt:

Wenn Sie daran interessiert sind, wie sich die Lichtstärke eines Leuchtmittels in einer bestimmten Leuchte (Lampenhalterung) in einem Raum verteilt, können Sie eine Lichtstärkeverteilungskurve (LVK) heranziehen, die von vielen Leuchtenherstellern zur Verfügung gestellt wird. Die LVK ist eine grafische Darstellung zur Lichtverteilung einer Leuchte und wird in

dem sogenannten Polardiagramm dargestellt. Bei einer frei hängenden Glühlampe könnte dieses wie in Abbildung 10.3 aussehen. Die Leuchte befindet sich dabei immer im Zentrum des Polardiagramms. Von dieser verteilt sich der Lichtstrom in verschiedene Richtungen des Raumes. Im unteren Teil des Polardiagramms strahlt das Licht auf die Nutzebene, im oberen Bereich an die Decke und an den seitlichen Bereichen an die Wände. Über die LVK können Sie sehen, in welchem Abstrahlwinkel die Lichtstärke der Leuchte am höchsten ist. Die Lichtverteilungskurve wird im Polardiagramm zweidimensional dargestellt, es handelt sich aber um eine dreidimensionale Lichtverteilung im Raum.

Abbildung 10.3: Lichtstärkeverteilungskurve (LVK) im Polardiagramm

Die Kreise um die Lichtquelle geben dabei die Lichtstärke der Leuchte in Candela pro 1.000 Lumen (cd/ 1.000 lm) an. Die 1.000 Lumen beziehen sich auf das in der Leuchte verwendete Leuchtmittel und ermöglichen somit eine Vergleichbarkeit mit anderen Leuchten. Aus der LVK in Abbildung 10.3 können Sie ablesen, dass die Lichtstärke senkrecht unter der Leuchte (Abstrahlwinkel 0 °) bei ca. 800 cd liegt und am höchsten ist. In einem Abstrahlwinkel von 60 ° liegt die Lichtstärke hingegen bei ca. 420 cd. Die LVK ist ein wichtiges Mittel für die Beleuchtungsplanung zum besseren Verständnis der Lichtverteilung in einem Raum.

Beleuchtungsstärke: Maß für die optimale Beleuchtung Die Beleuchtungsstärke E beschreibt das Verhältnis aus dem eintreffenden Lichtstrom I

(lm) auf eine Fläche A (m2), wie in Abbildung 10.4 dargestellt ist. Die Beleuchtungsstärke ist eine reine Empfängergröße und beschreibt die Stärke der Beleuchtung auf eine bestimmte Fläche. Für die Beleuchtungsstärke sind daher der Abstand zur Lichtquelle und der Einstrahlwinkel auf den Messpunkt entscheidend. So können Sie beurteilen, ob die Beleuchtung für verschiedene Aufgaben in einem bestimmten Bereich ausreichend geplant ist. Die Beleuchtungsstärke E wird in Lux (lx) angegeben und lässt sich über die nachfolgende Formel berechnen.

Abbildung 10.4: Beleuchtungsstärke – Lichtstrom auf einer Fläche

Für eine gute Arbeitsplatzbeleuchtung werden beispielsweise 500 lx empfohlen. Zur Messung der Beleuchtungsstärke kommen Luxmeter zum Einsatz, wie sie in Abbildung 10.5 zu sehen sind. Für die Messung der Beleuchtungsstärke legen Sie das Luxmeter mit dem Fotosensor auf den Messpunkt. Dies kann eine Schreibtischplatte, der Boden eines Raumes oder eine Arbeitsplatte in einer Werkstatt sein. Die gemessene Beleuchtungsstärke erscheint dann auf dem Display in der Einheit Lux.

Abbildung 10.5: Digitale Luxmeter zur Messung der Beleuchtungsstärke – Quelle links: alexlmx, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: marco, Stock.Adobe.com

In Tabelle 10.1 finden Sie verschiedene Empfehlungen zur Beleuchtungsstärke in verschiedenen Bereichen.

Lichtfarbe: Für jede Situation die richtige Stimmung Die Lichtfarbe eines Leuchtmittels beschreibt den Farbeindruck einer Lichtquelle und wird auch Farbtemperatur genannt. Die Einheit der Lichtfarbe ist Kelvin (K). Der Einfluss der Lichtfarbe auf das Behaglichkeitsempfinden ist nicht zu unterschätzen. Warmweißes Licht wird als angenehm und gemütlich empfunden, wohingegen tageslichtweißes Licht einen hohen Blauanteil hat und als kalt wahrgenommen wird. Nachfolgend werden die verschiedenen Lichtfarben vorgestellt. Raum / Bereich / Tätigkeit

Empfohlene Beleuchtungsstärke

Arbeitsplatzbeleuchtung (Schreiben, Lesen, Datenverarbeitung) 500 lx Treppenhäuser und Flure

50– 100 lx

Küchenbeleuchtung

250–300 lx

Wohnzimmer

100–150 lx

Bad

250–300 lx

Schlafzimmer

100–150 lx

Tabelle 10.1: Empfohlene Beleuchtungsstärke in verschiedenen Räumen

Warmweißes Licht (< 3.300 K): ist ein angenehmes warmes Licht, welches zum Entspannen einlädt und überwiegend im Wohnbereich, in Restaurants und Cafés eingesetzt wird. Kerzen haben beispielsweise eine warme Lichtfarbe von ca. 1.900 K. Glühlampen hatten eine Lichtfarbe von 2.700 bis 2.900 K und Halogenlampen von

3.000 bis 3.200 K. Heute können Sie diese gegen energieeffiziente LED-Lampen mit warmweißem Licht tauschen. Neutralweißes Licht (3.300–5.300 K): Neutralweißes Licht wird gerne in Büros, Arbeitszimmern sowie Küche und Bad eingesetzt, da es einen höheren Blauanteil hat und die Konzentration sowie Leistungsfähigkeit fördert. Dazu gehörten beispielsweise Leuchtstofflampen, die eine Lichtfarbe von 2.800 bis 5.300 K haben. Inzwischen erhalten Sie auch LED-Lampen mit einem neutralweißen Licht. Tageslichtweißes Licht (> 5.300 K): Tageslichtweißes Licht wird in Werks- und Produktionsstätten sowie in Industriebetrieben mit hohen Anforderungen eingesetzt. Aufgrund des hohen Blauanteils wird es kalt beschrieben. Zum Einsatz kommen LEDund Leuchtstofflampen mit einer Lichtfarbe von 5.300 bis 6.000 K. Die Lichtfarbe von Tageslicht liegt zwischen 5.000 und 6.000 Kelvin.

Farbwiedergabeindex in der Beleuchtungstechnik Die Farbwiedergabeindex (CRI, engl. color rendering index) gibt an, wie naturgetreu Farben durch das Anstrahlen eines Leuchtmittels wahrgenommen werden. Der CRI-Wert wird auch Ra-Wert genannt und in einem Bereich von 0 bis 100 angegeben. Je höher der Ra-Wert einer Lampe ist, desto natürlicher ist die Farbwiedergabe. Liegt der Ra-Wert einer Lampe bei 100, ist die Farbwiedergabe sehr gut und naturgetreu. Dies kann bei bestimmten Sonnenschutzverglasungen eine Herausforderung werden, wenn diese das Spektrum des Tageslichts stark verschieben. Im Wohnbereich wird ein Ra-Wert zwischen 80 und 100 empfohlen. Liegt der Ra-Wert unterhalb von 40, ist die Farbwiedergabe schlecht.

Reflexion von Umgebungsflächen Licht wird erst sichtbar, wenn es auf Materie wie Gegenstände, Körper und Flächen trifft. Je nach verwendetem Material oder Farbe der Materie wird ein Teil des Lichts auf den Flächen absorbiert (aufgenommen) und ein Teil reflektiert (zurückgestrahlt) oder bei durchlässigen Materialien transmittiert (durchgelassen). Diese Absorptions-, Reflexionsund Transmissionsgrade von Materialien werden in Prozent (%) angegeben. Sie ergeben zusammen 100 % und hängen von verschiedenen Faktoren wie Körperdicke, Lichteinfallswinkel oder den Bedingungen an der Oberfläche ab. Der Reflexionsgrad kann daher nicht als eine Konstante angegeben werden. Im Groben können Sie sich merken, dass eine weiße Wand einen höheren Reflexionsgrad besitzt als eine schwarze und eine dünne Klarglasscheibe mehr Licht durchlässt als eine dicke getönte Scheibe.

Die verschiedenen Arten von Lampen und

Leuchten Die Anforderungen einer Beleuchtung in Wohnungen, am Arbeitsplatz oder in der Werkstatt sind unterschiedlich. So wollen Sie in der Werkstatt und am Arbeitsplatz konzentriert arbeiten, wohingegen im Wohn- und Schlafzimmer eine entspannende und gemütliche Atmosphäre herrschen soll. Für die unterschiedlichsten Anforderungen gibt es verschiedene Möglichkeiten, eine Beleuchtung zu planen. In diesem Abschnitt werden Ihnen die wichtigsten Lampen- und Leuchtentypen vorgestellt.

Überblick der gängigsten Lampenarten Für die Umwandlung von elektrischer Energie in Licht gibt es drei Möglichkeiten: die Temperaturerhöhung, die Gasentladung und die Elektrolumineszenz. Nach diesen Arten werden auch die Lampenarten benannt: Es wird in Temperaturstrahler, Entladungslampen und Leuchtdioden unterschieden. Die verschiedenen Lampenarten werden Ihnen in diesem Abschnitt vorgestellt, und Sie erfahren, worauf Sie beim nächsten Lampenkauf achten müssen.

Temperaturstrahler: Mehr Wärme als Licht Bei Temperaturstrahlern wird elektrische Energie durch einen Wolframdraht geleitet. Dieser fängt an, sich zu erwärmen, und beginnt zu glühen. Aufgrund des fehlenden Sauerstoffs im Glaskolben findet keine Verbrennung statt. Mit zunehmender Temperatur wird das Licht immer heller. Zu den Temperaturstrahlern gehören die folgenden Lampenarten, welche in Abbildung 10.6 beispielhaft dargestellt sind. Glühlampen (auch Allgebrauchslampen genannt) Halogenlampen (Hoch- und Niedervolt-Halogenlampen)

Abbildung 10.6: Typische Temperaturstrahler als Glühlampe und Halogenlampe – Quelle links und rechts: atomicrooster, Stock.Adobe.com

Glüh- und Halogenlampen in »Birnenform« haben in der Regel einen Schraubsockel für Lampenfassungen. Im Wohnbereich sind die Lampenfassungen E27 und E14 gängig. Halogenlampen gibt es auch mit Stiftsockel (zum Beispiel G10, GY6.35 oder G4). Die Zahlen stehen dabei für die Gewindebreite bei Schraubsockeln und für den Abstand der Stifte bei Stiftsockeln in Millimetern. Die Vorteile von Temperaturstrahlern sind die warme Lichtfarbe und gute Farbwiedergabe, weshalb sie oft in Wohngebäuden eingesetzt wurden. Größte Nachteile von Temperaturstrahlern sind die hohen Wärmeverluste und die vergleichsweise geringe Lichtausbeute. Seit 2009 wurden Glühlampen in der EU daher stufenweise verboten. Da Glühlampen ca. 95 % der elektrischen Energie in Wärme und nur ca. 5 % in Licht umwandeln, sollte das Verbot den Einsatz von energieeffizienten Leuchtmitteln erhöhen und einen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Aufgrund der Öko-Design-Richtlinie dürfen in der EU seit 2012 keine Glühlampen mehr mit einer Leistung größer als 25 Watt verkauft werden. Der Widerstand zum »Glühlampenverbot« war vorprogrammiert, da alternative Energiesparlampen zu dieser Zeit oftmals nicht dieselbe angenehme Lichtfarbe wie Glühlampen lieferten und zudem eine schlechtere Ökobilanz in der Produktion und Entsorgung aufwiesen. Als Reaktion und satirisches Kunstprojekt verkaufte der Essener Maschinenbauingenieur Siegfried Rotthäuser alte Glühlampen mit einer Leistung größer 60 W als Heatballs (deutsch: Heizbälle). Damit wollte er die EU-Vorgaben

umgehen. Seine Begründung für die Aktion war, dass Bürger entmündigt werden und das Verbot die Umwelt nicht schützen werde. Der Fall landete vor Gericht, und die Aktion wurde unterbunden. Bis zum März 2014 wurden dennoch ca. 10.000 »Heatballs« verkauft. Heute gibt es energieeffiziente und umweltschonende LED-Lampen, die es in allen erdenklichen Lichtfarben zu kaufen gibt und die nur noch einen Bruchteil der Leistung alter Glühlampen benötigen. Auch wenn die Produktion von LED-Lampen im Vergleich zu klassischen Glühlampen aufwendiger ist, sind der geringere Stromverbrauch und die längere Lebensdauer ausschlaggebend für eine positivere Gesamtökobilanz. Die Gegenargumente von damals gelten heute nicht mehr.

Entladungslampen: Wenn Gas zu leuchten beginnt Im Glaskörper einer Entladungslampe befindet sich unter Druck stehendes, ionisiertes Gas oder Metalldampf. Durch die Lampe wird über Glühelektroden elektrische Energie geleitet, was zu einer elektrischen Gasentladung im Glaskörper führt und die Füllung zum Leuchten bringt. Entladungslampen werden daher auch Gasentladungslampen oder Metalldampflampen genannt. Für den Betrieb von Entladungslampen benötigen diese meist zusätzliche Geräte, die teils auch in die Lampen integriert sind. Dazu gehören beispielsweise Vorschaltgeräte, Starter, Zündgeräte oder Transformatoren für den Zündvorgang des Gases und die Strombegrenzung. Entladungslampen werden in Hochdruck- und Niederdrucklampen unterschieden und nachfolgend vorgestellt. Hochdruckentladungslampen Hochdruckentladungslampen wurden früher hauptsächlich für die technische Beleuchtung, in der Industrie und für die Straßenbeleuchtung eingesetzt, wie Sie in Abbildung 10.7 sehen können. Aus energetischen und ökologischen Gründen sowie aufgrund von gesetzlichen Vorgaben werden sie heute meist durch LED-Lampen ersetzt. Zu den Hochdruckentladungslampen gehören die folgenden Arten: Quecksilberdampf-Hockdrucklampen Natrium-Hochdrucklampen Halogen-Metalldampflampen

Abbildung 10.7: Hochdruckentladungslampen für Industriehallen und Straßenbeleuchtung – Quelle links: teptong, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Alex, Stock.Adobe.com

Niederdruckentladungslampen Niederdruckentladungslampen sind in Form von Leuchtstofflampen als Zweckbeleuchtung in fast allen öffentlichen Gebäuden, Schulen und Büros verbaut. Sie sind gegenüber Glühlampen langlebiger und haben eine gute Lichtausbeute. Kompaktleuchtstofflampen, die auch als Energiesparlampen (ESL) bekannt sind, wurden als Ersatz für Glühlampen im Wohnbereich eingesetzt. Aufgrund gesetzlicher Vorgaben werden Niederdruckentladungslampen künftig ebenfalls durch effizientere LED-Lampen ersetzt. Beim Tausch von Leuchtstofflampen auf LED-Röhren müssen Sie auf die Kompatibilität der Vorschaltgeräte achten. Leuchtstofflampen haben zur Zündung und zur Strombegrenzung Vorschaltgeräte. Unterschieden wird in konventionelle (KVG), verlustarme (VVG) und elektronische Vorschaltgeräte (EVG). In Energiesparlampen sind diese bereits integriert. LED-Röhren mit konventionellen Vorschaltgeräten (KVG): KVGs bestehen aus einer Drosselspule und einem Starter. Sie werden auch elektromagnetische Vorschaltgeräte (EM) genannt. KVGs können Sie meist daran erkennen, dass die Leuchtstofflampe beim Einschalten stark flackert. Eine Weiterentwicklung sind verlustarme Vorschaltgeräte (VVG), die nach dem gleichen Prinzip arbeiten, jedoch effizienter sind. Wenn Sie nun eine LED-Röhre in eine bestehende Leuchte mit KVG einbauen wollen, achten Sie auf die Abkürzung EM. LED-Röhren mit elektronischen Vorschaltgeräten (EVG): bestehen aus elektronischen Bauteilen, benötigen keinen Starter und werden auch Hochfrequenz-Vorschaltgeräte (HF) genannt. Beim Einschalten von Leuchtstofflampen mit EVG ist in der Regel kein Flackern zu sehen. EVGs sind

effizienter und haben auch eine längere Lebensdauer. Wenn Sie nun eine LEDRöhre in eine bestehende Leuchte mit EVG einbauen wollen, achten Sie auf die Abkürzung HF. LED-Röhren für alle Vorschaltgeräte: Alternativ können Sie auch LEDRöhren kaufen, die universell für alle Vorschaltgeräte einsetzbar sind. Diese haben die Abkürzung UN, und ihnen sollte in der Regel auch ein passender LED-Starter für KVGs beiliegen.

Es hält sich das Gerücht, dass Leuchtstofflampen in Büros und Klassenräumen lieber durchgehend brennen sollten, anstatt sie in kurzen Pausen auszuschalten, da sie eine begrenzte Anzahl an Schaltzyklen haben und der Zündvorgang mehr Energie verbraucht als ein Dauerbetrieb. Tatsächlich haben Leuchtstofflampen eine begrenzte Anzahl an Schaltzyklen, weshalb sie in Bereichen wie Büros und Klassenräumen eingesetzt werden, wo sie länger brennen und weniger Schaltzyklen benötigen. In Bereichen mit häufigem Einund Ausschalten, wie Treppenhäusern, sind sie daher selten zu finden. Der Energieverbrauch beim Zündvorgang einer Leuchtstofflampe ist zudem sehr gering, weshalb beide Argumente nicht zutreffen. Das Ausschalten von Leuchtstofflampen lohnt sich somit auch bei einer kurzen Kaffeepause. In Abbildung 10.8 sind beispielhaft Leuchtstofflampen und Energiesparlampen dargestellt. Zu den Niederdruckentladungslampen gehören die folgenden Arten: Quecksilber-Niederdrucklampen, zu denen auch Leuchtstofflampen, Kompaktleuchtstofflampen (Energiesparlampen) und Induktionslampen gehören Natrium-Niederdrucklampen

Abbildung 10.8: Niederdruckentladungslampen als Leuchtstoff- und Energiesparlampen – Quelle links: Stocksnapper, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: zcy, Stock.Adobe.com

Leuchtdiode (LED): Die Zukunft der Lampentechnik LED steht für light emitting diode (deutsch: lichtemittierende Diode oder kurz Leuchtdiode). In einer Leuchtdiode wird ein Halbleiterkristall mit Hilfe elektrischer Energie zum Leuchten gebracht (siehe Abbildung 10.9). Ähnlich wie bei einer Solarzelle (siehe Kapitel 9 im Abschnitt »Funktionsweise und Aufbau einer Solarzelle«) gibt es zwei entgegengesetzt geladene Halbleiterschichten.

Abbildung 10.9: Aufbau einer Leuchtdiode mit Symbol und LED-Chip

Wenn nun eine Spannung an die LED angelegt wird, gibt es einen Elektronenfluss, und die überschüssigen Elektronen aus der n-dotierten Schicht wandern in Richtung Grenzschicht und rekombinieren dort mit den frei gewordenen Löchern. Beim Rekombinieren im pn-Übergang wird ein Teil der Energie in Form von Licht freigesetzt. Dieser Vorgang nennt sich Elektrolumineszenz. Die restliche Energie wird, wie bei anderen Leuchtmitteln auch, als Wärme abgegeben. LEDs sind wesentlich effizienter, werden aber auch punktförmig heiß. Daher besitzen größere LED-Lampen Kühlkörper. Es gibt einen Zusammenhang zwischen Solarzellen und Leuchtdioden (LED), denn beide basieren auf dem Funktionsprinzip der Halbleitertechnologie. In einer Solarzelle wird Sonnenlicht in elektrischen Strom umgewandelt, indem es

Elektronen im pn-Übergang der Solarzelle freisetzt und eine elektrische Spannung erzeugt. In Leuchtdioden strahlen die Halbleitermaterialien hingegen Licht aus, wenn Strom durch diese fließt. In der Theorie kann eine LED somit als Solarzelle verwendet werden, da sie ähnliche Halbleiterstrukturen besitzt wie eine Solarzelle. In der Praxis ist dies jedoch wenig erfolgversprechend, da eine LED darauf ausgelegt ist, Licht abzustrahlen und nicht aufzunehmen. LED-Lampen werden in Zukunft fast alle anderen Lampenarten in Industrie, Verkehrsmitteln, Straßen, Zweck- und Wohnbeleuchtung ersetzen, da sie effizient, langlebig, zuverlässig und sicher sind. Zudem können sie mit verschiedensten Fassungen, Formen und Lichtfarben hergestellt werden, sodass fast alle gängigen Lampen gegen passende LED-Lampen austauschbar sind. Im Wohnbereich und schicken Cafés kommen beispielsweise immer öfter »Retrofit«-LED-Lampen wie in Abbildung 10.10 (rechts) zum Einsatz, die den Charme vergangener »Glühlampentage« wiederbeleben sollen.

Abbildung 10.10: LED-Lampen in Glühlampenform (links) und als Retrofit-Variante (rechts) – Quelle links: Maksim, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: praphant ravee/EyeEm, Stock.Adobe.com

Auswahlkriterien für den Lampenkauf Seit 2009 werden ineffiziente Lampen vom Markt genommen, sodass Glühlampen nicht mehr erhältlich sind und auch Kompaktleuchtstofflampen (Energiesparlampen), Leuchtstofflampen und Halogenlampen aufgrund ihrer Ineffizienz verschwinden werden. In der Vergangenheit wurde zudem überwiegend die Leistungsaufnahme (Watt) einer Lampe als Auswahlkriterium genutzt. Wie Sie in diesem Kapitel bereits erfahren haben, sagt die Leistungsaufnahme jedoch wenig über die Lichtqualität einer Lampe aus. Dennoch schreiben viele Anbieter Vermerke wie »entspricht 60 Watt« oder Ähnliches auf die Verpackung. Um beim nächsten Lampenkauf die richtige Wahl zu treffen, finden Sie in der nachfolgenden Auflistung die wichtigsten Kriterien zusammengefasst.

Energieeffizienzlabel: Lampen besitzen ein Energieeffizienzlabel, wie Sie es von Kühlschränken oder Fernsehgeräten kennen. Auf dem Energieeffizienzlabel einer Lampe finden Sie Informationen zur Energieeffizienzklasse (A–G, wobei A sehr gut und G sehr schlecht ist), den Hersteller, das Model sowie den Stromverbrauch pro 1.000 Stunden (kWh/1.000 h). Lichtstrom: Je höher der Lichtstrom in Lumen ist, desto heller ist die Lampe. Zum Vergleich: Eine klassische Glühlampe mit 60 W hatte beispielsweise ca. 700 lm. Lichtausbeute: Die Lichtausbeute gibt die Energieeffizienz einer Lampe an. Je höher diese ist, desto effizienter ist die Lampe. Wie Sie Energieeffizienz berechnen können, erfahren Sie im Abschnitt »Lichtausbeute« in diesem Kapitel. Bei alten Glühlampen lag die Lichtausbeute bei ca. 11 bis 13 lm/W. Eine LED-Lampe kann bis zu 180 lm/W erreichen und ist damit weitaus effizienter. Farbwiedergabe: Je höher der RA-Wert ist, desto besser ist die natürliche Farbwiedergabe. Im Wohnbereich sollte dieser zwischen 80 und 100 liegen. Lichtfarbe: Eine warmweiße Lichtfarbe liegt zwischen 2.500 und 3.300 K, eine neutrale Lichtfarbe zwischen 3.300 und 5.300 K und tageslichtweißes Licht über 5.300 K. Im Wohnbereich sollten Sie lieber eine warmweiße Lichtfarbe wählen und für das Büro oder die Werkstatt ein tageslichtweißes Licht. Lebensdauer: LED-Lampen haben eine Lebensdauer von 25.000 bis 100.000 Betriebsstunden und können im Idealfall bis zu 25 Jahre halten. Je länger die Lebensdauer, desto seltener müssen Sie neue LED-Lampen kaufen. Eine Glühlampe hatte eine Lebensdauer von ca. 1.000 Betriebsstunden.

Wenn es um die Lebensdauer von Glühlampen geht, wird immer wieder das Glühlampenkartell »Pheobus« genannt, welches 1924 von den zu dieser Zeit weltweit größten Lampenherstellern gegründet wurde. Dazu gehörten auch Osram, Phillips und General Electric. Ziel war es, durch eine geplante kürzere Lebensdauer (geplante Obsoleszenz) von 1.000 Betriebsstunden für Glühlampen den Verkauf zu steigern. Das Kartell soll bis 1942 existiert haben. Dass es auch anders geht, zeigt eine im Jahr 1901 installierte und seitdem brennende Glühlampe in der Feuerwache »Station 6« in Livermore, Kalifornien (USA). Die Lampe Centennial Light Bulb ist etwas anders gebaut und wird auch anders betrieben als herkömmliche Leuchtmittel. Im Jahr 2015 feierte die Glühlampe eine Million Betriebsstunden (114 Jahre) und im Jahr 2021 ihren 120. Geburtstag. Auf der folgenden Webseite finden Sie eine Live-Webcam, welche die Lampe zeigt: https://www.centennialbulb.org/. Lustigerweise hat die Glühlampe bereits mehrere Webcams überlebt.

Zum Thema Obsoleszenz gibt es eine sehenswerte und preisgekörnte Doku aus dem Jahr 2010 mit dem Titel: »Kaufen für die Müllhalde« (Original: »The Light Bulb Conspiracy«), die auf dem Fernsehsender Arte ausgestrahlt wurde und die Sie mit etwas Glück heute noch über die Suchmaschine Ihres Vertrauens finden können.

Direkte und indirekte Beleuchtung In der Lichttechnik wird nach direkter und indirekter Beleuchtung unterschieden. In der Regel werden beide Formen in einem Lichtkonzept für einen Raum kombiniert, um eine gleichmäßige und angenehme Ausleuchtung zu schaffen. Schatten und Reflexionen können dadurch reduziert und gleichzeitig bestimmte Bereiche in Szene gesetzt werden. In Abbildung 10.11 sind Möglichkeiten für die direkte und indirekte Beleuchtung dargestellt. Direkte Beleuchtung: Bei der direkten Beleuchtung wird ein bestimmter Bereich direkt ausgeleuchtet. So wird die direkte Beleuchtung bei besonderen Sehaufgaben, für die Arbeitsplatzausleuchtung, die Objektbeleuchtung (zum Beispiel Bilder und Kunstwerke) oder für die Ausleuchtung eines Türeingangs eingesetzt. Indirekte Beleuchtung: Bei der indirekten Beleuchtung werden hingegen die Umgebungsflächen angestrahlt, welche das Licht indirekt zurück in den Raum reflektieren. Je besser der Reflexionsgrad der Umgebungsfläche ist, desto besser ist der Effekt der indirekten Beleuchtung. Die indirekte Beleuchtung wird beispielsweise in großen Sälen und Veranstaltungsräumen genutzt, um Verschattungen und Blendungen zu vermeiden oder zu reduzieren. Vorwiegend direkte oder indirekte Beleuchtung: Bei dieser Form der Beleuchtung ist ein Teil der Beleuchtung überwiegend direkt oder indirekt. Die vorwiegend direkte Beleuchtung kann ihre Vorteile bei der Arbeitsplatzbeleuchtung ausspielen. Die vorwiegend indirekte Beleuchtung wird oft in Hotel- oder Krankenhauszimmern genutzt.

Abbildung 10.11: Möglichkeiten der direkten und indirekten Beleuchtung

Gleichförmige Beleuchtung: Bei der gleichförmigen Beleuchtung strahlt das Licht in alle Richtungen des Raumes gleichmäßig ab und leuchtet diesen gut aus. Die gleichförmige Beleuchtung wird beispielsweise in Treppenhäusern eingesetzt.

Leuchtentypen und ihr Einsatzort Leuchten gibt es in den verschiedensten Ausführungen, und sie können das Licht in eine besondere Richtung lenken oder besonders in das Architekturkonzept eines Gebäudes eingebunden sein. Eine Leuchte besteht aus einem Gehäuse, einer Fassung für die Lampe, elektrischen Komponenten und gegebenenfalls Abdichtungen sowie Verzierungen. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht der gängigsten Leuchtentypen für den Gebäudebereich. In Abbildung 10.12 sind beispielhaft einige Leuchten dargestellt. Strahler, Scheinwerfer und Spots: Diese Leuchten strahlen direkt, geben das Licht in eine vorgegebene Richtung ab und leuchten dadurch einen bestimmten Bereich aus. Je nach Anforderung kann ein Strahler breit oder eng strahlen. Auch die Ausrichtung ist nicht vorgegeben, und so können Sie Bereiche von unten, von oben oder von der Seite anstrahlen. Typische Einsatzgebiete sind das Anstrahlen von Kunstobjekten in Galerien oder die Ausleuchtung von Lebensmitteln in Supermärkten und Schaufensterläden. Deckenleuchten: Deckenleuchten befinden sich direkt unter der Decke oder sind mit geringem Abstand an dieser montiert und strahlen einen größeren Bereich im Raum aus. Sie können Deckenleuchten für eine direkte und indirekte Beleuchtung einsetzen. Pendelleuchten: Pendelleuchten gehören auch zu den Deckenleuchten, hängen jedoch von der Decke an einem Kabel herunter. Je nach Lichtdurchlässigkeit des Schirms

können Sie diese für die direkte und indirekte Beleuchtung einsetzen. Steh- und Tischleuchten: Steh- und Tischleuchten sind ortsveränderliche Leuchten, können bewegt werden und müssen somit über Strom aus der Steckdose versorgt werden. Stehleuchten können Sie beispielsweise für die Akzentsetzung im Raum als indirekte Beleuchtung oder als direkte Beleuchtung für einen Leseplatz einsetzen. Tischleuchten werden oft für das Ausleuchten von Schreibtischen genutzt oder ebenfalls für die Akzentsetzung in einem bestimmten Bereich des Raumes.

Abbildung 10.12: Verschiedene Leuchtentypen – Quellen v. l. n. r.: flucas, volody10, Aleks Kend, denisismagilov, fotofabrika – Stock.Adobe.com

Wandleuchten: Wandleuchten sind fest platzierte Leuchten an der Wand und werden oft in Fluren, Treppenhäusern oder der Außenbeleuchtung eingesetzt. Sollen Wandleuchten im Außenbereich eingesetzt werden, müssen diese vor Staub und Feuchtigkeit geschützt sein.

Beleuchtung in unterschiedlichen Bereichen Für eine angemessene Beleuchtung in Ihrem Gebäude können Sie verschiedene Leuchtenund Lampenarten kombinieren. Ihrer Fantasie sind keine Grenzen gesetzt. Falls Ihr Gebäude jedoch einen bestimmten Nutzen erfüllen soll, ist es sinnvoll, eine Fachfirma für Lichtplanung hinzuziehen, welche die Beleuchtung den Aufgaben entsprechend plant. Hierbei spielen neben der Wohlfühlbeleuchtung auch Sicherheitsaspekte (Richtungsweisung von Fluchtwegen) eine Rolle. Nachfolgend werden die verschiedenen Beleuchtungsarten beschrieben. Allgemeinbeleuchtung: Die Allgemeinbeleuchtung sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung des Raumes und wird daher auch Grundbeleuchtung genannt. Mit der Allgemeinbeleuchtung werden die Mindestanforderungen in einem Raum erfüllt. Zonenbeleuchtung: Die Zonenbeleuchtung leuchtet Bereiche mit besonderen Sehanforderungen aus. Dazu gehören beispielsweise Küche, Esstisch oder der

Lesebereich im Wohnzimmer. Hier kommen Lampen mit höherem Lichtstrom zum Einsatz. Arbeitsplatzbeleuchtung: An die Arbeitsplatzbeleuchtung sind besondere Anforderungen gestellt, damit Sie schwierige Arbeiten mit komplexen Sehaufgaben über einen längeren Zeitraum meistern können. So werden bei Arbeitsplätzen eine kältere Lichtfarbe für eine höhere Konzentration und ein höherer Lichtstrom für eine bessere Sehleistung eingesetzt. Die Arbeitsplatzbeleuchtung ist eine zusätzliche Beleuchtung zur Allgemeinbeleuchtung. Stimmungsbeleuchtung: Die Stimmungsbeleuchtung soll das Wohlfühlklima steigern, eine gemütliche Atmosphäre schaffen und zum Entspannen einladen. Sie wird in Wohnräumen, Restaurants, Cafés und Bars zur Ausleuchtung bestimmter Bereiche eingesetzt. Die Beleuchtung ist überwiegend indirekt und besitzt eine warme Lichtfarbe. Effektbeleuchtung: Die Effektbeleuchtung hebt bestimmte Bereiche durch direktes Anstrahlen mit Spots oder Scheinwerfern hervor. Typische Beispiele sind das Anstrahlen von Kunstobjekten und die Beleuchtung von Schaufenstern oder Ausstellungsgegenständen in Museen. Notbeleuchtung: In öffentlichen Gebäuden mit Personenverkehr, Hotels, Kaufhäusern oder Arbeitsstätten werden Sie eine Notbeleuchtung finden. Da sich Besucher im Gebäude nicht auskennen, hilft die Notbeleuchtung den Besuchern, bei einem unerwarteten Stromausfall oder einem Brand die Orientierung zu behalten und das Gebäude sicher zu verlassen. Die Notbeleuchtung muss von einer Fachfirma geplant werden. Außenbeleuchtung: Die Außenbeleuchtung beleuchtet die zum Gebäude gehörigen Außenflächen, damit Sie sich auch nachts zurechtfinden. Dazu gehören die Gehwegbeleuchtung, die Parkplatzbeleuchtung oder die Grünflächenbeleuchtung. Typische Leuchten für die Außenbeleuchtung sind Bodenleuchten, Wandleuchten (auch Ausstattungsleuchten genannt), Mast- und Gartenleuchten sowie Scheinwerfer. Tageslichtergänzung: In großen Räumen mit Seitenfenstern kann tagsüber das Tageslicht nicht ausreichen sein, sodass hierfür eine Tageslichtergänzungsbeleuchtung notwendig wird. Dies kann beispielsweise in Büroräumen, Läden oder Werkstätten der Fall sein. Ob eine Tageslichtergänzung notwendig ist, wird von Fachfirmen festgestellt. Dimmung von Leuchtmitteln: Mit dem Dimmen von Leuchtmitteln können Sie die Helligkeit von Lampen nach Ihrem Bedarf anpassen. So ist es mit einem einzigen Leuchtmittel möglich, eine angenehme Atmosphäre zu schaffen oder die Helligkeit zu erhöhen, um beispielsweise fokussiert zu arbeiten.

Das Dimmen von Leuchtstofflampen und LEDs ist nicht immer einfach umzusetzen. Leuchtstofflampen sind zwar grundsätzlich dimmbar, jedoch nur flackernd, mit schlechter Lichtqualität und speziellen dimmbaren Vorschaltgeräten. Das Dimmen von klassischen Leuchtstofflampen ist daher nicht zu empfehlen. LEDs sind ebenfalls dimmbar, benötigen jedoch auch spezielle LED-Dimmer. Achten Sie hier beim Kauf auf die Kompatibilität mit Ihren Leuchtmitteln.

Kapitel 11

Smart Home: Das intelligente Gebäude IN DIESEM KAPITEL Erfahren Sie, was ein Smart Home ist und was nicht. Lernen Sie, wie die Datenübertragung in einem Smart Home erfolgt und welche Sprachen es für Smart-Home-Systeme gibt. Lernen Sie Einsatzgebiete und Automatisierungsbeispiele für Smart Home kennen. Erfahren Sie, wie Sie ein Smart Home sicher betreiben können.

Vielleicht haben Sie schon einmal in der Werbung von Smart Homes (deutsch: intelligentes Gebäude) gehört. Jemand spricht mit einer Sprachassistenz, das Licht schaltet sich wie von Geisterhand an, Musik wird gespielt und die Heizung hochgefahren. Smart Homes sollen Ihnen das Leben in den eigenen vier Wänden erleichtern. In diesem Kapitel erfahren Sie, was ein Smart Home ist, aus welchen Komponenten es bestehen kann, wie es funktioniert und welche Möglichkeiten es gibt. Gleichzeitig lernen Sie Anwendungsgebieten kennen, erfahren, welche Chancen und Probleme mit Smart Homes bestehen können und wie Sie Ihr Smart Home sicher betreiben.

Smart Home im Überblick Die Idee eines intelligenten Gebäudes ist nicht neu. In größeren Gebäude- und Industriekomplexen ist die Gebäudeautomation (GA) fester Bestandteil und überwacht in automatisierten Prozessen die Gebäudetechnik. Fehlermeldungen, Wartungs- und Optimierungsempfehlungen laufen zentral in einer Meldestelle zusammen und werden dort ausgewertet. Im Hintergrund sorgen automatisierte Heizungs- und Lüftungsanlagen für ein optimales Raumklima, und mit Hilfe von Zutrittskontrollsystemen können nur registrierte Mitarbeiter oder Bewohner das Gebäude betreten. Nach Feierabend oder bei Abwesenheit wird dann ein energiesparender Betrieb aktiviert und das Licht ausgeschaltet. In den letzten Jahrzehnten hat sich die Gebäudeautomation stetig weiterentwickelt und ist auch für Wohngebäude interessant geworden – die Heimautomation war geboren. Das Smart Home geht jedoch einen Schritt weiter. Intelligente Gebäude sollen Ihnen Aufgaben des Alltags abnehmen und beispielsweise erkennen, dass Sie nach Hause kommen, die

Tür für Sie öffnen oder anhand Ihrer Stimmung die Beleuchtung anpassen. In diesem Abschnitt erfahren Sie, was ein Smart Home ausmacht, welche Hauptkomponenten es gibt und welche Eigenschaften ein Smart Home hat. Die Technologien für Smart Homes befinden sich derzeit noch in den Kinderschuhen. Es gibt zahlreiche Lösungen und Marktteilnehmer. Manche davon sind eher fehleranfällig. Gleichzeitig werden sie auch stetig weiterentwickelt. Obwohl es bereits viele innovative Techniken, Konzepte und Anwendungen gibt, sind noch viele Herausforderungen und Einschränkungen zu überwinden. Machen Sie sich daher bewusst, dass viele Herstellerversprechen nicht in ihrem vollen Umfang umgesetzt werden können, und recherchieren Sie umfangreich, wenn Sie sich ein Smart-Home-System zulegen möchten. Bei Neubauprojekten lohnt es sich auch, den Rat einer Fachfirma hinzuzuziehen.

Was ein Smart Home ist und was nicht Die Werbung ist voll mit »smarten« Geräten: Thermostate, Staubsauger, Lampen, Kühlschränke, Steckdosen und Rasenmäher. Wenn Sie diese in Betrieb nehmen, werden Sie schnell feststellen, dass viele Geräte nicht miteinander kompatibel sind und Sie als Nutzer noch viele Details vorkonfigurieren müssen. Eine Standardvorkonfiguration wird es auch in Zukunft nicht geben, da Menschen individuelle Bedürfnisse haben. Der Ablauf der Einstellung wird sich jedoch vereinfachen. Dabei haben ein einzelnes smartes Thermostat und eine smarte LED-Lampe noch nichts mit einem smarten Gebäude zu tun, denn das Anschalten einer Lampe oder eines Heizkörperthermostates per App sind noch kein intelligenter Akt des Gebäudes. Intelligent ist Ihr Gebäude, wenn es eigenständig oder nur mit kleinen Eingriffen ein optimales Behaglichkeits- und Sicherheitsempfinden für Sie herstellen kann, Ihnen den Alltag erleichtert und gleichzeitig Kosten und Energie spart. Das hört sich vielleicht etwas abstrakt an. In dem nachfolgenden Beispiel können Sie Ihrer Fantasie daher freien Lauf lassen. Zugegebenermaßen liest sich das Beispiel etwas idealisiert und übertrieben, dennoch soll es Ihnen einen Überblick über das Potenzial von Smart Homes geben. Sie kommen von der Arbeit nach Hause und freuen sich auf einen gemütlichen Abend. Das intelligente Gebäude erkennt bereits an Ihrem Standort, dass Sie sich dem Gebäude nähern. Es schaltet daher die Heizung an, wenn Sie sich in einem bestimmten Radius um das Gebäude befinden, und sorgt für ein angenehmes

Raumklima. Wenn Sie zu Hause angekommen sind, schaltet sich die Beleuchtung an, und stehen Sie dann nur wenige Zentimeter vor der Haustür, öffnet sich diese automatisch. In der Wohnung läuft bereits Ihre Lieblingsmusik, und das Licht ist angenehm gedimmt. Die Sprachassistenz teilt Ihnen mit, dass ein Freund angerufen hat, Ihre Photovoltaikanlage einen guten Ertrag an diesem Tag hatte, und erklärt Ihnen, dass der Postbote zweimal vor der Tür stand und verwirrt gegangen ist, als er einen Computer als Gesprächspartner an der Klingel identifizierte. Im Wohnzimmer sehen Sie, dass die Jalousien zur Verschattung etwas heruntergefahren wurden und der Staubsauger die heruntergefallenen Erdnüsse vom letzten Abend von selbst aufgesaugt hat. Über Ihre smarte Armbanduhr erhält das Gebäude die Information, dass Sie sich heute nicht ausreichend bewegt haben, und schlägt Ihnen daher über die Sprachassistenz ein kleines Sportprogramm vor. Sie bestätigen mit einem knappen »Ja«, der Fernseher schaltet sich an, und Ihr virtuelles Trainerteam ist bereit, mit der Aufwärmung zu starten. Sie benötigen ausreichend Schlaf, deshalb teilt Ihnen die Sprachassistenz gegen 22 Uhr mit, dass es Zeit ist, zu Bett zu gehen, und erinnert Sie daran, dass Sie am nächsten Morgen einen Zahnarzttermin haben – Zähneputzen nicht vergessen! Sie liegen im Bett und mit dem Sprachbefehl: »Aktiviere Nachtmodus!«, weiß das Smart Home Bescheid. Das Licht wird ausgeschaltet, alle Jalousien werden heruntergefahren, verschiedene Energiesparmaßnahmen aktiviert und die Alarmanlage scharfgeschaltet. Am nächsten Morgen werden Sie gemäß Ihrem Biorhythmus mit einem Sonnenaufgangsszenario und angenehmer Klaviermusik geweckt. Sie kommen in die Küche, und der Kaffee ist bereits frisch gebrüht in der Tasse, Sie brauchen ihn nur zu trinken. Bevor Sie Ihr Zuhause verlassen, schauen Sie sich noch einmal um und freuen sich, dass sich Ihre smarte Pflanzenbewässerung mit der optimalen Wasserund Nährstoffmenge um Ihre Blumen kümmert. Falls Sie mit den Aktivitäten Ihres Smart Homes nicht zufrieden sind, können Sie jederzeit Anpassungen vornehmen. Dafür reicht ein einfacher Sprachbefehl aus. Das intelligente Gebäude lernt über die Zeit dazu und kann über den gesamten Lebenszyklus Prozesse optimieren. Die Aktionen des Smart Homes erfolgen dabei immer unter der Berücksichtigung eines energieeffizienten Einsatzes von Ressourcen.

Hauptkomponenten in einem Smart Home Für ein intelligentes Gebäude benötigen Sie Komponenten, die untereinander kommunizieren können und miteinander vernetzt sind. Das bedeutet, der smarte Staubsauger muss theoretisch Informationen von einem Taster oder einem

Bewegungsmelder erhalten können. Bei Geräten in einem Smart Home wird zwischen Sensoren und Aktoren unterschieden. Sensoren: Sensoren erfassen einen Zustand im Gebäude, wie die Temperatur, ein offenes Fenster oder die Beleuchtungsstärke. Typische Sensoren sind Temperaturfühler, Bewegungs- und Präsenzmelder, Taster oder Energiezähler. Aktoren: Aktoren führen bei einem sich ändernden Zustand eine Aktion aus. Sie können einen Alarm auslösen, die Beleuchtung an- oder ausschalten oder Heizkörperventile und Jalousien öffnen und schließen.

Für die Automatisierung stellt ein Sensor einen Zustand fest, und ein Aktor führt eine Aktion aus. Die Automatisierung erfolgt meist nach dem Muster: »Wenn bei der Anlage über Sensor A der Zustand X feststellt wird, dann wird über den Aktor B die Aktion Y ausgeführt.« Um dies weiter zu verfeinern, können Sie Zusatzbedingungen anderer Sensoren oder Aktoren definieren und der Automation hinzufügen. Damit Aktoren und Sensoren untereinander kommunizieren können, benötigen Sie ein Netzwerk, über das sie Daten austauschen. Die Datenverarbeitung kann dezentral oder zentral erfolgen. Kommunikation: Für den Informationstausch zwischen den Teilnehmern kommt ein Kommunikationssystem zum Einsatz, welches für den Datenaustausch zuständig ist und sich Bussystem (engl. binary unit system, deutsch: binäres Einheitensystem) nennt. Der Informationsaustausch erfolgt kabelgebunden, drahtlos per Funkverbindung oder aus einer Kombination von kabelgebunden und drahtlos. Je nach System erfolgt die Kommunikation lokal oder über das Internet. Datenverarbeitung: Die Datenverarbeitung in einem Smart-Home-System erfolgt zentral oder dezentral. In Abbildung 11.1 ist der Aufbau beider Varianten dargestellt. Zentrales System: Bei einem zentralen System erfolgt die Datenverarbeitung über ein zentrales Steuergerät. Die Informationen der Sensoren gehen somit zuerst über die Zentrale und anschließend zu den Aktoren.

Abbildung 11.1: Aufbau Smart-Home-System – zentral und dezentral

Dezentrales System: Bei einem dezentralen System ist keine zentrale Steuereinheit notwendig. Die Daten werden von den Sensoren und Aktoren selbstständig verarbeitet. Die ausgewerteten Daten der Datenverarbeitung werden Ihnen über ein Bedienpanel oder eine App aufbereitet zur Verfügung gestellt. Sie können dann den Status offener Fenster, Energieverbräuche oder Ähnliches abfragen und Vorgänge automatisieren oder Änderungen vornehmen. Die Komponenten in diesem Netzwerk (Aktoren, Sensoren und Zentrale zur Datenverarbeitung) werden Teilnehmer genannt. In Abbildung 11.2 sind beispielhafte Teilnehmer abgebildet.

Abbildung 11.2: Beispielhafte Smart-Home-Teilnehmer

Eigenschaften eines Smart Homes

Anders als bei einer klassischen Elektroinstallation, wo ein Lichtschalter einer Lampe fest zugeordnet ist, können in einem Smart-Home-System Sensoren mehrere Aktoren ansprechen, sodass Aktoren mehrere Aufgaben ausführen können. Die Zuordnung können Sie je nach Bedarf ändern und anpassen. Zur Identifizierung haben alle Teilnehmer einen bestimmten Adresscode und sind einzeln ansprechbar. Wenn ein Taster beispielsweise nicht mehr das Licht im Wohnzimmer, sondern die Jalousie steuern soll, ändern Sie einfach die Adressierung. Ein Bewegungs- und Präsenzmelder kann zudem für die Lichtsteuerung, aber auch für das Sicherheitssystem eingesetzt werden. Anhand der nachfolgenden Punkte können Sie ein Smart Home identifizieren: Die im Gebäude verbauten und genutzten Komponenten sind technologieübergreifend untereinander vernetzt und können Informationen austauschen. Die Funktionen der Komponenten können Sie flexibel ändern, automatisieren und an Ihre Bedürfnisse und Vorlieben anpassen. Durch die Kombination und Verknüpfung vieler smarter Geräte und Komponenten ergibt sich der Funktionsumfang eines Smart Homes. Sämtliche Informationen und Zustände des Smart Homes können Sie an einer zentralen Stelle visualisiert aufbereitet einsehen. Dies kann über ein Bedienpanel vor Ort oder über eine App auf Ihrem Smartphone erfolgen. Das Smart Home können Sie später mit weiteren Geräten und Komponenten ergänzen oder erweitern.

Datenübertragung in einen Smart Home Damit die Teilnehmer Daten und Informationen austauschen können, benötigen sie einen geeigneten Weg zur Datenübertragung. Diese erfolgt kabelgebunden, drahtlos per Funk oder aus einer Kombination der beiden Varianten. Nachfolgend werden die verschiedenen Varianten vorgestellt.

Kabelbasierte Systeme Kabelbasierte Smart-Home-Systeme kommunizieren über eigens verlegte Buskabel, das vorhandene Stromnetz oder Netzwerkkabel. Buskabel: Typische Busleitungen sind Twisted-Pair-Leitungen oder Flachbandkabel. Bei Twisted-Pair-Kabeln handelt es sich um verdrillte und geschirmte Zweidrahtleitungen. Das bekannteste Twisted-Pair-Kabel ist das »J-Y(St)Y 2 × 2 × 0,8«-Kabel, welches auch als Telefonkabel bekannt ist. Je nach Anwendungsbereich (zum Beispiel im Außenbereich oder bei hohen Prüfspannungen) gibt es noch weitere Twisted-Pair-Varianten. Flachbandkabel können aufgrund ihrer geringen Dicke auch

auf Wänden angebracht werden. Powerline: Die Powerline nutzt das vorhandene 230-V-Stromnetz in Ihrem Haus für die Datenübertragung, sodass keine weiteren Datenkabel notwendig sind. Sie benötigen dafür lediglich zusätzliche Geräte wie beispielsweise Steckdosenadapter oder spezielle Lüsterklemmen, mit denen Sie die Geräte anschließen können. Powerline ist schnell zu installieren und als kabelbasiertes System besonders im Bestand interessant. Nachteilig können die Kompatibilität zwischen PowerlineAdaptern sowie die Reichweite in Gebäuden mit alter Elektroinstallation sein. Zudem können Powerline-Adapter störanfällig sein, wenn Elektrogeräte mit hoher Leistungsaufnahme betrieben werden (zum Beispiel Waschmaschinen, Klimaanlagen oder Trockner). Ethernet/Netzwerk: Über das lokale Netzwerk erfolgt die IP-basierte Datenübertragung (mehr Informationen zur IP-Technologie finden Sie im Kapitel 9 im Abschnitt »Internet und Co: Kommunikation mit der Außenwelt«) über CATNetzwerkkabel, wobei CAT für category steht (deutsch: Kategorie). Im Wohnbereich kommen CAT-5-, CAT-6- und CAT-7 Kabel zum Einsatz. Je höher die Zahl ist, desto mehr Daten können übertragen werden. Bus- und Netzwerkkabel werden meist während des Gebäudebaus mit der Elektroinstallation verlegt. Da alle Teilnehmer verdrahtet werden müssen, ist eine nachträgliche Installation mit hohem Aufwand und hohen Kosten verbunden. Kabelgebundene Systeme mit Bus- und Netzwerkkabeln kommen daher überwiegend in Neubauten zum Einsatz.

Funkübertragung In drahtlosen Smart-Home-Systemen werden die Daten über Funkwellen transportiert. Bei einem funkbasierten Smart-Home-System ist daher keine Verkabelung der Aktoren und Sensoren notwendig, was dieses besonders für den nachträglichen Einbau oder bei einer Gebäudesanierung interessant macht. Bei vielen funkbasierten Systemen handelt es sich um zentrale Systeme mit einer zentralen Steuereinheit. Vereinzelte Systeme arbeiten auch dezentral und nutzen Teilnehmer mit direktem Stromkontakt (zum Beispiel Lampen oder Steckdosenadapter) zum Aufbau eines Kommunikationsnetzes (sogenanntes Mesh). In Abbildung 11.3 sind drei zentrale Steuerzentralen verschiedener Anbieter dargestellt.

Abbildung 11.3: Zentrale Steuereinheiten für verschiedene funkbasierte Smart-Home-Systeme

Als Spannungsquellen dienen für die Funkteilnehmer überwiegend Batterien, die nach bestimmten Zeitabständen getauscht werden müssen. Bei smarten Thermostaten wird beispielsweise ein Zeitraum von ungefähr zwei Jahren angegeben. Vereinzelte Thermostate funktionieren auch über das sogenannte Energy Harvesting (deutsch: Energieernte). Diese besitzen thermoelektrische Generatoren und erzeugen aus dem Temperaturunterschied zwischen Heizung und Raumluft eine elektrische Spannung. Lediglich die zentrale Steuereinheit oder Geräte, welche die Frequenz des Funknetzes erweitern, sind in Funknetzen an das Stromnetz angeschlossen.

Vor- und Nachteile von Kabel- und Funksystemen In Tabelle 11.1 sind die Vor- und Nachteile von Kabel- und Funksystemen gegenübergestellt. Eine weitere Möglichkeit ist es, beide Formen zu kombinieren, um mehr Teilnehmer in ein System einzubeziehen. Vorteile

Nachteile

Kabelgebunden Sichere Datenübertragung

Teurer als funkbasierte Systeme

Langlebiger als Funksysteme

Aufwendige Planung notwendig

Besonders bei Neubauten können Kosten reduziert werden

Für Sanierung und nachträglichen Einbau selten geeignet

Daten können lokal verarbeitet werden Funkbasiert Einfach zu installieren

Batterien müssen regelmäßig gewechselt werden

Eignet sich für nachträglichen Einbau oder Sanierung

Funkreichweite ist begrenzt, sodass Verstärker eingesetzt werden müssen

Günstiger als kabelgebundene Systeme

Datenübertragung ist störanfälliger Meist werden Daten im Internet auf Herstellerservern

gespeichert, was die Sicherheit reduziert Meist kurzlebiger als kabelgebundene Systeme

Tabelle 11.1: Vor- und Nachteile funk- und kabelgebundener Bussysteme

Die Sprache in einem Bussystem Die Kommunikation zwischen den einzelnen Teilnehmern in einem Smart Home wird von einem Bussystem übernommen. Damit sich die Teilnehmer in einem Bussystem verstehen, müssen sie eine gemeinsame Sprache sprechen. Diese wird als Protokoll oder Standard bezeichnet. Und hier beginnen die Schwierigkeiten für Smart-Home-Systeme. Aktuell gibt es keinen einheitlichen Standard für Smart-Home-Geräte, sondern eine Vielzahl. Dazu gehören beispielsweise KNX, BACnet, DALI, LON, EnOcean, Z-Wave, ZigBee, Bluetooth, W-Lan, DECT-ULE oder Thread. Einige von diesen Standards können Daten per Funk, Kabel oder Powerline austauschen, andere nur per Funk oder nur per Kabel. Bei kabelgebundenen Systemen haben sich bereits in den 1980er-Jahren Firmen aus Europa und Nordamerika Gedanken über einen einheitlichen Standard gemacht. In Europa wurde von führenden Elektrofirmen wie Siemens, Berker, Merten, Jung und Gira der Europäische Installationsbus (EIB) ins Leben gerufen. Als Nachfolger des EIB ist der KNX-Standard heute das bekannteste und am weitesten verbreitete Bussystem. Auf nordamerikanischer Seite wurde fast zeitgleich von der »American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers« (ASHRAE) das BACnetProtokoll ins Leben gerufen. Beide Bussysteme gibt es heute noch und gelten als zukunftssicher.

Die Problematik verschiedener Standards Weil es keinen einheitlichen Standard (einheitliche Sprache) für Smart-Home-Geräte gibt, sind die zwei nachfolgenden Punkte, die zur Identifikation eines Smart Homes notwendig sind, nur schwer umsetzbar. Punkt 1: Die im Gebäude verbauten und genutzten Komponenten müssen technologieübergreifend vernetzbar sein und Daten untereinander austauschen können. Punkt 2: Das Smart Home soll später mit weiteren Geräten und Komponenten ergänzt oder erweitert werden können. Die aktuelle Situation sieht wie folgt aus: Verschiedene Hersteller nutzen verschiedene

Standards für verschiedene Produkte. Dies führt dazu, dass smarte Geräte wie Lampen, Heizkörperthermostate, Türschlösser und Steckdosen oft unterschiedliche Standards haben und nicht miteinander kommunizieren können. Nachfolgend sind drei typische Szenarien beschrieben, welche die aktuelle Lage von Smart-Home-Geräten beschreiben. In Abbildung 11.4 sind diese grafisch dargestellt. Szenario 1: Zwei Hersteller nutzen den gleichen Standard (siehe Abbildung 11.4 links) und produzieren ähnliche Produkte, zum Beispiel Heizkörperthermostate. Mit großer Wahrscheinlichkeit können die Produkte von Hersteller 1 jedoch nicht mit denen von Hersteller 2 kommunizieren, da der Standard von Hersteller 1 für die eigene Marke etwas »modifiziert« wurde. Es hört sich verrückt an, aber so sieht die Realität aus. Sie müssen daher »gerätetreu« bleiben, auch wenn beide den gleichen Standard verwenden. Wenn beispielsweise das teure Thermostat von Hersteller 1 defekt ist, müssen Sie wieder das Thermostat von Hersteller 1 kaufen anstatt ein preiswerteres oder besseres von Hersteller 2. Szenario 2: Mehrere Hersteller einigen sich auf einen Standard (siehe Abbildung 11.4 Mitte), damit deren Produkte untereinander kommunizieren können. Hersteller, die einen anderen Standard verwenden, können jedoch nicht in das System eingebunden werden. Szenario 3: Ein Hersteller bietet ein Smart-Home-Ökosystem (siehe Abbildung 11.4 rechts) mit verschiedensten Geräten aus dem eigenen Portfolio an. Vereinzelt werden auch Geräte anderer Firmen aufgenommen und erhalten das Logo des ÖkosystemHerstellers. Die Geräte des Ökosystems sprechen dann einen Standard, der jedoch, wie in Szenario 1, modifiziert ist. Geräte anderer Hersteller sind nicht mit dem SmartHome-Ökosystem kompatibel, selbst wenn sie den gleichen Standard sprechen können. Anhand dieser Szenarien wird deutlich, dass Geräte verschiedener Hersteller und Standards nicht ohne Weiteres miteinander kommunizieren können. Sie müssen daher dem Hersteller oder dem Standard treu bleiben und sind auf die Auswahl der Hersteller begrenzt. Bieten die Hersteller Ihres Smart-Home-Systems keine passenden Geräte an, können Sie trotzdem keine Geräte eines anderen Herstellers mit anderem Standard in Ihr Smart Home integrieren.

Abbildung 11.4: Auswirkung unterschiedlicher Standards auf Smart-Home-Geräte

Die Lösung des Problems: Ein einheitlicher Standard Mit dem Einzug der Sprachassistenten von Amazon (Alexa), Apple (Siri) und Google (Google Assistant) gab es erste Besserungen. Geräte verschiedener Hersteller und unterschiedlicher Standards konnten in deren Ökosystemen integriert und miteinander verbunden werden. Zur Identifizierung bekamen kompatible Geräte Aufkleber mit den Hinweisen »Works with Amazon Alexa«, »Works with Apple Homekit« oder »Works with Google Assistant«. Das Problem dieser Assistenten sowie vieler weiterer Funkstandards ist jedoch, dass diese meist nur cloudbasiert mit dem Internet funktionieren. Sie haben somit keine Kontrolle über Ihre Daten, es gibt Einschränkungen in Ihrer Privatsphäre, und Daten können bei potenziellen Cyberangriffen entwendet werden. Eine Lösung für diese Probleme wäre ein einheitlicher Standard, der auch lokal funktioniert, ohne eine zwanghafte Internetverbindung. Sie hätten dann als Benutzer die Kontrolle über Ihre Daten und könnten die Sicherheit Ihrer Smart-Home-Geräte erhöhen. Unter der Schirmherrschaft der Connectivity Standard Alliance (ehemals »ZigBee Alliance«) haben sich Hunderte internationaler Firmen, darunter auch Amazon, Apple und Google, zusammengefunden und den offenen Standard Matter entwickelt, der auch lokal eingesetzt werden kann und keine zwanghafte Verbindung zum Internet benötigt. Der Standard Matter basiert auf einer IP-basierten Technik, sodass Daten über Ehternet-/LAN-Kabel, WLAN, den Funkstandard Thread sowie Bluetooth LE

ausgetauscht werden können (mehr Informationen zur IP-basierten Technik erhalten Sie in Kapitel 9 im Abschnitt »Internet und Co: Kommunikation mit der Außenwelt«). Der Matter-Standard soll künftig ein weltweit einheitlicher Standard für die Vernetzung von Smart-Home-Geräten sein, sodass Teilnehmer unterschiedlicher Hersteller und Technologien miteinander kommunizieren können. Mit Matter müssten Sie dann nicht mehr auf einen Hersteller oder einen Standard setzen, und die Umsetzung eines Smart Homes wäre sehr viel einfacher. Auch bestehende Systeme sollen über entsprechende Updates mit Matter-kompatiblen Geräten funktionieren, sodass neue Geräte in bestehende funk- und kabelgebundene Systeme integriert werden können. Die ersten Matter-kompatiblen Geräte sind im Herbst 2022 auf den Markt gekommen. Ob sich Matter als einheitlicher Standard in der Zukunft durchsetzt, muss sich noch zeigen. In diesem Beispiel wird gezeigt, wie ein einheitlicher Standard die Smart-HomeWelt verändern könnte. Die Hersteller aus den Szenarien 1, 2 und 3 (vorheriger Abschnitt in diesem Kapitel) sind weiterhin am Markt und vertreiben ihre Geräte mit ihren bisherigen Standards. Ein neuer einheitlicher Standard soll deren Geräte systemübergreifend vernetzen können, sodass diese Daten austauschen können. Über Updates der Smart-Home-Herstellersoftware sind die Geräte der Hersteller 1, 2 und 3 mit dem einheitlichen Standard kompatibel. Die Geräte der Hersteller 1, 2 und 3 können nun auch in andere Systeme eingebunden werden und sogar untereinander kommunizieren. Zudem ergeben sich Möglichkeiten für neue Hersteller, die über den einheitlichen Standard neue Produkte auf den Markt bringen und bestehende System ergänzen. Das Ganze könnte dann wie in Abbildung 11.5 aussehen.

Abbildung 11.5: Smart-Home-Geräte kommunizieren über einen einheitlichen Standard

Einsatzgebiete für Smart-Home-Geräte Smart-Home-Geräte sollen Ihren Alltag erleichtern und werden künftig immer öfter in Gebäuden anzufinden sein. Damit Sie eine Vorstellung haben, in welchen Bereichen smarte Geräte bereits heute sinnvoll sein können, finden Sie nachfolgend einige Einsatzgebiete vorgestellt. Energieeffizienz und thermischer Komfort: Mit Smart-Home-Geräten können Sie Energie sparen, indem Sie beispielsweise Ihre Heizung mit einer smarten Heizungssteuerung ausstatten und für die Beleuchtung Bewegungs- und Präsenzmelder installieren. Die Geräte achten darauf, dass Ihre Energie effizient eingesetzt wird und Räume nach Anwesenheit oder einem Zeitprofil beheizt und beleuchtet werden.

Sicherheit durch Smart Home: Mit Smart-Home-Geräten wie Bewegungsmeldern, Rauchmeldern, Überwachungskameras und Alarmsirenen können Sie eine Alarmanlage einrichten, die Sie vor Einbrechern und Bränden warnt. Auch im Gebäude lassen sich Gefahren gezielt verhindern. So kann über Sensoren der Kohlenstoffmonoxid- (CO) und Kohlenstoffdioxid-Gehalt (CO2) gemessen werden und Alarme auslösen. Smarte Herde und Backöfen können sich bei Gefahr eigenständig abschalten, und die Beleuchtung kann Ihnen nachts mit einem reduzierten Licht den Weg zur Toilette ausleuchten. Pflege und Reinigung: Ein Smart Home wird nicht für Sie aufräumen, kann Ihnen aber bei der Pflege und Reinigung im Haus einige Arbeit abnehmen. So kann ein Saug-Wisch-Roboter nach einem Putzplan den Boden reinigen und eine automatische Bewässerung die Blumen und Pflanzen in Garten und Wohnung optimal versorgen. Um den Rasen im Vorgarten sorgt sich in regelmäßigen Abständen ein Mähroboter. Hilfe und Unterstützung für Senioren: Gerade für ältere Menschen können SmartHome-Geräte das Leben erleichtern. So gibt es höhenverstellbare Toiletten, automatische Medikamentendosierungssysteme mit Erinnerungsfunktion, Gegensprechanlagen und Notrufsysteme am Bett, seniorengerechte Tablets, Uhren mit Notruffunktion sowie Überwachung der Vitalfunktionen und vieles mehr. Der Bedarf an Smart-Home-Systemen für Senioren ist stark wachsend, bringt jedoch weitere Herausforderungen. Die Geräte benötigen eine einfache Bedienung und Installation, Barrierefreiheit, Datensicherheit für sensible Daten und dürfen nicht zu viel kosten.

Einfache Automatisierungsbeispiele Es gibt bereits heute viele Geräte, die in ein Smart-Home-System eingebunden werden können. Allein sind diese jedoch selten in der Lage, eine intelligente Aktion auszuführen. Erst im Verbund mit weiteren Teilnehmern sowie einem Automatisierungsablauf entfalten sie ihr volles Potenzial und sorgen für mehr Energieeffizienz, Behaglichkeit und Sicherheit. Je mehr Geräte die gleiche Sprache sprechen (also das gleiche Protokoll oder den gleichen Standard haben), desto leichter lassen sich automatisierte Abläufe einrichten, die Ihr Leben einfacher machen können. Für eine Automatisierung benötigen Sie heute keine Programmierkenntnisse mehr. Sie brauchen nur etwas Fantasie und können in der zugehörigen Smart-Home-App die Bedingungen festlegen. Nachfolgend finden Sie ein paar Automatisierungsbeispiele, die Sie bereits heute umsetzen können. In dem ersten Beispiel wird Ihre Heizung mittels Automatisierung sparsam betrieben. Die Energiepreise sind wieder gestiegen, und sie vergessen öfter, Ihre Thermostate herunterzudrehen, bevor Sie zur Arbeit fahren oder schlafen gehen.

Dies führt dazu, dass Ihre Heizung tagsüber und nachts unnötig heizt. Sie haben nun davon gehört, dass Sie mit elektronischen Heizkörperthermostaten Energie sparen können. Sie haben sich smarte Heizkörperthermostate gekauft und wollen diese einstellen. In der Anleitung steht etwas von Heizprofilen, die Sie hinterlegen können, doch Sie wollen so wenig Einstellungen wie möglich vornehmen. Mittels einer Automatisierung soll die Heizung tagsüber Ihren Standort für die Heizfunktion einbeziehen und nur heizen, wenn Sie zu Hause sind. Sind Sie hingegen auf dem Weg zur Arbeit, erkennt das Smart Home dies und fährt die Heizung in den Energiesparmodus. Es soll also nur geheizt werden, wenn Sie auch zu Hause sind. Dafür legen Sie in Ihrer App eine Zone an, die einem Radius von 150 Metern um Ihren Wohnbereich entspricht. Die Zone nenne Sie »Zuhause«. Ihren aktuellen Standort bezieht die Automatisierung aus den GPS-Daten Ihres Smartphones oder Ihrer Smart Watch. Die Automatisierung könnte dann wie nachfolgend beschrieben aussehen. Automatisierung 1: Wenn Sie die Zone »Zuhause« betreten, dann schaltet sich die Heizung in den Heizmodus. Automatisierung 2: Wenn Sie die Zone »Zuhause« verlassen, dann schaltet sich die Heizung in den Energiesparmodus. Festlegung 1: Die Heizung schaltet sich nachts, unabhängig von Ihrer Anwesenheit, zwischen 22:00 und 6:00 Uhr in den Energiesparmodus. Festlegung 2: Für den Heizmodus geben Sie eine Raumtemperatur von 20 °C an, für den Energiesparmodus 16 °C. Festlegung 3: Sie geben an, dass Sie bei einer Aktivierung oder Deaktivierung der Automatisierung 1 und 2 eine Pushnachricht auf Ihrem Smartphone erhalten möchten. Wenn Sie nun zur Arbeit fahren und den Radius um Ihren Wohnort verlassen, geht die Heizung automatisch in den Energiesparmodus. Wenn Sie den Radius um Ihren Wohnort wieder betreten, schaltet sich die Heizung wieder an. Mit dieser Automation können Sie dafür sorgen, dass die Heizung tagsüber nur heizt, wenn Sie zu Hause sind. Heizprofile, für die Sie feste Zeiten zum Heizen oder zum Energiesparen hinterlegen, sind auch eine Möglichkeit zur Energieeinsparung. Sollten Sie jedoch unerwartet früher oder später nach Hause kommen, müssen Sie aktiv in den Prozess eingreifen, oder das System muss erkennen, dass Sie außerplanmäßig sind. Im Nachtmodus fährt die Heizung trotz Ihrer Anwesenheit in den Energiesparbetrieb.

In dem zweiten Beispiel ist eine Automatisierung für die Beleuchtung und Sicherheit in dem Eingangsbereich Ihrer Wohnung beschrieben. Sie haben festgestellt, dass Sie in der Vergangenheit oft vergessen haben, das Licht vergessen auszuschalten, oder es beim Betreten der Wohnung zu dunkel war und Sie den Lichtschalter nicht gefunden haben. Sie haben sich daher einen Bewegungs- und Präsenzmelder zugelegt, der in der Lage ist, die Beleuchtungsstärke zu erfassen. Zusätzlich haben Sie sich noch eine smarte Lampe, eine Alarmsirene und einen Doppeltaster gekauft. Wenn Sie zu Hause sind, soll sich das Licht beim Betreten des Eingangsbereichs automatisch anschalten und auch wieder abschalten, wenn Sie sich nicht im Eingangsbereich aufhalten. Da es in Ihrem Eingangsbereich tagsüber ziemlich hell ist, soll sich das Licht nur anschalten, wenn es dunkler ist. Wenn Sie hingegen zur Arbeit oder im Urlaub sind, soll der Bewegungsmelder beim Erfassen einer Präsenz die Alarmanlage auslösen. Der Doppeltaster befindet sich in der Nähe der Tür. Die Automatisierung könnte wie folgt aussehen. Festlegung: Sie definieren zwei Modi: anwesend und abwesend. Automatisierung 1: Wenn Taster 1 auf dem Doppeltaster gedrückt wird, dann ist der Anwesenheitsmodus aktiv. Automatisierung 2: Wenn Taster 2 auf dem Doppeltaster gedrückt wird, dann ist der Abwesenheitsmodus aktiv. Automatisierung 3: Wenn eine Präsenz im Anwesenheitsmodus im Eingangsbereich erkannt wird, dann schaltet sich das Licht an. Zusatzbedingung: Das Licht soll sich nur anschalten, wenn die Beleuchtungsstärke des natürlichen Lichts unter 200 Lux liegt. Automatisierung 4: Wenn im Anwesenheitsmodus nach vier Minuten niemand im Eingangsbereich erkannt wird, dann schaltet sich das Licht aus. Automatisierung 5: Wenn eine Präsenz im Abwesenheitsmodus im Eingangsbereich erkannt wird, dann schaltet sich die Alarmsirene an. Zusatzbedingung: Sie erhalten eine Pushnachricht auf Ihr Smartphone, wenn der Alarm aktiviert ist. Wenn Sie zu Hause sind, schaltet sich das Licht nun automatisch an, wenn eine Bewegung im Eingangsbereich erkannt wird, und schaltet sich automatisch wieder ab, wenn Sie diesen verlassen haben. Um Energie zu sparen, wird das Licht erst eingeschaltet, wenn die Beleuchtungsstärke des natürlichen Lichts unter 200 Lux liegt.

Wenn Sie hingegen abwesend sind und eine Bewegung erkannt wird, schaltet sich die Alarmsirene an. Über das Smartphone erhalten Sie eine Nachricht, dass die Alarmanlage aktiv ist. Sie können die Alarmanlage über Ihr Smartphone auch wieder deaktivieren. Ob sich wirklich jemand in Ihrer Wohnung befindet oder ob es sich um einen Fehlalarm handelt, finden Sie jedoch nur heraus, wenn Sie noch eine zusätzliche Überwachungskamera installieren, die in Ihr Smart Home integriert ist. Über Ihr Smartphone könnten Sie dann einen Blick in den Eingangsbereich Ihrer Wohnung werfen und sogar mit dem potenziellen Einbrecher kommunizieren.

Ein Smart Home sicher betreiben Sie haben sich für ein Smart-Home-System entschieden und können es kaum erwarten, die neuen Geräte zu installieren. Es hört sich fast zu schön an: Mit Ihrem neuen SmartHome-System soll Ihr Gebäude intelligent werden und sinnvolle Entscheidungen für Sie treffen. Ihr Leben soll einfacher und unabhängiger werden. Eine ähnliche Euphorie spüren Jugendliche, wenn sie das erste Mal allein Auto fahren dürfen. Bevor Jugendliche jedoch losfahren dürfen, benötigen sie einen Führerschein. In der Fahrschule lernen sie, wie die Technik funktioniert und welche Gefahren im Straßenverkehr lauern – sie werden sensibilisiert. Für Smart-Home-Geräte und -Systeme wäre dies auch sinnvoll. Es muss nicht unbedingt ein Smart-Home-Führerschein her, aber eine Sensibilisierung für mögliche Gefahren und dafür, wie die Technik funktioniert, ist sinnvoll. Mit dem richtigen Bewusstsein und ein paar Regeln können Sie ihr Smart Home dann sicher betreiben. Nachfolgend finden Sie ein paar Tipps zum sicheren Betrieb eines Smart Homes. Bedienungsanleitung lesen: Neu gekaufte Geräte sollen heute »selbsterklärend« sein, und deshalb landet die Bedienungsanleitung meist als Erstes im Müll. Hier beginnt das Dilemma. Mit Smart-Home-Geräten kommt eine neue Technik in Ihr Gebäude, die anders funktioniert als bisherige Technik. Lesen Sie daher die Bedienungsanleitung! Dadurch bekommen Sie ein Gespür für die neue Technik, erfahren, was alles möglich ist, und vermeiden eine Fehlbedienung. Funktionsumfang kennen: Einige Geräte haben mehr Technik integriert, als auf den ersten Blick sichtbar ist. Machen Sie sich daher mit den Geräten vertraut, überprüfen Sie, welche Sensoren verbaut sind (zum Beispiel Kamera oder Mikrofon) und welche potenziellen Risiken durch die Nutzung der Geräte entstehen. Bringen Sie zudem in Erfahrung, welche Daten durch die Nutzung generiert und wo diese gespeichert werden. In vielen Einstellungen können Sie wählen, dass nur die wirklich notwendigen Daten erhoben werden sollen. Geräte mit Internetverbindung: Geräte, die von unterwegs per App gesteuert

werden sollen oder für deren Funktion Daten in der Cloud gespeichert werden müssen, benötigen eine Internetverbindung. Sie stellen somit eine potenzielle Gefahr für Cyberangriffe dar. Sie sollten die Geräte daher nur mit dem Internet verbinden, wenn dies unbedingt notwendig ist. In der Regel haben die Apps namhafter Hersteller hohe Sicherheitsstandards, und die Daten sollten sicher auf deren Servern gespeichert sein. Dennoch können auch diese einem Cyberangriff unterliegen und gestohlene Daten missbraucht werden. Informieren Sie sich daher vor dem Kauf über die IT-Sicherheit und den Datenschutz. Sicheres WLAN: Für die Steuerung per App sind ein Großteil Ihrer Smart-HomeGeräte in Ihr WLAN (drahtloses lokales Netzwerk) eingebunden. Aus diesem Grund sollten Sie die höchste WPA-Verschlüsselung (Wi-Fi protected access, deutsch: geschützter WLAN-Zugang) in Ihrem Router wählen (aktueller Standard ist WAP3). Zudem sollten Sie alle Standardpasswörter zu »starken Passwörtern« ändern. In vielen Routern haben Sie die Möglichkeit, ein WLAN-Passwort mit bis zu 63 Zeichen zu wählen. Nutzen Sie dies zum Schutz Ihrer Geräte! Ihre Gäste brauchen sich bei einem Besuch nicht über das lange Passwort zu ärgern, für sie richten Sie einen Gastzugang mit sicherem, aber kürzerem Kennwort ein. Somit bleiben Ihre Geräte und die Ihrer Gäste jeweils in einem eigenen Netzwerk. Zum Abschluss ist es ratsam, die Firewall Ihres Routers zu aktivieren. Eine Firewall (deutsch: Feuerwand) ist ein Sicherheitsmechanismus zum Schutz vor unerwünschtem Zugriff und unerwünschtem Datenverkehr über Ihr Netzwerk. Getrennte Netzwerke: Auch für das lokale Netzwerk gilt, dass Sie über Ihren Router ein Netzwerk für Ihre Smart-Home-Geräte und ein Netzwerk für PC und Laptops einrichten sollten. Somit wird der Zugriff auf beide Systeme für potenzielle Angreifer erschwert. Sicherheitsupdates: Sicherheitslücken in Software und Apps werden durch Sicherheitsupdates geschlossen und senken somit die Gefahr für Cyberangriffe. Ein Großteil der smarten Geräte wie Thermostate, Lampen, Smart TVs oder Bewegungsmelder haben eigene Apps und eine eigene Funktionssoftware. Halten Sie diese immer aktuell. Eine Möglichkeit ist die Aktivierung automatischer Updates. Zugriffsrechte verwalten: Sichern Sie Ihr Smart Home ab, indem Sie Zugriffsrechte soweit es geht, einschränken. Dabei gilt: Je weniger Personen Zugriff auf die Einstellungen des Smart Homes haben, desto höher ist die Sicherheit. Falls dennoch mehrere Personen im Haushalt Zugriff haben wollen, richten Sie Nutzungsrechte ein. Dies kann beispielsweise in drei Ebenen erfolgen. Einfache Nutzungsrechte: Mit einfachen Nutzungsrechten können Sie das Smart Home nutzen, jedoch keine gravierenden Änderungen im System vornehmen. Diese Rolle sollte das Standardprofil für alle teilnehmenden Personen sein. Mit einfachen Nutzungsrechten haben alle Nutzenden zudem die Möglichkeit, einzelne Funktionen für einen gewissen Zeitraum zu

überschreiben. Wenn beispielsweise das Licht an- oder ausgeht, ist es den Nutzenden weiterhin möglich, manuell einzugreifen und das Gegenteil zu bewirken. Die überschriebene Funktion kann dann für einen gewissen Zeitraum vom Smart-Home-System nicht wieder automatisch überschrieben werden. Moderationsrechte: Mit Rechten für die Moderation können Sie kleine Änderungen im System vornehmen, um Funktionen zu verbessern oder bei Systemfehlern einzugreifen. Diese Rolle sollten wenige Vertrauenspersonen erhalten. Administrationsrechte: Administrationsrechte sollten nur Sie und gegebenenfalls eine weitere Vertrauensperson haben, da über diese Rolle uneingeschränkte Änderungen am System und an den Automatisierungen vorgenommen werden können.

Zukunftsszenarien: Wo geht die Reise hin? Aktuell befindet sich der Bereich Smart Home noch in den Kinderschuhen, er entwickelt sich jedoch rasant weiter. In Zukunft können Sie davon ausgehen, dass auch künstliche Intelligenz (KI) im Smart Home immer wichtiger wird. So könnten künstliche Intelligenzen Automatisierungsabläufe anhand Ihres Nutzerverhaltens entwerfen und selbstständig optimieren. Für einen energieeffizienten und komfortablen Betrieb werden zudem immer mehr Sensoren benötigt. Diese könnten beispielsweise in der Lage sein, Ihre Stimmung, Körpertemperatur und Mimik zu erfassen, um darauf zu reagieren. Sie benötigen dann keine Apps mehr für eine Steuerung der Beleuchtung, Musik oder des Raumklimas. Ihr Gebäude trifft selbstständig Entscheidungen aufgrund der erfassten Informationen zum Komfort- und Sicherheitsgewinn, sodass Sie eine wirkliche Erleichterung im Alltag haben. Als persönliche Assistenz werden in ferner Zukunft mit großer Wahrscheinlichkeit Roboter hinzukommen, die im Alltag helfen. Roboter könnten die Essenszubereitung übernehmen, für Ordnung im Haushalt sorgen, Einkäufe erledigen, bei der Terminplanung helfen oder auch zusätzlich als Bodyguard agieren. In der Gebäudetechnik wird es auch für Handwerksfirmen Fortschritte geben. Falls es beispielsweise einen Rohrbruch in einer Wand gibt, erhalten Sie und Ihr Handwerksbetrieb vor Ort eine Information zur installierten Gebäudetechnik. Mit der Unterstützung durch Augmented Reality (deutsch: erweiterte Realität) sehen Fachfirmen durch spezielle Brillen, wo Rohrleitungen und Elektroinstallationen in den Wänden verlaufen. Für die Reparatur müssen dann keine Wände aufgestemmt werden, da Sensoren den genauen Standort der Leckage übermitteln. Zudem muss eine Anlage nicht erst vollständig kaputt sein, bis eine Fachfirma zu Ihnen kommt. Über Sensoren können

frühzeitig Abnutzungen und Probleme erkannt und passende Ersatzteile geliefert und getauscht werden, bevor der eigentliche Schaden entsteht. So oder so ähnlich kann ein Smart Home in der Zukunft aussehen.

Kapitel 12

Wasser und Abwasser im Gebäude IN DIESEM KAPITEL Lernen Sie die verschiedenen Wasserarten kennen und lernen, welche Qualitäten Trinkwasser erfüllen muss. Erfahren Sie, wie Trinkwasser gewonnen und in Ihrem Gebäude verteilt wird. Lernen Sie die Möglichkeiten und Anforderungen der Warmwasserbereitung kennen. Erfahren Sie, wie Sie Regen- und Grauwasser aufbereiten und in Ihrem Gebäude wiederverwenden können. Lernen Sie, wie Abwasser aus Ihrem Gebäude in die Kanalisation gelangt und wie Abwasser in Klärwerken wiederaufbereitet wird.

Jederzeit fließendes und hygienisch einwandfreies Trinkwasser im Gebäude zu haben, ist ein wahrer Luxus. Sie müssen das Wasser weder von einem Brunnen holen noch filtern oder entkeimen: Sie machen den Wasserhahn auf, und Trinkwasser steht zur Verfügung. Gleichzeitig müssen Sie sich nicht um die Entsorgung kümmern. Das verbrauchte Abwasser fließt entweder direkt durch einen Abfluss oder, wie nach der Betätigung der Toilettenspülung, zeitverzögert in die Kanalisation. In diesem Kapitel erfahren Sie, wie Trinkwasser gewonnen wird, wie es zu Ihrem Haus kommt, im Gebäude verteilt wird und welche Anforderungen an Trinkwasser gestellt werden. Zudem erfahren Sie, wie Sie Trinkwasser durch Regen- und Grauwasser sparen können, wie Abwasser von Ihrem Gebäude zur Kläranlage gelangt und wie es dort aufbereitet wird.

Verschiedene Wasserarten im Gebäude Trinkwasser kommt in Deutschland in einwandfreier Qualität aus der Leitung, ist das bestkontrollierte Lebensmittel und wird nicht nur für den Verzehr, sondern auch für das Duschen und Baden sowie die Zubereitung von Essen genutzt. Die Qualität des Trinkwassers spielt dabei eine wichtige Rolle für die Erhaltung der öffentlichen Gesundheit, sodass Wasserversorgungsunternehmen Trinkwasser nach einer gesetzlich vorgeschriebenen Qualität und Güte liefern müssen. Trinkwasser muss so beschaffen sein, dass durch dessen Gebrauch und Genuss die

menschliche Gesundheit, insbesondere durch Krankheitserreger und chemische Stoffe, nicht gefährdet ist. Trinkwasser muss zudem farblos, klar, kühl sowie geruchlich und geschmacklich einwandfrei sein. Es muss appetitlich sein, soll zum Genuss anregen und eine Temperatur zwischen 5 und 15 °C haben. Die Anforderungen an die Wasserqualität für den menschlichen Gebrauch sind in der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) geregelt. Trinkwasser ist somit Wasser, welches hohe Qualitätsanforderungen einhalten muss und für den menschlichen Gebrauch und Genuss gedacht ist. Wasser, welches nicht den Qualitätsanforderungen des Trinkwassers entspricht, ist kein Trinkwasser (sogenanntes Nichttrinkwasser). Die Trinkwasserverordnung können Sie im Internet kostenlos auf der folgenden Webseite einsehen: https://www.gesetze-im-internet.de/trinkwv_2001/ Nichttrinkwasser wird in verschiedene Wasserarten unterteilt, die in einem Gebäude anfallen. Dazu gehört hauptsächlich Abwasser, welches verschmutzt und nicht für den Verzehr geeignet ist. Gebäude mit Wasseraufbereitungsanlagen können einen Teil des verbrauchten Trinkwassers wieder aufbereiten und für Bereiche zur Verfügung stellen, die nicht unbedingt Trinkwasser für den Betrieb benötigen. Dazu gehören zum Beispiel die Toilettenspülung oder Gartenbewässerung. Nichttrinkwasser wird in die nachfolgend beschriebenen Arten unterteilt. Schmutzwasser: Schmutzwasser ist das Abwasser aus allen Abläufen in Ihrem Gebäude. Es fällt in Bad, Küche, WC und bei der Wäsche an und wird in Schwarzund Grauwasser unterteilt. Schwarzwasser: kommt aus Toilette und Küche, ist mit Fäkalien, Fetten und Speiseresten belastet und muss hygienisch aufbereitet werden. Grauwasser: kommt aus Dusche, Badewanne und Handwaschbecken, ist nur leicht verschmutzt und kann über eine Grauwassernutzanlage (siehe Abschnitt »Nutzen Sie Regen- und Grauwasser« in diesem Kapitel) aufbereitet und dem Gebäude in Form von Betriebswasser (wird nachfolgend beschrieben) zugeführt werden. Wird das Grauwasser nicht aufbereitet, muss es in die Abwasserkanalisation geleitet werden. Regenwasser: Regenwasser hat aufgrund chemischer Belastungen keine Trinkwasserqualität. Es fällt über die Dach- und Gebäudeflächen bei Niederschlägen an und wird, wenn es nicht über eine Regenwassernutzanlage (siehe Abschnitt »Nutzen Sie Regen- und Grauwasser« in diesem Kapitel) aufbereitet wird, der Kanalisation oder Freiflächen zugeführt. Regenwasser sollte, wenn möglich, über eine Regenwassernutzungsanlage für die Toilettenspülung oder Gartenbewässerung

wiederverwendet oder auf Freiflächen geleitet werden, damit es über diese versickern und zur Grundwasserneubildung beitragen kann. Wird Regenwasser nicht wiederverwendet, muss es in die Kanalisation geleitet werden. Mischwasser: Mischwasser entsteht, wenn Schmutz- und Regenwasser kurz vor der Kanalisation zusammengeführt werden und sich vermischen. Betriebswasser: Betriebswasser hat keine Trinkwasserqualität und kann für gewerbliche, landwirtschaftliche und industrielle Zwecke genutzt werden. Dazu gehören beispielsweise Heiz- und Kühlwasser, Wasser in Schwimmbädern, zum Gießen oder Löschen. In der Industrie kann die Anforderung an die Qualität von Betriebswasser allerdings noch höher liegen als die für Trinkwasser (zum Beispiel salzfrei in Turbinen). Im Haushalt können Sie Betriebswasser beispielsweise aus einer Grauwassernutzanlage gewinnen und für die Toilettenspülung, Waschmaschine oder die Gartenbewässerung nutzen.

Wasserbeschaffenheit von Trinkwasser: Wasserhärte und pH-Wert Trinkwasser unterliegt hohen Anforderungen, ist aber nicht überall gleich. Zur Beschreibung der Wasserbeschaffenheit werden daher die Wasserhärte und der pH-Wert herangezogen, welche nachfolgend beschrieben werden.

Die Wasserhärte und ihre Auswirkung Die Wasserhärte gibt die im Wasser gelöste Erdalkalimetallkonzentration an, wozu hauptsächlich Calcium- und Magnesiumsalze gehören. Die Unterteilung erfolgt in drei Härtebereiche (weich, mittel und hart). Die Wasserhärte wird in der Einheit Millimol pro Liter (mmol/l) angegeben. Früher wurde auch die Einheit Grad Deutsche Härte (°dH) verwendet, wobei 1,00 mmol/l etwa 5,6 °dH und 1 °dH etwa 0,178 mmol/l entsprechen. Der Gesamthärtegrad von Wasser ergibt sich aus der Carbonathärte und der Nichtcarbonathärte. Carbonathärte: Die Carbonathärte bezieht sich auf das Calcium- und Magnesiumcarbonat, das beim Erwärmen von Wasser zwischen 60 und 100 °C ausfällt und zum sogenannten Wasserstein führt. Nichtcarbonathärte: Die Nichtcarbonathärte bezieht sich auf die restlichen Salze wie Sulfate, Nitrate, Phosphate, Silikate und andere, die beim Verdampfen ab 100 °C ausfallen und zum sogenannten Kesselstein führen.

Abbildung 12.1: Kalkablagerung an einem Wasserhahn und in einem Wasserkocher – Quelle links: Rainer Fuhrmann, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Daisy Daisy, Stock.Adobe.com

Je mehr lösbare Calcium- und Magnesiumsalze sich im Wasser befinden, desto härter ist das Wasser. In Tabelle 12.1 finden Sie eine Übersicht der Einstufung von hartem und weichem Wasser. Nachfolgend erfahren Sie die Unterschiede zwischen weichem und hartem Wasser. Weiches Wasser: Weiches Wasser fühlt sich beim Duschen angenehm an, hat jedoch den Nachteil, dass es bei höheren Wassertemperaturen an metallischen Geräten aggressiv ist und zu Korrosion führen kann. Für das Waschen von Wäsche, für die Zubereitung von Lebensmitteln und zum Gießen von Pflanzen ist es jedoch vorteilhaft. Hartes Wasser: Hartes Wasser beinhaltet viele Mineralien, hat jedoch den Nachteil, dass sich bei hohen Temperaturen Kalkablagerungen (sogenannter Wasser- und Kesselstein) an Wasserhähnen, in Wasserkochern und Waschmaschinen bilden, die nur schwer entfernt werden können. Der im Wasser befindliche Kalk kristallisiert beim Überschreiten der Temperaturgrenze von ca. 60 °C aus und lagert sich ab. In Abbildung 12.1 sind ein Wasserhahn und ein Wasserkocher mit Kalkablagerungen dargestellt. Zum Waschen von Wäsche muss zudem mehr Waschmittel eingesetzt und Maschinenspülgeräten Wasserenthärter beigemischt werden. Auch der Geschmack von heißen Getränken wie Tee und Kaffee wird durch die Mineralien im harten Wasser beeinflusst. Härtebereich Gesamthärte in mmol/l Gesamthärte in °dH Weich

Weniger als 1,5

Weniger als 8,4

Mittel

1,5–2,5

8,4–14

Hart

Mehr als 2,5

Mehr als 14

Tabelle 12.1: Wasserhärtebereiche

Welche Wasserhärte das Trinkwasser bei Ihnen zu Hause hat, können Sie bei Ihrem Wasserversorgungsunternehmen oder der Stadtverwaltung erfragen. Alternativ können Sie auf verschiedenen Webseiten (zum Beispiel https://www.wasserhaerte.net/) Richtwerte für die Wasserhärte in Ihrer Region erfahren. Es wird immer wieder gefragt, ob hartes Wasser schädlich für den menschlichen Körper ist. Hartes Wasser hat einen hohen Mineralgehalt, vor allem von Calcium und Magnesium. Diese Mineralien können vom menschlichen Körper gut aufgenommen werden. Daher ist hartes Wasser nicht schädlich für den menschlichen Körper und eine Wasserenthärtung weder gesundheitsfördernd noch sinnvoll. Kalkablagerungen an Wasserhähnen und in Wasserkochern lassen sich zudem mit etwas Essig oder Zitronensäure einfach entfernen. In Bezug auf haustechnische Anlagen kann ein gewisser Härtegrad auch positiv sein, da sich ein feiner Schutzfilm auf der Innenseite der Rohre bildet. Dieser schützt das Metall der Rohre vor Korrosion. Zu hartes Wasser kann jedoch auch zu Problemen führen und Rohre in Anlagen zusetzen und verstopfen.

pH-Wert von Trinkwasser Der pH-Wert gibt die Konzentration von Wasserstoffionen in einer Lösung an und wird in einer Skala von 1 bis 14 angegeben. Ein pH-Wert von 1 ist stark sauer und ein pH-Wert von 14 stark basisch. Da Trinkwasser zu den wichtigsten Lebensmitteln gehört und der Säure-Basen-Haushalt des Menschen ausgewogen sein muss, liegt der pH-Wert für Trinkwasser zwischen 7 und 8,5 und ist neutral bis leicht basisch. Zum Vergleich: Eine Cola hat in der Regel einen pH-Wert von etwa 2,5 und ist somit sauer. In Abbildung 12.2 ist eine Skala für pH-Werte mit ungefähren Anhaltswerten für verschiedene Wasserarten im Gebäude abgebildet.

Abbildung 12.2: pH-Wert-Skala – sauer, neutral, basisch mit Anhaltswerten

In Bestandsgebäuden können alte Abwasserrohre verbaut sein, die für saures Abwasser ungeeignet sind und dadurch beschädigt werden können. Seifen und Reinigungsmittel sind meist basisch, Regenwasser oder Kondensat aus Brennwertkesseln ist hingegen sauer. Saures Abwasser sollte daher nicht unverdünnt über längere Zeit durch alte Abwasserrohre fließen. Eine Möglichkeit, Schäden an den Rohrleitungen zu vermeiden, ist es, das saure Wasser ausreichend mit basischem Abwasser zu vermischen, bevor es in die Rohre gelangt. Alternativ kann das Kondensat aus Brennwertkesseln durch eine Neutralisationsbox fließen, bevor es in die Kanalisation geleitet wird. So kann der pH-Wert ausgeglichen und alte Abwasserrohre können vor Schäden geschützt werden.

Von der Wassergewinnung zum Gebäude Je nach Region werden unterschiedliche Wasserquellen bevorzugt angezapft. Trinkwasser wird überwiegend aus Grundwasser, Oberflächenwasser und vereinzelt auch aus Quellwasser gewonnen. Grundwasser: Grundwasser befindet sich unterhalb der Erdoberfläche und sammelt sich dort durch versickertes Wasser aus Niederschlägen sowie Seen und Gewässern. Grundwasser hat eine sehr geringe Fließgeschwindigkeit, sodass Niederschlagswasser

manchmal Jahre braucht, bis es zum Grundwasservorkommen versickert. Der Großteil des Trinkwassers wird in Deutschland aus Grundwasser gewonnen. Oberflächenwasser: Oberflächenwasser befindet sich in Talsperren, Flüssen und Seen. Dabei werden Talsperren als Trinkwasserspeicher künftig eine immer wichtigere Rolle einnehmen. Quellwasser: Quellwasser wird aus natürlichen Wasserquellen gewonnen. Dies ist meist in Bergregionen möglich. So wird im Süden Deutschlands ein Teil des Trinkwassers auch aus natürlichen Quellen des Alpenvorlandes gewonnen.

Natürlicher Wasserkreislauf Zur Erhaltung dieser Wasserressourcen ist der Erhalt des natürlichen Wasserkreislaufs notwendig. Bei diesem verdunstet Wasser auf der Erdoberfläche in Gewässern, Meeren und über Pflanzen in die Atmosphäre. In kühleren Regionen der Atmosphäre bilden sich dann Wolken, welche kondensieren und als Niederschlag in Form von Regen, Hagel oder Schnee zurück auf die Erde fallen (siehe Abbildung 12.3). Ein Teil des Wassers versickert dann ins Grundwasser, ein anderer Teil fließt in Oberflächengewässern ab oder wird von Pflanzen aufgenommen und kann erneut verdunsten. Der natürliche Wasserkreislauf ändert sich durch den Klimawandel. Dies sorgt für Ungleichheiten bei der Wasserversorgung. So verdunstet aufgrund höherer Temperaturen mehr Wasser, was zur Austrocknung von Böden führt. Gleichzeitig gibt es in bestimmten Regionen längere Perioden ohne oder mit nur wenig Niederschlägen, was das Austrocknen von Böden begünstigt.

Abbildung 12.3: Natürlicher Wasserkreislauf

Wenn Niederschläge vorkommen, treten diese vermehrt als Starkregen auf oder liefern nicht genug Wasser. Ausgetrocknete Böden können den Niederschlag dann nicht aufnehmen, es kommt zu Überschwemmungen, und das Wasser fließt in größere Oberflächengewässer, das Meer oder die Kanalisation ab. Geschmolzene Gletscher können im Jahresverlauf zudem nicht mehr als Puffer dienen, um Überschüsse im Winter aufzunehmen und sie im Sommer wieder zeitversetzt abzugeben. Als Folge können sich Böden und Grundwasser nicht ausreichend regenerieren. Der Grundwasserspiegel sinkt, und die Quellen kleinerer Bäche und Flüsse versiegen. Durch diese Veränderung des Wasserkreislaufs entstehen ernste Bedrohungen für Ökosysteme, den Anbau von Nahrungsmitteln und den Zugang zu sauberem Wasser.

Künstlicher Wasserkreislauf Der künstliche Wasserkreislauf beinhaltet die Wiederaufbereitung bereits genutzten Wassers, welches als Abwasser in eine Kläranlage gelangt, dort aufbereitet und in gereinigter Form Oberflächengewässern, der Grundwasseranreicherung und Brunnen zugeführt oder erneut für die Trinkwassergewinnung genutzt wird. Wie die Abwasseraufbereitung abläuft, erfahren Sie im Abschnitt »Abwasseraufbereitung in

Klärwerken« in diesem Kapitel.

Trinkwasseraufbereitung Das für die Trinkwasseraufbereitung gewonnene Wasser aus Grundwasser, Oberflächenwasser und natürlichen Quellen wird Rohwasser genannt. Gewässer haben natürliche Selbstreinigungsprozesse und stellen Wasser in guter Qualität zur Verfügung. Dennoch beinhalten sie – teils aufgrund der Verschmutzung durch Menschen – schädliche Stoffe, die entfernt werden müssen. Dazu gehören beispielsweise Mikroplastik, Pestizide, Krankheitserreger, Algen, Chemikalien, Abfälle, Dünger oder Medikamentenrückstände. Zur Entfernung dieser Stoffe wird das Wasser in verschiedenen Stufen aufbereitet. Zur Aufbereitung kommen in Wasserwerken je nach Wasserqualität biologische, physikalische und chemische Verfahren zum Einsatz. In der Regel wird das Rohwasser in einem ersten Schritt grob gesiebt oder durchfließt ein Absatzbecken, in dem sich Sedimente und grobe Stoffe am Boden absetzten. Wenn sich zu viele kleine Partikel im Wasser befinden, die sich nicht filtern lassen oder absetzen, kann eine Flockung erforderlich sein. Dafür wird dem Wasser ein Flockungsmittel beigegeben, sodass kleinere Teilchen untereinander eine Bindung eingehen und anschließend gefiltert werden können. In Gewässern mit hohem Eisenanteil erfolgt durch die Belüftung des Wassers mit Luftsauerstoff die Ausfällung von Eisen- und Mangan-Ionen durch Oxidation. Die entstehenden Schwebstoffe, Kleinstpartikel, Flocken und Fällungsprodukte werden im nächsten Schritt in Schnell- oder Langsamfilteranlagen herausgefiltert. Manche Filteranlagen besitzen zusätzliche Aktivkohlefilter, welche Schad- und Farbstoffe aus dem Wasser adsorbieren. Um Krankheitserreger und Mikroorganismen aus dem Wasser zu entfernen, ist im letzten Schritt eine Desinfektion des Wassers notwendig. Dies kann über die Chlorung mit Chlordioxid, die Ozonung oder die UV-Bestrahlung erfolgen. Die Nebenprodukte und Rückstände der Trinkwasseraufbereitung werden entweder entsorgt oder können teilweise in anderen Bereichen wie der Zementindustrie und der Landwirtschaft weiterverwendet werden. Nach der Aufbereitung gelangt das Trinkwasser vom Wasserwerk über ein Leitungsnetz, bestehend aus Haupt- und Nebenwasserleitungen, zu Ihrem Gebäude. Trinkwasserleitungen liegen frostsicher ca. 1,25 m unterhalb der Erdoberfläche. Trinkwasser ist das am besten kontrollierte Lebensmittel in Deutschland. Es enthält jedoch auch nach der Aufbereitung noch Inhaltsstoffe wie Calcium, Eisen, Mikroorganismen, Kupfer oder Natrium. Nach der Aufbereitung ist die Konzentration jedoch so gering, dass sie gesundheitlich vollkommen unbedenklich ist.

Wasserverteilung im Gebäude Über das öffentliche Leitungsnetz gelangt das Wasser in Ihr Gebäude und wird dort zu Küche, Bad und WC verteilt. Bevor das Wasser ins Gebäude gelangt, durchfließt es im Hausanschlussraum die Wasserübergabestation. Da das Trinkwasser mit Temperaturen zwischen 5 und 15 °C ins Gebäude gelangt, muss es fürs Duschen, Baden und Händewaschen erwärmt werden. Die Warmwasserbereitung erfolgt zentral im Keller oder dezentral direkt an der Zapfstelle. In Abbildung 12.4 ist ein vereinfachtes Schema zur Wasserverteilung im Gebäude dargestellt.

Abbildung 12.4: Einfache schematische Darstellung der Wasserverteilung im Gebäude

Hausanschluss Über eine Rohrleitung in der Kellerwand kommt das Wasser in Ihr Gebäude und wird dort übergeben. Die Wasserübergabestation besteht in der Regel aus drei Bauteilen: einer Wasserzählarmatur, einem Rückflussverhinderer und einem Druckminderer. In Abbildung 12.5 sind alle Bauteile abgebildet. Wasserzählerarmatur: Die Wasserzählerarmatur besteht aus einem Eingangsabsperrventil (1), dem Wasserzähler (2) und einem weiteren Absperrventil (3) mit Entleerung. Zudem kann in bestimmten Fällen für den Potenzialausgleich eine Erdungsbrücke (6) notwendig sein (siehe Kapitel 9 im Abschnitt »Erdung und Potenzialausgleich«). Der Wasserzähler zählt das Wasser in Kubikmeter (1 m3 = 1.000 Liter), ist geeicht, und eine Manipulation ist strafbar.

Abbildung 12.5: Wasserübergabestation in einem Gebäude

Rückflussverhinderer: Der Rückflussverhinderer (4) ist recht unscheinbar, jedoch ein wichtiges Bauteil in einer Trinkwasserinstallation. Über diesen wird verhindert, dass gebrauchtes Trinkwasser aus dem Gebäude ungewollt zurück in das öffentliche Trinkwassernetz gelangt oder sich damit vermischt. Auch wenn es nur eine Fließrichtung gibt, kann sich diese ungewollt ändern. In manche Absperrventile sind Rückflussverhinderer bereits integriert. Druckminderer: Der Druckminderer reduziert den hohen Eingangsdruck des öffentlichen Trinkwassernetzes auf einen eingestellten Druck für das Gebäude. Am Druckminderer befindet sich ein Manometer zur Druckanzeige. Nach der Wasserübergabestation können gegebenenfalls noch weitere Geräte wie Enthärtungsanlagen, Dosiergeräte und Entkeimungsanlagen installiert sein. In den meisten Fällen muss das Trinkwasser jedoch nicht zusätzlich behandelt werden. Einzig die Installation eines Hauswasserfilters am Hausanschluss ist gesetzlich vorgeschrieben.

Auf dem Weg vom Wasserwerk zu Ihrem Gebäude kann es immer wieder vorkommen, dass kleinere Feststoffpartikel wie Rostteilchen oder Sandkörner in das Wasser gelangen. Der Hauswasserfilter ist ein Feinfilter und hat die Aufgabe, diese Feststoffpartikel herauszufiltern. Dadurch schützt er Ihre Trinkwasserinstallation. Hauswasserfeinfilter gibt es als rückspülbare und nicht rückspülbare Filter. Feinfilter können zudem einen integrierten Druckminderer besitzen, wie in Abbildung 12.6 zu sehen ist. Hauswasserfilter dienen daher nicht der Hygiene, sondern dem Schutz der Anlage. Sie sollten dennoch regelmäßig gewartet werden, da ansonsten starke Druckabfälle entstehen können.

Abbildung 12.6: Wasserfilter mit integriertem Druckminderer

In Hochhäusern und Wolkenkratzern kann der Wasserdruck aus dem öffentlichen Wassernetz nicht ausreichend sein. Daher kommen in diesen Gebäuden sogenannte Druckerhöhungsanlagen zum Einsatz, die das Wasser in höhere Geschosse transportieren. Druckerhöhungsanlagen besteht aus Pumpen, Druckausdehnungsgefäßen sowie einer Steuerung. In Trinkwassernetzen soll möglichst nur ein metallischer Werkstoff für die Rohrleitungen

verwendet werden, wobei eine Kombination mit Kunststoffrohren möglich ist. Typische metallische Werkstoffe sind Kupfer oder nicht rostender Stahl (Edelstahl). Sogenannte Mischinstallationen, bestehend aus mehreren Metallen, können im schlimmsten Fall zu Undichtigkeiten und Lochfraß (kleinflächige und punktförmige Korrosionsstellen in Form von Löchern) führen. Bleileitungen dürfen nicht installiert sein, und vorhandene Bleileitungen müssen umgehend durch zugelassene Werkstoffe ersetzt werden, da bereits niedrige Mengen von Blei im Trinkwasser gesundheitsgefährdend sind! Ob Sie Bleileitungen haben, ist durch eine Fachfirma festzustellen. Dennoch gibt es ein paar Merkmale, an denen Sie eine Bleileitung erkennen können: Nicht gestrichene Bleirohre sind silbergrau/bläulich, wie in Abbildung 12.7 zu sehen ist. Bleirohre sind nicht magnetisch. Das Material des Rohres ist weich, sodass Sie den äußeren Mantel leicht mit einer Münze oder einem Messer einritzen können. Falls Sie davon ausgehen, dass Bleileitungen bei Ihnen installiert sind, sollten Sie eine Fachfirma zurate ziehen.

Abbildung 12.7: Altes Bleirohr vor einem Wasserzähler – Quelle: GDM photo and video, Stock.Adobe.com

Die Warmwasserbereitung für Ihr Gebäude Zum Duschen, Baden, Händewaschen und in der Küchenspüle benötigen Sie warmes Wasser. Da das Trinkwasser aus dem öffentlichen Netz kalt in Ihr Gebäude gelangt, muss es erwärmt werden. Eine Warmwasserbereitung soll daher die nachfolgenden Anforderungen erfüllen: Das Warmwasser muss zur gewünschten Zeit und in der notwendigen Menge zur Verfügung stehen. Die Warmwasserbereitung soll energieeffizient und mit möglichst geringem Wärmeverlust erfolgen. Die gewünschte Wassertemperatur soll an der Entnahmestelle eingehalten werden. Das Warmwasser muss den hygienischen Anforderungen entsprechen. Warmwasser sollte nicht über längere Zeit in Anlagen stehen, sondern idealerweise immer in Bewegung sein. Die Erwärmung des Trinkwassers kann direkt oder indirekt erfolgen und wird in den nachfolgenden Abschnitten beschrieben.

Direkte Erwärmung: Bei der direkten Erwärmung wird das Wasser durch eine Heizquelle, durch elektrische Energie oder das Verbrennen von Brennstoffen (Gas, Öl, Kohle) erwärmt. Indirekte Erwärmung: Bei der indirekten Erwärmung wird das Wasser durch einen Wärmeträger wie das Heizwasser oder die Sole einer Solarthermieanlage erwärmt. Mehrfamilienhäuser, Bürogebäude und Einfamilienhäuser haben unterschiedliche Warmwasserbedarfe. Daher gibt es auch verschiedene Arten der Warmwasserversorgung. Es wird in die dezentrale und die zentrale Warmwasserversorgung unterschieden, welche nachfolgend beschrieben werden.

Dezentrale Warmwasserversorgung Bei der dezentralen Warmwasserversorgung wird das Trinkwasser direkt oder sehr nahe an einer gewünschten Entnahmestelle erwärmt. Typische Einsatzorte sind zu sanierende Altbauten, öffentliche Gebäude, Vereinsheime und Wohngebäude ohne zentrale Trinkwassererwärmung. Die Trinkwassererwärmung erfolgt in der Nähe von einzelnen Handwaschbecken, Küchenspülen, Teeküchen, Duschen und Waschtischen. Für die dezentrale Warmwasserversorgung kommen je nach Anforderung und benötigter Warmwassermenge verschiedene Geräte zum Einsatz. Unterteilt wird in Boiler, Durchlauferhitzer und Speicher-Warmwasser-Erwärmer. Da diese Geräte überwiegend elektrisch betrieben werden, benötigen sie nahe liegende Stromanschlüsse. Geräte mit kleineren Leistungen bis zu 3,5 kW können an Haushaltssteckdosen mit 230 V angeschlossen werden. Bei Geräten mit höherer Leistungsaufnahme (größere Durchlauferhitzer können eine Leistungsaufnahme von bis zu 35 kW haben) wird ein 400V-Drehstromanschluss benötigt (siehe Kapitel 9 im Abschnitt »Stromkreise mit verschiedenen Spannungen«). Vereinzelt werden auch noch dezentrale Holz- und Kohleöfen für die Warmwasserbereitung verwendet. Diese werden in diesem Buch jedoch nicht betrachtet. Nachfolgend werden die gängigen dezentrale Geräte vorgestellt, in Abbildung 12.8 sind sie dargestellt. Boiler: Bei einem Boiler handelt es sich um einen Wasserbehälter ohne Wärmedämmung. Daher wird der Boiler auch erst kurz vor dem Gebrauch mit Wasser gefüllt und erhitzt. Im Boiler befindet sich ein elektrischer Heizstab zur Wassererwärmung. Boiler kommen nur für die Einzelversorgung von Duschen oder Badewannen zum Einsatz. Kleine Boiler-Varianten gibt es als Kochendwassergeräte in Teeküchen. Durchlauferhitzer: Durchlauferhitzer (DLE) werden auch Durchflusswassererwärmer oder Durchlaufwasserheizer genannt. Durchlauferhitzer werden meist elektrisch betrieben (direkte Erwärmung), sind aber auch als Frischwasserstationen erhältlich, bei denen heißes Wasser aus der Zentralheizung durch den Wärmeübertrager in der Frischwasserstation fließt (indirekte Erwärmung).

Gas-Durchlauferhitzer befinden sich meist in kombinierten Gasthermen, zum Beispiel in Etagenwohnungen (ebenfalls direkte Erwärmung). Das kalte Trinkwasser fließt durch einen Wärmeübertrager im Durchlauferhitzer und nimmt während des Durchflusses Wärme auf. Durchlauferhitzer haben einen hohen Wirkungsgrad und geringe Energieverluste aufgrund der kurzen Leitungswege. Bei größeren Wassermengen oder kleinen Bauformen benötigen sie jedoch eine hohe Leistung, um die Wunschtemperatur schnell zu erreichen. Speicher-Warmwasser-Erwärmer: Bei einem Speicher-Warmwasser-Erwärmer handelt es sich um einen gut gedämmten Wasserbehälter, den es in verschiedenen Größen gibt. Das Fassungsvermögen liegt zwischen fünf und 150 Litern. In den Speichern befindet sich permanent warmes Wasser, welches auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Somit steht dauerhaft eine größere Menge Warmwasser zur Verfügung. Speicher-Warmwasser-Erwärmer werden elektrisch betrieben.

Abbildung 12.8: Beispielhafte Geräte für die dezentrale Wasserversorgung

Die dezentrale Warmwasserversorgung wird in Einzel- und Gruppenversorgung unterteilt wie Sie in wie in Abbildung 12.9 sehen können.

Abbildung 12.9: Dezentrale Warmwasserbereitung – Einzel- und Gruppenversorgung

Einzelversorgung: Bei der Einzelversorgung wird eine einzelne Entnahmestelle mit einer dezentralen Warmwasserbereitung ausgestattet, zum Beispiel ein Handwaschbecken in der Gästetoilette mit einem elektrischen Speicher-WarmwasserErwärmer oder eine einzelne Dusche in einer Umkleidekabine mit einem elektrischen Durchlauferhitzer. Gruppenversorgung: Bei der Gruppenversorgung werden mehrere Entnahmestellen in einem Raum oder einer Wohnung eines Mehrfamilienhauses versorgt, zum Beispiel ein Handwaschbecken und eine Dusche im Badezimmer einer Altbauwohnung mit einem elektrischen Durchlauferhitzer.

Zentrale Warmwasserversorgung Die zentrale Warmwasserversorgung erfolgt an einem zentralen Ort im Gebäude. Das Wasser wird in einem großen Warmwasserspeicher (ca. 80–300 Liter für Einfamilienhäuser und ca. 500–800 Liter für ein Zehn-Personen-Mehrfamilienhaus) erwärmt und vorgehalten. Über ein verzweigtes Rohrnetz wird das Wasser im Gebäude an alle Entnahmestellen wie Handwaschbecken, Duschen, Badewannen und Küchenspülen verteilt. Nachfolgend werden die Zirkulationsleitung für die Verteilung des Warmwassers sowie die verschiedenen Arten der zentralen Warmwassererwärmung vorgestellt. Zirkulationsleitung: Das Wasser bewegt sich im Kreis Zentrale Warmwassernetze bieten einen hohen Komfort, müssen aber auch hygienische Anforderungen einhalten, da sich in Warmwasserleitungen bei zu niedrigen Temperaturen und stehendem Wasser Mikroorganismen vermehren können. Ein Großteil dieser Anforderungen entfällt bei dezentralen Anlagen, da diese kurze Leitungswege haben und nur wenig oder kein Wasser vorhalten. Die nachfolgenden Anforderungen gelten daher für zentrale Warmwassernetze: Warmwasser sollte im Warmwasserspeicher dauerhaft mindestens 60 °C und überall in den Rohrleitungen mindestens 55 °C haben.

Wenig genutzte Leitungsabschnitte sollten regelmäßig durchgespült werden. In Anlagen, bei denen das Leitungsvolumen der Wasserleitung zwischen Speicher und entferntester Entnahmestelle über drei Litern liegt, werden üblicherweise Zirkulationsleitungen eingesetzt (sogenannte Drei-Liter-Regel). Warm- und Kaltwasserleitungen sollten gut wärmeisoliert werden. Die Isolierung an Kaltwasserleitungen reduziert zudem die Gefahr von Kondenswasserbildung. Zur Umsetzung dieser Anforderungen werden in zentralen Trinkwasseranlagen sogenannte Zirkulationsleitungen verbaut, die ab einer bestimmten Wassermenge auch vorgeschrieben sind. Eine Zirkulationsleitung sorgt dafür, dass warmes Trinkwasser dauerhaft zwischen Entnahmestelle und Speicher zirkuliert, um die gewünschte Temperatur im Leitungsnetz sicherzustellen und das Wasser in Bewegung zu halten. Kaltes und warmes Trinkwasser sollte mit den geforderten Temperaturen (kaltes Trinkwasser ≤ 25 °C, warmes Trinkwasser ≥ 55 °C) nach mindestens 30 Sekunden an der Entnahmestelle ankommen. Die Zeitspanne zwischen dem Öffnen der Zapfstelle bis zum Austritt des Wassers mit der geforderten Temperatur wird Ausstoßzeit genannt. Als Verbrühungsschutz kommen thermostatisch geregelte Mischarmaturen oder Mischarmaturen mit Zwangsbeimischung zum Einsatz. Mischarmaturen sind Wasserhähne, an denen heißes und kaltes Wasser gemischt werden kann. In Abbildung 12.10 ist beispielhaft eine zentrale Warmwasserbereitung mit Zirkulationsleitung abgebildet. Das Trinkwasser aus dem öffentlichen Netz (1) fließt zunächst in das Gebäude und teilt sich dort auf. Ein Teil des Wassers fließt als kaltes Trinkwasser (2) direkt zu den Entnahmestellen (8). Ein anderer Teil fließt in den Warmwasserspeicher (3). Im Warmwasserspeicher wird es indirekt von einer Wärmequelle, in diesem Beispiel von der Zentralheizung (11), erwärmt. Dafür wird heißes Wasser aus dem Wärmeerzeuger (4) über eine Speicherladepumpe (5) in den Speicher gepumpt, welches die Wärme über einen Wärmeübertrager (6) an das Trinkwasser im Speicher abgibt.

Abbildung 12.10: Zentrale Warmwasserbereitung mit Zirkulationsleitung

Aus dem Speicher wird dann erwärmtes Trinkwasser (7) zu den Entnahmestellen (8) transportiert. An den Entnahmestellen können Sie das warme Trinkwasser mit dem kalten Trinkwasser (2) am Wasserhahn auf Ihre Wunschtemperatur einstellen. Über die Zirkulationsleitung (9) fließt heißes Wasser, welches nicht abgenommen wird, permanent im Kreis. Dazu fließt es mittels Zirkulationspumpe zurück zum Warmwasserspeicher, wird erneut erwärmt und anschließend wieder in den Trinkwarmwasserkreislauf transportiert. Im Trinkwasser befinden sich Mikroorganismen, deren Konzentration beim Eintritt ins Gebäude gesundheitlich vollkommen unbedenklich ist. Dazu gehören beispielsweise Legionellen, die als Süßwasserbakterien natürlicherweise im Süßwasser vorkommen. Auch wenn es eine verlockende Energiesparmaßnahme zu sein scheint, die Temperatur von zentralen Warmwasserspeichern zu senken, sollten Sie diese nicht unter 60 °C absenken. Die idealen Wachstumsbedingungen für Legionellen sind Wassertemperaturen zwischen 25 und 45 °C. Ist die Wassertemperatur höher als 55 °C, ist deren Wachstum gehemmt, und ab 60 °C sterben Legionellen ab. Bei

idealen Lebensbedingungen können sich Legionellen im Warmwasserspeicher sowie in den Rohrleitungen jedoch vermehren. Ist die Konzentration der Legionellen im Wasser zu hoch, können diese beim Duschen über kleine Wassertropfen und Wasserdampf (Aerosole) eingeatmet werden. Bei Menschen mit schwachem Immunsystem und älteren Menschen können sie dann Entzündungen in der Lunge auslösen und zum Tod führen (sogenannte Legionärskrankheit). Daher sollten Sie die Temperatur des zentralen Warmwasserspeichers keinesfalls unter 60 °C senken. Zudem bieten viele Wärmeerzeuger die Funktion einer thermischen Desinfektion an. Dabei wird die Warmwassertemperatur im Speicher einmal pro Woche auf über 70 °C erhöht, was die darin befindlichen Legionellen abtötet. Das Trinken von mit Legionellen kontaminiertem Wasser stellt hingegen keine Gefahr dar. Wassererwärmung für die zentrale Warmwasserversorgung Die Erwärmung des Warmwassers erfolgt in zentralen Anlagen überwiegend indirekt in großen Speichern durch das Heizwasser eines Wärmeerzeugers oder die Sole einer Solarthermieanlage. Die direkte Erwärmung durch Strom oder Brennstoffe erfolgt nur selten. Inzwischen gibt es jedoch immer mehr Anbieter für Power-to-Heat-Speicher (deutsch: Strom-zu-Wärme-Speicher), welche überschüssigen Strom aus Photovoltaik direkt zur Wassererwärmung nutzen. Nachfolgend werden die verschiedenen Varianten zur Warmwassererwärmung in zentralen Warmwasserversorgungsanlagen vorgestellt. Erwärmung durch Heizwasser: Zur Erwärmung des Warmwassers wird das Heizwasser eines zentralen Wärmeerzeugers genutzt, wie Sie in Abbildung 12.11 sehen können. Kaltes Trinkwasser (1) fließt dazu in den Warmwasserspeicher (2). Zur Erwärmung wird heißes Wasser aus dem Wärmeerzeuger (3) zu einem Wärmeübertrager (4) in den Speicher gepumpt, der die Wärme an das Trinkwasser abgibt und dieses erwärmt. Anschließend wird warmes Wasser (5) zu den Entnahmestellen gepumpt. Nicht genutztes Warmwasser gelangt über die Zirkulationsleitung (6) zurück zum Speicher.

Abbildung 12.11: Warmwassererwärmung über das zentrale Heizsystem

Erwärmung mit Solarthermie: Sonnenenergie eignet sich ebenfalls bestens für die zentrale Warmwasserbereitung. In Abbildung 12.12 ist beispielhaft eine unterstützende Solarthermieanlage für die Warmwasserbereitung dargestellt. Bei nicht ausreichender Sonneneinstrahlung kann die Warmwasserbereitung durch das Heizwasser erfolgen (wie im vorherigen Punkt beschrieben). Ist ausreichend Sonne vorhanden, absorbieren die Solarkollektoren (7) die Sonnenstrahlen und wandeln diese in Wärme um. Die Wärme wird dann über eine Wärmeträgerflüssigkeit (Sole, bestehend aus Wasser und einem Frostschutzmittel) über den Solekreislauf (8) in den Warmwasserspeicher transportiert und dort über einen Wärmeübertrager (4) auf das Wasser übertragen. Mehr Informationen zur Funktion von Solarthermieanlagen finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Solarthermie für Heizung und Warmwasser«.

Abbildung 12.12: Solarthermieanlage unterstützend zum Heizsystem für die Warmwasserbereitung

Erwärmung mit Photovoltaik: Die Erwärmung großer Wassermengen mit Hilfe von überschüssigem Strom aus Photovoltaik ist eine weitere Möglichkeit der zentralen Warmwasserbereitung. Power-to-Heat sollten Sie für die reine Warmwasserbereitung jedoch nur in Erwägung ziehen, wenn Sie nicht wissen, wohin mit Ihrem überschüssigen PV-Strom. In Power-to-Heat-Wasserspeichern befindet sich ein elektrischer Heizstab zur Wassererwärmung.

Bei neuen Gebäuden mit hohen Dämmstandards und Niedertemperaturheizsystemen (zum Beispiel Wärmepumpe mit Fußbodenheizung) müsste die Wassertemperatur des Heizwassers extra für das Trinkwarmwasser erhöht werden, um die hygienischen Anforderungen einzuhalten. Dies kann Niedertemperaturheizsysteme ineffizient machen. Im Sommer müsste die Heizung zudem extra für das Warmwasser betrieben werden, wenn diese für das Heizen nicht benötigt wird. Eine Kombination mit einer Solarthermieanlage ist daher in neuen Gebäuden eine sinnvolle Sache, da diese die Warmwasserbereitung ganzjährig übernehmen könnte und nur bei Bedarf vom Heizsystem unterstützt wird. Warmwasserspeicher befinden sich entweder separat im Raum oder in einem Kombinationswärmeerzeuger mit integriertem Speicher. In Abbildung 12.13 sind jeweils ein integrierter sowie ein separater Warmwasserspeicher abgebildet.

Abbildung 12.13: Warmwasserspeicher in Kombi-Heizkessel und als separate Ausführung

Wie viel warmes Wasser brauchen Sie? Der durchschnittliche Trinkwasserverbrauch pro Person liegt in Deutschland bei etwa 127 Litern pro Tag. Davon liegt der Warmwasserverbrauch pro Person zwischen 35 und 50 Litern, bei Wassertemperaturen von 40 bis 60 °C, wobei das Warmwasser am Wasserhahn nochmals für eine angenehme Temperatur mit kaltem Wasser gemischt wird. Dies ist viel und auf den ersten Blick unvorstellbar. In Tabelle 12.2 finden Sie daher Anhaltswerte, wie diese hohen Warmwasserverbräuche zustande kommen. Verbrauch

Liter

Händewaschen

2–5 l pro Person und Tag

Küchenspüle

8–12 l pro Person und Tag

Duschbad (5 min) 30–50 l pro Person und Tag Badewanne

120–180 l pro Person und Tag

Tabelle 12.2: Anhaltswerte für den Warmwasserverbrauch pro Person und Tag

Die Menge des benötigten Warmwassers ist gerade in Wohngebäuden von Tag zu Tag unterschiedlich. So kann es vorkommen, dass zu bestimmten Zeiten in einem Mehrfamilienhaus mehrere Personen aus verschiedenen Wohneinheiten gleichzeitig duschen oder baden wollen. Die häufigsten Fehler in Heizkostenabrechnungen beruhen auf der Berechnung des

Warmwasserbedarfs. In Kapitel 15 im Abschnitt »Warmwasserbedarf berechnen« erfahren Sie, wie Sie mögliche Fehler in Ihrer Heizkostenabrechnung aufdecken, und finden eine Beispielrechnung zur Berechnung des Warmwasserbedarfs. Damit Sie und Ihre Nachbarn nicht kalt duschen müssen, ist in Mehrfamilienhäusern die Ermittlung des Spitzenwarmwasserbedarfs notwendig. Anhand dieser Menge wird auch die Größe des Warmwasserspeichers bestimmt. Der Spitzenverbrauch wird dann für eine Stunde beziehungsweise für zehn Minuten ermittelt. Da die Auslegung für die Größe des Warmwasserspeichers etwas komplizierter ist, sollte Sie diese von einer Fachfirma durchführen lassen. In Tabelle 12.3 finden Sie Anhaltswerte für die zu bereitstellende Wassermenge pro Stunde beziehungsweise pro zehn Minuten in Mehrfamilienhäusern. Anzahl der Wohnungen mit 3 bis 4 Bewohnern Liter pro Stunde bei 60 °C Liter pro 10 Minuten bei 60 °C 10 Wohnungen

600 l

400 l

20 Wohnungen

1200 l

500 l

50 Wohnungen

2100 l

800 l

Tabelle 12.3: Anhaltswerte für den Spitzenwasserverbrauch in Mehrfamilienhäusern

Nutzen Sie Regen- und Grauwasser In fast allen Gebäuden wird für die Toilettenspülung, die Gartenbewässerung oder das Wäschewaschen wertvolles Trinkwasser verwendet. Dies entspricht ungefähr 50 % Ihres Gesamtwasserbedarfs. Wie Sie in Abbildung 12.14 sehen können, fallen ca. 30 % für die Toilettenspülung, ca. 15 % für das Wäschewaschen und ca. 5 % für die Gartenbewässerung an.

Abbildung 12.14: Gesamtwasserverbrauch mit Einsparpotenzial

Dieses Trinkwasser können Sie sparen, indem Sie Grau- oder Regenwasser auffangen, aufbereiten und wiederverwenden. Wenn Ihnen weder ausreichend Grau- noch ausreichend Regenwasser zur Verfügung stehen, können Sie auch eine Regen- und Grauwasseranlage kombinieren. Dabei ist wichtig, dass Grau- und Regenwasser strikt vom Trinkwassernetz getrennt sind und ein eigenes Leitungsnetz erhalten. Wie bereits am Anfang dieses Kapitels im Abschnitt »Verschiedene Wasserarten im Gebäude« beschrieben wurde, kommt Grauwasser aus Dusche, Badewanne und Handwaschbecken, ist nur leicht verschmutzt und kann über eine Grauwassernutzanlage aufbereitet werden. Wenn Sie sich für eine Grau- oder Regenwassernutzungsanlage entscheiden, kann ein Vier-Personen-Haushalt zwischen 40 und 60 Kubikmeter (40.000 bis 60.000 Liter) Wasser pro Jahr sparen. Dies entspricht Trinkwasserkosten von ungefähr 160 bis 200 € pro Jahr. Gerade für Neubauten sind Grau- oder Regenwassernutzungsanlagen interessant. Die nachträgliche Installation in Bestandsgebäuden ist jedoch meist nur bei einer umfassenden Modernisierung möglich. Nachfolgend werden die Funktion von Regenwasser- und Grauwassernutzungsanlagen vorgestellt. Regen- und Grauwasser haben auch nach einer Filterung beziehungsweise einer Aufbereitung keine Trinkwasserqualität. Nicht-Trinkwasserleitungen sind daher gegenüber Trinkwasserleitungen eindeutig und dauerhaft farblich unterschiedlich zu

kennzeichnen. Zudem müssen Sie alle Entnahmestellen für Nicht-Trinkwasser mit einem Schild oder Symbol ausstatten und darauf hinweisen, dass es sich nicht um Trinkwasser handelt. In Abbildung 12.15 sind beispielhafte Schilder zu sehen. Am Hausanschluss der Trinkwasseranlage müssen Sie zudem eine Information anbringen, dass es eine Grau- oder Regenwassernutzungsanlage gibt und dass Querverbindungen zum Trinkwasser verboten sind. Ein Beispieltext könnte wie folgt lauten: »Achtung! In diesem Gebäude ist eine Regenwasser-/Grauwassernutzungsanlage installiert. Querverbindungen ausschließen.«

Abbildung 12.15: Schilder mit dem Hinweis »Kein Trinkwasser« – Quelle links: fotohansel, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte: Animaflora PicsStock, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: VS, Stock.Adobe.com

Regenwassernutzanlage Mit einer Regenwassernutzanlage fangen Sie Niederschlagswasser über Ihre Dachfläche auf, leiten es in eine Zisterne (unterirdischer Wasserspeicher) und können es in Ihrem Gebäude für die Toilettenspülung, die Gartenbewässerung oder das Wäschewaschen nutzten. Da es verschiedene Techniken gibt, ist in Abbildung 12.16 eine beispielhafte Regenwassernutzungsanlage zu sehen. In dieser Anlage kommt eine Filtereinheit (1) innerhalb der Zisterne (2) zum Einsatz, welche Schmutz und Blätter herausfiltert. Vermischt mit etwas Regenwasser, werden Schmutz und Blätter direkt in die Kanalisation (3) weitergeleitet. Der Großteil des Regenwassers fließt über einen beruhigten Ablauf (4) in die Zisterne. Trotz dieser Vorfilterung befinden sich noch immer nicht gefilterte Schwebstoffe im Wasser, die sich am Boden der Zisterne als Sedimentschicht (5) absetzen. Damit neu dazukommendes Regenwasser (6) die Sedimentschicht am Boden nicht aufwirbelt, wird die Fließgeschwindigkeit über den beruhigten Zulauf stark reduziert, und das Wasser gelangt über einen Zulauftopf (7) in den Regenwasserspeicher. Der beruhigte Zulauf hat verschiedene Vorteile und ist heute Standard:

Abbildung 12.16: Beispielhafte Regenwassernutzungsanlage

Feine Schmutzpartikel setzen sich am Boden ab und können eine Sedimentschicht bilden. Die Aufwirbelung des Regenwassers und der abgesetzten Schwebstoffe wird verhindert. Sauerstoff gelangt in die Zisterne, hält das Wasser frisch und verhindert die Bildung von anaeroben Fäulnisbakterien. Sollte sich die Zisterne zu stark füllen, wird das überschüssige Regenwasser über einen Überlauf (8) in das Abwasserkanalnetz geleitet. Dies hat auch einen Reinigungseffekt für die Zisterne zur Folge, da leichtere Schwebstoffe und Verunreinigungen wie Blütenpollen in das Abwassernetz abfließen können. Der regelmäßige Überlauf ist daher notwendig für eine gute Wasserqualität. Das Regenwasser aus der Zisterne wird über eine schwimmende Entnahme (9) kurz unter der Wasseroberfläche zum Hauswasserwerk (10) gepumpt und von dort in das Regenwassernetz (11) geleitet. Im Hauswasserwerk befinden sich eine Ansaugpumpe, die Wasserverteilung sowie eine Steuerung.

In Zeiten von Trockenheit kann Wasser aus dem Trinkwassernetz über eine Trinkwassernachspeisung (12) bezogen werden, wobei eine direkte Verbindung von Regen- und Trinkwassernetz verboten ist. Die Befüllung erfolgt dann über einen freien Auslauf (zum Beispiel Wasserhahn), der das Wasser über einen Trichter in die Zisterne leitet. Die umfassende Nutzung von Regenwasser in Gebäuden ist noch nicht sehr weit verbreitet, da es zurzeit meist günstiger ist, wertvolles Trinkwasser aus dem zentralen Versorgungssystem zu verwenden, anstatt in zusätzliche Infrastruktur und Technologie für die Sammlung, Aufbereitung und Nutzung von Regenwasser zu investieren. Die Regenwassernutzung ist jedoch eine umweltfreundliche und nachhaltige Lösung zur Reduzierung des Trinkwasserbedarfs und sollte künftig häufiger in Gebäuden vorkommen.

Grauwassernutzanlage Grauwasser ist Wasser mit geringer Verunreinigung aus Dusche, Badewanne oder dem Handwaschbecken. Durch das Auffangen von Grauwasser können Sie dieses mit einer Grauwasseraufbereitungsanlage filtern, reinigen, entkeimen und für die Toilettenspülung, Gartenbewässerung oder das Wäschewaschen wiederverwenden. Sie nutzen Ihr Trinkwasser somit zweimal und reduzieren die Trinkwasserkosten und Abwassergebühren. Zudem besteht die Möglichkeit der Wärmerückgewinnung, wenn warmes Grauwasser aus Dusche und Badewanne kommt, sodass Energiekosten gesenkt werden können. Der Planungs- und Ausführungsaufwand ist jedoch komplex, sodass die Installationskosten hoch sein können. Zudem müssen eine fachgerechte Inbetriebnahme und regelmäßige Wartungen erfolgen, wodurch Betriebskosten anfallen. In Grauwassernutzanlagen durchläuft das Wasser nacheinander verschiedene Behälter für die Wasseraufbereitung. Zur Sicherheit befindet sich in allen Behältern ein Überlauf, der überschüssiges Wasser in die Abwasserkanalisation leitet. In Abbildung 12.17 ist eine Anlage mit vier Behältern dargestellt. Nachfolgend wird beschrieben, wie die Wasseraufbereitung in den einzelnen Behältern vollzogen wird.

Abbildung 12.17: Grauwassernutzanlage mit vier Behältern und Membranfilter

Behälter 1: Das Grauwasser aus Badewanne, Dusche und Handwaschbecken wird im Grauwasserbehälter (2) aufgefangen und grob vorgefiltert (3). Anschließend wird es mit einer Pumpe in einen zweiten Behälter gepumpt. Behälter 2: Im zweiten Behälter (4) erfolgt eine biologische Wasseraufbereitung durch die Zufuhr von Sauerstoff (6) über ein Luftgebläse (5). Mikroorganismen und Bakterien bauen dadurch organische Substanz im Wasser ab. Das Wasser wird anschließend in einen dritten Behälter gepumpt. Behälter 3: Im dritten Behälter (7) erfolgt eine Entkeimung des Wassers durch einen Membranfilter (8) oder eine UV-Lampe. Anschließend ist das Wasser hygienisch unbedenklich und wird in einen vierten Behälter gepumpt. Behälter 4: Im vierten Behälter (9) befindet sich hygienisch unbedenkliches Wasser

(Betriebswasser) für die Toilettenspülung, die Gartenbewässerung oder die Waschmaschine. Das Wasser kann nun über ein eigenes Betriebswassernetz (11) zu den einzelnen Entnahmestellen gepumpt werden. Sollte nicht genügend Grauwasser zur Verfügung stehen, können Sie den Betriebswasserbehälter mit Trinkwasser aus einer Nachspeiseeinrichtung (10) befüllen.

Abwasserbeseitigung Wenn Grau- und Regenwasser nicht aufbereitet werden, entsteht Abwasser in Handwaschbecken, Duschen, Badewannen, Küchenspülen, Waschmaschinen und der Toilette. Dieses Wasser kann stark oder nur schwach verschmutzt sein, muss aber in jedem Fall aus Ihrem Gebäude abgeführt und hygienisch aufbereitet werden. Abwasser wird in Schmutzwasser, Regenwasser und Mischwasser unterschieden (siehe den Abschnitt »Verschiedene Wasserarten im Gebäude« in diesem Kapitel). Die Abführung von Abwasser aus dem Gebäude wird auch Entwässerung genannt und erfolgt hauptsächlich durch Schwerkraftentwässerungsanlagen. Diese funktionieren aufgrund eines Höhenunterschiedes zwischen der Ablaufstelle und der Grundleitung sowie dem Anschlusskanal in die öffentliche Kanalisation. Damit das Wasser in horizontalen Leitungen richtig abfließen kann, müssen diese mit einem leichten Gefälle verlegt werden. In Zukunft könnten auch vermehrt Unterdruck-Entwässerungssysteme zum Einsatz kommen, die Sie als Vakuum-Toilette aus Bahnen, Schiffen oder Flugzeugen kennen. Diese verbrauchen nur einen Bruchteil des Wassers für die Toilettenspülung, sind ökologischer und können einen Beitrag zur Verbesserung des Wasserkreislaufs in Gebäuden beitragen. Aufgrund der Seltenheit in Gebäuden wird dieses System jedoch in diesem Buch nicht weiter behandelt. Nachfolgend erfahren Sie, wie das Abwasser aus Ihrem Gebäude in die Kanalisation geleitet wird, welche Schutzeinrichtungen es gibt und wie Abwasser in Kläranlagen aufbereitet wird. Die Toilette ist keine Mülltonne! Es gehören nur großes und kleines »Geschäft« sowie Toilettenpapier hinein. Alle anderen Abfälle gehören ausnahmslos in die Mülltonne. Die Klärung von Abwasser ist sehr aufwendig. Abfälle wie Zigarettenstummel, Wattestäbchen, Essensreste, Verpackungen, alte Medikamente, Hygieneartikel, Lacke, Farben und Öle gehören nicht ins Abwasser, da sie das Wasser zusätzlich belasten und nur schwer zu entfernen sind.

Abwasserleitungen im Gebäude

Das anfallende Schmutzwasser wird über verschiedene Leitungen aus dem Gebäude abgeführt. Die Planung der Abwasserleitungen muss von einer Fachfirma durchgeführt werden, damit das Schmutzwasser ordentlich abfließen kann und die Leitungen richtig belüftet werden. Damit keine unangenehmen Gerüche aus den Abwasserleitungen in das Gebäude gelangen, kommen Geruchsverschlüsse in Waschbecken, WCs, Duschen und Badewannen zum Einsatz. Geruchsverschlüsse werden auch Siphon genannt und sind mit Wasser gefüllt, welches als Sperrflüssigkeit für Gerüche dient. Wenn Wasser durch eine Spülung oder aus einem Wasserhahn in den Abfluss gelangt, fließt es problemlos durch den Siphon. Durch das Wasser im Siphon entsteht eine Sperrwasserhöhe, die den unerwünschten Austritt von Gerüchen aus dem Abflussrohr verhindert. Es gibt verschiedene Geruchsverschlüsse, die alle mit Wasser als Sperrflüssigkeit arbeiten. Dazu gehören Rohr-, Flaschen-, Glocken- und Tauchwandgeruchsverschlüsse, wie sie in Abbildung 12.18 links zu sehen sind. Die Leitung zwischen der Ablaufstelle von Dusche, Spüle oder Waschbecken und dem Geruchsverschluss wird Verbindungsleitung (VL) genannt.

Abbildung 12.18: Geruchsverschlüsse für Abflussleitungen

Wenn ein Ablauf nur selten genutzt wird, kann das Wasser aus dem Siphon verdunsten, und Gerüche aus dem Abfluss können aufsteigen. Lassen Sie dann kurz den Wasserhahn laufen, damit sich der Siphon wieder füllt, und das Problem sollte beseitigt sein.

In einem Gebäude gibt es verschiedene Abwasserleitungen mit speziellen Bezeichnungen. In Abbildung 12.19 sind die verschiedenen Abwasserleitungen in Gebäuden dargestellt, nachfolgend werden sie beschrieben. AL – Anschlussleitung (1): Die Anschlussleitung ist die Leitung hinter dem Geruchsverschluss zur nächsten Leitung. Es wird in Einzelanschlussleitung (EAL) und Sammelanschlussleitung (SAL) unterschieden. EAL – Einzelanschlussleitung (1.1): Anschlussleitung, an die nur eine Entwässerungsanlage angeschlossen ist. SAL – Sammelanschlussleitung (1.2): Anschlussleitung, an die mehrere Entwässerungsanlagen angeschlossen sind. FL – Fallleitung (2): Die Fallleitung ist ein senkrechtes Rohr, welches durch alle Geschosse geht und dort in eine Sammelleitung oder in die Grundleitung führt. LL – Lüftungsleitung (3): Die Lüftungsleitung ist an die Fallleitung angeschlossen und sorgt für eine ausreichende Be- und Entlüftung der Abwasserleitung. Die Lüftungsleitung wird über das Dach nach außen geführt und hat die gleiche Nennweite (Rohrdurchmesser) wie die Fallleitung. Da bei Spülvorgängen und dem normalen Abfluss von Schmutzwasser eine Menge Luft mitgerissen wird, verhindert die Lüftungsleitung einen Unterdruck hinter dem Geruchsverschluss, da genügend Luft nachströmen kann. Gleichzeitig können aufsteigende Kanalgase nach außen abgeführt werden.

Abbildung 12.19: Übersicht der Abwasserleitungen in einem Gebäude

SL – Sammelleitung (4): Leitung mit leichtem Gefälle, die Abwasser aus Fall- und

Anschlussleitungen sammelt und in die Grundleitung führt. Die Sammelleitung befindet sich innerhalb des Gebäudes. RFL – Regenfallleitung (5): Die Regenfallleitung leitet Niederschlagswasser vom Dach, Balkon oder anderen Flächen in die Grundleitung. Sie kann sich außerhalb oder innerhalb des Gebäudes befinden. GL – Grundleitung (6): Die Grundleitung befindet sich im Erdreich und verläuft entweder unter oder durch die Bodenplatte des Gebäudes und ist nicht zugänglich. Über die Grundleitung wird das Abwasser aus dem Gebäude in den Anschlusskanal geführt. Aufgrund der eingeschränkten Zugänglichkeit und der aufwendigen Sanierungsarbeiten bei Leckagen oder Schäden wird heute vermehrt darauf geachtet, Grundleitungen unter der Bodenplatte zu vermeiden und stattdessen alternative Verlegungsmethoden zu verwenden. Revisionsschächte (7): Revisionsschächte befinden sich auf dem Grundstück und dienen der Kontrolle des ordentlichen Abfließens des Schmutz- und Regenwassers. Schmutz und Regenwasser dürfen erst außerhalb des Gebäudes zusammengeführt werden. AK – Anschlusskanal (8): Der Anschlusskanal befindet sich zwischen der Grundstücksgrenze und dem öffentlichen Abwasserkanal.

Abwasserleitungen können aus verschiedenen Materialien bestehen. Typische Materialien sind Gusseisen oder Kunststoffe wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP). Jedes Material hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Gusseisenrohre: sehr robust und langlebig, haben gute schalldämmende Eigenschaften, sind feuer- und korrosionsbeständig und können für alle Leitungsabschnitte im Gebäude verwendet werden. Sind jedoch teurer und schwer zu installieren. Kunststoffrohre: sind kostengünstig, können schnell und einfach montiert werden, sind korrosionsbeständig, können jedoch bei hohen Temperaturen und UV-Strahlung anfällig sein. PE-HD-Rohre (Hart-Polyethylen-Rohre) enthalten beispielsweise einen bestimmten Rußanteil, damit sie weniger anfällig gegen UV-Licht sind. Nicht jeder Kunststoff ist für jede Leitungsart zugelassen.

Der Schallschutz spielt bei der Entwässerung von Gebäuden eine wichtige Rolle, da das fließende Abwasser in Abwasserleitungen Geräusche erzeugt. Um diese Geräusche zu reduzieren, sind Schallschutzmaßnahmen notwendig. Beispiele für

solche Maßnahmen sind spezielle Schalldämmungen für Rohre und akustisch optimierte Rohrschellen.

Entwässerungssysteme: Abwasser verlässt das Gebäude Für die Ableitung des Abwassers aus dem Gebäude gibt es verschiedene Entwässerungssysteme. Regen- und Schmutzwasser können entweder außerhalb des Gebäudes zusammengeführt oder in einem getrennten Leitungssystem abgeführt werden. Im Gebäude dürfen Regen- und Schmutzwasser nicht zusammengeführt werden. Es wird in Trennsystem und Mischsystem unterschieden. Trennsystem: Im Trennsystem sind Schmutz- und Regenwasserleitungen voneinander getrennt, wobei das Regenwasser nicht der Abwasserkanalisation zugeführt wird. Das Regenwasser kann dann einer Regenwassernutzungsanlage zugeführt werden und für die Toilettenspülung oder die Gartenbewässerung genutzt werden. Alternativ wird das Regenwasser einer Versickerungsfläche zugeführt, um das Grundwasser anzureichern. Mischsystem: Bei einem Mischsystem werden Schmutz- und Regenwasser in einem geeigneten Schacht außerhalb des Gebäudes zusammengeführt und in die Abwasserkanalisation geleitet. Manche Grundstücke besitzen für Schmutz- und Regenwasser jeweils einen eigenen Schacht.

Rückstau des Abwassers: Schutzeinrichtung für das Gebäude Bei Verstopfungen, lang anhaltenden Niederschlägen und Starkregen können die Kanäle der Abwasserkanalisation volllaufen, sodass es zu einem Rückstau kommt. Der höchstmögliche Stand des Abwassers, der bei einem Rückstau eintreten kann, wird Rückstauebene (RSTE) genannt. Diese befindet sich in der Regel auf Höhe der Straßenoberkante über der Anschlussstelle an die öffentliche Kanalisation, da sich in der Regel nur bis dahin Wasser stauen kann, bevor es dann die Straße entlangfließt. Aufgrund individueller örtlicher Begebenheiten sollte die RSTE bei den Behörden nachgefragt werden. Damit das Abwasser aus der Kanalisation bei einem Rückstau nicht zurück in das Gebäude gedrückt wird, kommen Schutzmaßnahmen zum Einsatz. Dazu gehören Rückstauverschlüsse und Hebeanlagen, die nachfolgend beschrieben werden. Schutzmaßnahmen sind besonders dann notwendig, wenn sich beispielsweise Toiletten, Duschen und Bäder im Keller eines Gebäudes befinden. Rückstauverschlüsse: Rückstauverschlüsse sind Schutzeinrichtungen, die ein Zurückfließen des Abwassers in das Gebäude verhindern. Sie werden daher auch Rückstausperre genannt und befinden sich in Abwasserleitungen unterhalb der Rückstauebene. In Abbildung 12.20 befindet sich ein Rückstauverschluss (1) in der Grundleitung. Sollte es zu einem Überlauf der Kanalisation (5) kommen, kann das Abwasser in der Grundleitung (2) nur bis zur Rückstausperre (1) gelangen und nicht

ins Gebäude eindringen. Rückstauverschlüsse besitzen in der Regel zwei Schutzmechanismen: zum einen die Rückschlagklappe als selbsttätigen Verschluss, der den Rückfluss verhindert, und zum anderen ein Absperrventil als Notverschluss, welcher die Absperrung der Rohrleitung per Hand ermöglicht.

Abbildung 12.20: Rückstauverschluss in der Grundleitung

Hebeanlagen: Wenn die Entwässerung des Abwassers über das natürliche Gefälle nicht möglich ist, kommen Hebeanlagen zum Einsatz. Befinden sich beispielsweise Bäder, Toiletten und Waschküchen in tiefer liegenden Untergeschossen oder unterhalb der Kanalisation, kann das Abwasser nicht natürlich abfließen. In Abbildung 12.21 ist beispielhaft ein Kellergeschoss mit Bad unterhalb der Kanalisation dargestellt. Die Hebeanlage (1) pumpt das Abwasser über eine Rohrschleife (3) in die Grundleitung (2). Die Rohrschleife liegt oberhalb der Rückstauebene (2), was das Pumpen von Abwasser aus tiefer liegenden Kellern auch bei einem Rückstau in die Kanalisation (6) ermöglicht. Somit kann bei einem Rückstau kein Abwasser zurück zu den Anlagen im Keller fließen (daher ist kein Rückstauverschluss notwendig).

Abbildung 12.21: Hebeanlage unterhalb der Kanalisation

Abwasseraufbereitung in Klärwerken Hat das Abwasser Ihr Gebäude verlassen, muss es hygienisch aufbereitet werden, bevor es wieder dem natürlichen Wasserkreislauf zugeführt werden kann. Dafür gelangt das Abwasser über die Kanalisation in eine Kläranlage, welche das Wasser aufbereitet und anschließend einem natürlichen Gewässer zuführt. Das Abwassernetz in Deutschland ist sehr gut ausgebaut, und es besteht ein Anschlusszwang an die öffentliche Kanalisation. In ländlichen Gegenden kann es jedoch vorkommen, dass eine zentrale Entsorgung des Abwassers nicht möglich ist. Für eine dezentrale Abwasserentsorgung kommen Kleinkläranlagen zum Einsatz, die jedoch von der örtlichen Abwasserbehörde genehmigt werden müssen. In einer Kläranlage erfolgt die Aufbereitung des Abwassers in mehreren Stufen. Unterteilt wird in die mechanische und die biologische Wasseraufbereitung. Manche Klärwerke nutzen zum Abschluss noch eine chemische Wasseraufbereitung, wenn dies notwendig ist. In Abbildung 12.22 sind die Schritte der Abwasseraufbereitung grafisch dargestellt.

Abbildung 12.22: Abwasseraufbereitung in mehreren Schritten – Quelle links: Lars Neumann, Stock.Adobe.com

Das Abwasser aus der Kanalisation (1) gelangt ins Klärwerk und wird zunächst einer mechanischen Wasseraufbereitung unterzogen. Die mechanische Wasseraufbereitung erfolgt in mehreren Schritten der Filterung und Sedimentation. Schritt 1: Im ersten Schritt werden Feststoffe wie Laub, Papier und Verpackungen mit einem Grobfilter (Rechen) (2) aus dem Abwasser entfernt. Das Rechengut wird in Containern gesammelt und entsorgt.

Schritt 2: Anschließend gelangt das Wasser in den Sand- und Fettfang (3) Durch Niederschlag können Sand, Kies, Öle und andere Stoffe von Straßen in die Kanalisation gelangen. Im Sand- und Fettfang fließt das Wasser mit reduzierter Fließgeschwindigkeit, sodass Fette von der Oberfläche abgeschöpft werden können und sich die schweren Stoffe am Boden absetzen. Diese werden dann abgepumpt und ebenfalls entsorgt oder in der Industrie weiterverwendet. Schritt 3: Als Nächstes erfolgt die Vorklärung des Abwassers. Im Vorklärbecken (4) fließt das Wasser wesentlich langsamer als im Sandfang. Dadurch können sich feinere Sedimente, Schmutz und Partikel am Boden absetzen (Sedimentation). Der auf dem Boden befindliche Klärschlamm wird abgesaugt und in einen Faulturm (8) transportiert. Bei der biologischen Wasseraufbereitung erfolgt die Wasserreinigung durch die Zufuhr von Sauerstoff (aerobe Abwasserreinigung). Mikroorganismen und Bakterien können dann organische Substanzen und Schmutz im Abwasser abbauen. Schritt 4: Aus dem Vorklärbecken (4) gelangt das Wasser in das Belebungsbecken (5). Am Boden des Beckens befinden sich Luftgebläse, welche das Wasser mit Sauerstoff anreichern. Mikroorganismen und Bakterien finden hier hervorragende Lebensbedingungen und ausreichend Nahrung. Aus den organischen Substanzen im Abwasser entstehen Schlammflocken. Schritt 5: Im nächsten Schritt gelangt das Wasser in das Nachklärbecken (6), wo die Schlammflocken vom Wasser getrennt werden, indem sich die Schlammflocken am Boden des Nachklärbeckens absetzen. Da sich in dem Schlamm noch viele wertvolle Bakterien befinden, wird ein Teil des Schlamms wieder in das Belebungsbecken zurückgepumpt (7). Der andere Teil des Schlamms gelangt mit dem Klärschlamm aus dem Vorklärbecken in den Faulturm (8).

Im Faulturm durchläuft der Klärschlamm aus Vorklär- und Nachklärbecken einen Fäulnisprozess und produziert Methan, welches in einem Blockheizkraftwerk (9) für die Strom- und Wärmeproduktion des Klärwerks genutzt wird (siehe Kapitel 5, Abschnitt »Blockheizkraftwerk: Die stromerzeugende Heizung«). Der anschließend geruchlose Schlamm wird entwässert und kann in der Landwirtschaft (10) genutzt werden. In größeren Kläranlagen erfolgt zusätzlich zur biologischen Wasseraufbereitung noch die chemische Wasseraufbereitung. Durch die Zugabe von Fällmitteln werden Phosphate und Tenside, die in Waschmitteln vorkommen, aus dem Wasser entfernt. Das Wasser ist nun sauber und kann in ein natürliches Gewässer zurückgeführt werden

(11). Manche Kläranlagen haben einen zusätzlichen Schönungsteich, indem eine natürliche Nachreinigung des Abwassers erfolgt. Auch wenn das Wasser nun eine sehr gute Qualität aufweist, hat es noch keine Trinkwasserqualität.

Teil III

Praktische Tipps für die eigene Haustechnik

 

IN DIESEM TEIL … Finden Sie praktische Tipps zur Optimierung Ihrer Heizungsanlage. Erfahren Sie, was es zu beachten gibt, wenn Sie Wärmepumpen in Altbauten einsetzen wollen. Lernen Sie Ihre Heiz- und Stromkostenabrechnung verstehen. Erhalten Sie eine Übersicht über verschiedene Energiesparmaßnahmen sowie Tipps und Tricks für die eigene Mini-Solaranlage. Finden Sie eine kleine Werkzeugkunde mit den wichtigsten Werkzeugen für den Haushalt. Erfahren Sie, weshalb Sie nicht alle handwerklichen Sachen selbst machen können und es notwendig sein kann, eine Fachfirma hinzuzuziehen.

Kapitel 13

Die eigene Heizung optimieren IN DIESEM KAPITEL Erfahren Sie, wie Sie Ihre Heizung entlüften und wieder mit Wasser befüllen. Lernen Sie, wie Sie eigenständig Heizkörperthermostate tauschen können. Erfahren Sie, wie eine Heizungsreglung funktioniert und wie Sie diese optimieren können. Finden Sie eine Anleitung zur Dämmung von Heizungsrohren in nicht beheizten Bereichen Ihres Gebäudes.

Der größte Anteil des Energieverbrauchs in privaten Gebäuden fällt für die Beheizung an. Er liegt im Durchschnitt bei 70 %. Hier gibt es ein enormes Einsparpotenzial, welches Sie durch die Optimierung und eine gute Wartung Ihrer vorhandenen Heizungsanlage nutzen können. So könne Sie Kosten sparen und die Umwelt schonen. Die Grundlagen zur Heizungstechnik finden Sie ausführlich in Kapitel 5 beschrieben. In diesem Kapitel lernen Sie verschiedene Möglichkeiten zur Optimierung der eigenen Heizungsanlage kennen.

Die Heizung entlüften und mit Wasser befüllen Wenn sich in einer Heizungsanlage Luft befindet und der Anlagendruck sinkt, funktioniert sie nicht richtig und läuft ineffizient. Sie werden dann gluckernde und plätschernde Geräusche wahrnehmen und Heizkörper finden, die nicht richtig warm werden. Die Lösung ist recht einfach: Sie müssen das Heizungssystem oder vereinzelte Heizkörper entlüften. Gleichzeitig ist es notwendig, die Heizungsanlage auch wieder mit Wasser zu befüllen, denn nur mit genügend Wasser im Heizungsnetz kann die Luft aus dem System entweichen. Es handelt sich somit um eine kombinierte Maßnahme, die Sie zu Beginn jeder Heizperiode durchführen können.

Wie die Luft in die Heizung kommt In offenen Heizungsanlagen gab es immer das Problem mit in das System eintretender Luft i. Heute gibt es jedoch nur noch selten offene Heizungsanlagen (mehr dazu in Kapitel 5), und der Großteil offener Heizungssysteme wurde zu geschlossenen Systemen

umgebaut. Bei einem geschlossenen Heizungssystem können Sie sich nun die Frage stellen, wie die Luft überhaupt in den Heizkörper gelangt. Für den Eintritt von Luft in geschlossene Heizungssysteme gibt es verschiedene Ursachen: Aufgrund von Undichtigkeiten verliert die Heizungsanlage Wasser, und Luft kann eindringen. Durch einen entstehenden Unterdruck im Heizungssystem kann über gasdurchlässige Bauteile (zum Beispiel Verbindungsstücke und Dichtungsringe) Luft in die Anlage eintreten. Beim Befüllen der Heizungsanlage kann die im System befindliche Luft nicht komplett aus dem System entweichen. Im Nachfüllwasser der Heizungsanlage befindet sich ein hoher Anteil absorbierter Luft. Auch wenn von einem geschlossenen Heizungssystem die Rede ist, gibt es kein komplett dichtes Heizungssystem. Ein gewisser Luftanteil ist daher in jedem Heizsystem zumutbar. Wenn Sie feststellen, dass Sie Ihre Heizkörper regelmäßig entlüften und die Heizungsanlage oft mit Wasser befüllen müssen, verliert Ihre Heizungsanlage irgendwo Wasser und kann beschädigt sein. Die übermäßig in das Heizungssystem eintretende Luft kann zudem zu Korrosionsschäden führen. Sprechen Sie mit Ihrer Fachfirma, um Folgeschäden zu vermeiden.

Die Heizungsanlage mit Wasser füllen Das Befüllen einer Heizungsanlage mit Wasser können Sie mit einer geeigneten Sicherungsarmatur und nach Rücksprache mit Ihrer Fachfirma selbst durchführen. Lassen Sie sich den Vorgang vorher einmal zeigen. Ihre Fachfirma wird Sie auch über den optimalen Wasserdruck für Ihre Heizung informieren. Wie bereits in Kapitel 5 beschrieben, sollten Sie das Wasser in Ihrer Heizungsanlage nur mit einer Heizwassernachfüllstation befüllen. Diese kann von einem Fachbetrieb jederzeit nachgerüstet werden. Damit erhalten Sie eine geeignete Sicherungsarmatur und schützen sich und Ihr Trinkwasser. Oft wurde ein einfacher Wasserschlauch direkt an einen nahe liegenden Wasserhahn gehängt und mit der Heizungsanlage verbunden. Diese Praxis ist nicht zulässig. Auch Schlauchanschlussventile mit Rückflussverhinderer sind nicht ausreichend. Durch Undichtigkeiten oder Unterdruck kann über diese verunreinigtes Heizungswasser

ungewollt in das Trinkwassernetz gelangen, was zu vermeiden ist. Wenn Sie in Ihrer Heizungszentrale einen gelben Wasserschlauch wie in Abbildung 13.1 (links) finden, sprechen Sie Ihre Fachfirma darauf an, und bitten Sie um den Einbau einer geeigneten Sicherungsarmatur, wie einer Heizwassernachfüllstation (Abbildung 13.1 rechts).

Abbildung 13.1: Heizwasser über Heizwassernachfüllstation befüllen

Die Vorgehensweise zur Befüllung einer Heizungsanlage kann in vier Schritte untergliedert werden. Schritt 1: Bereiten Sie die Befüllung vor und öffnen Sie an allen Heizkörpern die Heizkörperthermostate (auf die höchste Stufe drehen oder eine hohe Raumtemperatur einstellen). Während der Befüllung müssen Sie zudem alle Umwälzpumpen ausschalten. Schritt 2: Prüfen Sie den aktuellen Wasserdruck, und füllen Sie die Anlage, bis der gewünschte Druck erreicht ist. Den zu erreichenden Anlagendruck muss Ihnen Ihre Fachfirma mitteilen. Den Anlagendruck können Sie am Manometer der Heizwassernachfüllstation ablesen. Zum Befüllen öffnen Sie den Hahn der Heizwassernachfüllstation, wie es Ihnen von Ihrer Fachfirma gezeigt wurde. Schritt 3: Ist das gewünschte Drucklevel erreicht, schließen Sie die Wasserzufuhr der Heizwassernachfüllstation und warten 20 bis 30 Minuten. Nun kann sich überschüssige Luft im Heizungssystem sammeln. Anschließend entlüften Sie alle

Heizkörper. Wie Sie einen Heizkörper entlüften, erfahren Sie im nachfolgenden Abschnitt. Schritt 4: Nach dem Entlüften aller Heizkörper kann der Druck wieder etwas gesunken sein, und Sie führen Schritt 2 erneut durch. Füllen Sie die Anlage über die Heizwassernachfüllstation erneut bis zum gewünschten Druckwert, und schließen Sie die Wasserzufuhr. Anschließend können Sie Ihre Umwälzpumpen wieder einschalten.

Es gibt auch automatische Heizwassernachfüllstationen, die in größere Heizungsanlagen eingebaut werden. In diesen wird der Wasserdruck im System konstant gehalten, und bei Bedarf wird automatisch Wasser nachgefüllt. In kleinen Gebäuden sollten Sie diese jedoch vermeiden, da Undichtigkeiten im Heizungsnetz erst spät oder gar nicht erkannt werden können.

Entlüften der Heizkörper Sie können Ihre Heizkörper manuell entlüften oder von einer Fachfirma selbsttätige Entlüftungsventile nachrüsten lassen. In Abbildung 13.2 ist ein selbsttätiges Entlüftungsventil an einem Heizkörper zu sehen. Diese Ventile erleichtern den Arbeitsaufwand enorm, da überschüssige Luft automatisch ausströmen kann.

Abbildung 13.2: Selbsttätiges Entlüftungsventil an einem Heizkörper

In der Comicverfilmung »Werner – Beinhart!« aus dem Jahr 1990 ruft Frau Hansen in der »Rohrbruch-Szene« bei Meister Röhrich an und beschwert sich über ihre laute Heizung. Meister Röhrich fragt Frau Hansen daraufhin, ob bei ihr schon mal ein »Schnüffelstück« gesetzt wurde. Frau Hansen versteht nur Bahnhof, und Meister Röhrich erklärt ihr, dass es sich dabei um einen »selbsttätigen Entlüfter« handelt. Bis heute hält sich der Ausdruck »Schnüffelstück« hartnäckig für selbsttätige Entlüfter, obwohl diese Verwendung nicht ganz richtig zu sein scheint. Einige Quellen beschreiben ein »Schnüffelstück« oder »Schnüffelventil« als Ventil, welches sich bei Unterdruck öffnet und Luft in ein System eintreten lässt, bis der Unterdruck verschwunden ist. Andere Quellen beschreiben das Schnüffelstück als Be- und Entlüftungsventil. Um sicherzugehen, verwenden Sie am besten den Ausdruck selbsttätiges Entlüftungsventil. Außer, Sie haben Lust, über Werner, Meister Röhrich und Frau Hansen zu fachsimpeln, was auch lustig sein kann. Die manuelle Entlüftung von Heizkörpern kann ebenfalls in vier Schritte unterteilt werden. Ein guter Zeitpunkt zum Entlüften Ihrer Heizkörper ist kurz vor der Heizperiode, wenn Sie auch das Heizwasser nachfüllen. Je nach Beschaffenheit und Alter Ihrer Heizungsanlage müssen Sie einzelne Heizkörper während der Heizperiode nochmals entlüften. Für die Entlüftung Ihrer Heizkörper benötigen Sie ein paar Werkzeuge, die in Abbildung 13.3 zu sehen sind.

Abbildung 13.3: Werkzeuge für die Entlüftung von Heizkörpern

In Kapitel 18 finden Sie eine kleine Werkzeugkunde mit einer Übersicht der wichtigsten Werkzeuge für den Haushalt. Diese Werkzeuge können Sie einfach besorgen, oder sie befinden sich bereits in Ihrem Haushalt. Anschließend können Sie mit der Entlüftung Ihrer Heizungsanlage beginnen. Sie benötigen: Auffangbecher oder Eimer Alten Lappen oder altes Handtuch Entlüftungsschlüssel, welche es in verschiedenen Varianten für ein paar Euro in jedem Baumarkt gibt Nachfolgend sind die einzelnen Schritte zur Entlüftung von Heizkörpern beschrieben, in Abbildung 13.4 sind sie dargestellt. Schritt 1: Wenn Sie nicht gerade Ihre Heizungsanlage mit Wasser befüllen, drehen Sie die Thermostatköpfe aller Heizkörper auf die höchste Stufe und schalten die Umwälzpumpe der Heizung ab. Warten Sie nun 20 bis 30 Minuten, damit sich das Wasser sammeln kann. Schritt 2: Halten Sie den Auffangbehälter unter das Entlüftungsventil. Achten Sie dabei darauf, dass sich die Öffnung des Ventils nach unten in Richtung des Auffangbehälters befindet. Nun können Sie, wie in Abbildung 13.4 zu sehen ist, das Entlüftungsventil langsam und vorsichtig mit dem Entlüftungsschlüssel öffnen. Dabei sollten Sie darauf achten, das Ventil nicht komplett zu öffnen, sondern nur so weit, bis Sie ein Zischen hören und die Luft entweichen kann.

Abbildung 13.4: Heizkörper entlüften: Schritt für Schritt

Schritt 3: Wenn das Zischen nachlässt und Wasser aus dem Entlüftungsventil läuft, haben Sie den Heizkörper erfolgreich entlüftet. Schließen Sie das Ventil, und wischen Sie es mit dem Lappen trocken. Sie können nun mit dem nächsten Heizkörper fortfahren. Schritt 4: Überprüfen Sie im Anschluss den Wasserdruck Ihrer Heizungsanlage, und befüllen Sie diese gegebenenfalls über die Heizwassernachfüllstation, wie im vorigen Abschnitt beschrieben. Falls Sie Ihre Heizungspumpe ausgeschaltet haben, können Sie diese nun wieder einschalten.

Hydraulischen Abgleich durchführen Als weitere Optimierungsmaßnahme sollten Sie einen hydraulischen Abgleich an Ihrer Heizungsanlage durchführen lassen. Der gesamte Teil IV dieses Buches widmet sich dem hydraulischen Abgleich. Dort erfahren Sie in Kapitel 20 und Kapitel 21, was ein hydraulischer Abgleich ist, und können an einer Beispielrechnung nachvollziehen, wie er durchgeführt wird. Das Energieeinsparpotenzial durch einen hydraulischen Abgleich liegt je nach Heizungsanlage zwischen fünf und 15 %. Mit einem hydraulischen Abgleich wird das Fließverhalten des Heizungswassers in Ihrer Anlage optimiert, und Wärme kann effizient und energiesparend an das Gebäude abgegeben werden. Da ungefähr 80 % aller Bestandsheizungsanlagen in Deutschland nicht hydraulisch abgeglichen sind, schlummert hier ein enormes Energieeinsparpotenzial.

Alte Umwälzpumpe austauschen lassen Wenn sich in Ihrem Keller eine alte, stufengeregelte Heizungspumpe befindet, sollten Sie diese von einer Fachfirma gegen eine moderne, elektronisch geregelte Heizungspumpe tauschen lassen. In Abbildung 13.5 sind eine alte, stufengeregelte sowie eine neue, elektronisch geregelte Umwälzpumpe zu sehen.

Abbildung 13.5: Lassen Sie Ihre Umwälzpumpe gegen eine neue tauschen

Alte Umwälzpumpen sind echte Stromfresser, sodass sich der Tausch in jedem Fall lohnt. Nachfolgend finden Sie einige Gründe für den Tausch alter Heizungspumpe. Stromkosten reduzieren: Eine elektronisch geregelte Umwälzpumpe benötigt bis zu 90 % weniger Antriebsenergie und kann somit die Stromkosten der Pumpe um bis 90 % reduzieren. In einem Einfamilienhaus wird die Leistungsaufnahme der Umwälzpumpe von durchschnittlich 60 W auf ungefähr 4 W reduziert. Kleinere Pumpe: In der Regel sind alte Heizungspumpen überdimensioniert, sodass ein 1:1-Tausch keinen Sinn ergibt. Mit einer überschlägigen Pumpenauslegung können Sie die Pumpe nach den Gegebenheiten des Gebäudes auslegen und erhalten in der Regel eine kleinere Pumpe. Wie Sie die Auslegungsdaten der Pumpe für Ihr Gebäude ermitteln, erfahren Sie in Kapitel 21 im Abschnitt »Auslegung der Umwälzpumpe«. Kurze Amortisationszeit: Die Investition in eine neue Umwälzpumpe lohnt sich, denn die Amortisationszeit liegt bei ungefähr vier Jahren und ist kurz. Förderung für den Pumpentausch: Der Umwälzpumpentausch wird staatlich gefördert. Mehr Informationen finden Sie dazu auf den Webseiten des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (https://www.bafa.de/) oder der Kreditanstalt für Wiederaufbau (https://www.kfw.de/). Heizungsanlage verbessern: Mit dem Tausch der Heizungspumpe verbessern Sie die Anlagenverhältnisse, da Sie in modernen Umwälzpumpen den Förderstrom und die Förderhöhe hinterlegen können (siehe Kapitel 21 »Auslegung der Umwälzpumpe«),

sodass die optimale Wassermenge beim benötigten Druck im Gebäude transportiert wird. Der Pumpentausch eignet sich daher im Zusammenhang mit dem hydraulischen Abgleich.

Alte Thermostatköpfe tauschen Da die Messgenauigkeit alter Thermostate nicht immer sichergestellt werden kann, lohnt sich insbesondere in Bestandsgebäuden der Tausch alter Thermostate. Wie ein Heizkörperthermostat funktioniert und aufgebaut ist, erfahren Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Thermostatventile für Heizkörper«. Wenn Sie Ihre alten Thermostate tauschen möchten, lohnt sich zudem der Umstieg auf programmierbare oder smarte Heizkörperthermostate. Programmierbare Heizkörperthermostate: Mit programmierbaren Thermostaten können Sie die Heizzeiten nach Ihrem Bedarf und für jeden Tag programmieren, sodass Sie beispielsweise tagsüber, wenn Sie auf der Arbeit sind, und nachts die Temperatur automatisch reduzieren können. Smarte Heizkörperthermostate: Diese Thermostate können Sie in Ihr Smart-HomeSystem integrieren (siehe Kapitel 11). Sie sind eine Weiterentwicklung programmierbarer Thermostate und auch mit weiteren Komponenten wie Fenster- und Türkontakten verknüpfbar. Zudem können Sie die Thermostate meist über eine App bedienen und die Regeleinstellungen ändern.

Bis zu 30 % Energieeinsparung möglich Viele Hersteller bewerben ihre programmierbaren Thermostate damit, dass diese bis zu 30 % der Heizkosten sparen können. Dies ist viel, und Sie können sich durchaus die Frage stellen, ob diese Einschätzung realistisch ist. Schauen Sie sich dazu ein typisches Heizprofil in Bestandsgebäuden an, das in Abbildung 13.6 zu sehen ist. Die Abbildung kann wie folgt zusammengefasst werden: In der Heizungsregelung ist keine Nachtabsenkung eingestellt, obwohl dies fast immer möglich ist (siehe Abschnitt »Eine Nachtabsenkung kann sich lohnen« in diesem Kapitel). Die Raumtemperatur ist in fast allen Räumen überdurchschnittlich hoch (in diesem Beispiel 24 °C). Tagsüber wird vergessen, die Thermostate händisch auf eine niedrigere Temperatur zu drehen.

Abbildung 13.6: Typisches Heizprofil in Altbauten

Mit einem solchen Heizprofil wird in der kalten Jahreszeit unnötig viel Energie benötigt. Setzen Sie programmierbare oder smarte Heizkörperthermostate ein, können Sie die Heizprofile für jedem Raum festlegen und besonders in Bestandsgebäuden eine Menge Energie sparen. Ein mögliches Heizprofil könnte dann wie in Abbildung 13.7 dargestellt aussehen: Nachts von 23:00 bis 6:00 Uhr Spartemperatur bei 18 °C. Morgens von 6:00 bis 9:00 Uhr heizen bei 20 °C. Tagsüber von 9:00 bis 17:00 Uhr Spartemperatur bei 18 °C. Abends von 17:00 bis 23:00 Uhr heizen bei 21 °C.

Abbildung 13.7: Mögliches Heizprofil mit programmierbaren Thermostaten

Wenn Sie die Raumtemperatur um ein Kelvin (zum Beispiel von 24 °C auf 23 °C) reduzieren, sparen Sie bis zu 6 % an Wärme. Reduzieren Sie die Raumtemperatur um drei Kelvin (zum Beispiel von 24 °C auf 21 °C), sparen Sie bis zu 18 % an Wärme. Senken Sie die Raumtemperatur zusätzlich in Zeiten ohne Raumnutzung (tagsüber und nachts zum Beispiel auf 18 °C), sind weitere Energieeinsparungen möglich. Elektronische Thermostate bieten noch weitere Vorteile. Wenn Sie beispielsweise Ihren Raum lüften und das alte Thermostat nicht händisch herunterdrehen, reagiert das alte Thermostat auf den Kaltluftabfall und öffnet sich, um gegen den Kaltluftstrom anzuheizen. Wenn ein elektronisches Thermostat einen Kaltluftabfall registriert, schließt es sich mit etwas Zeitverzögerung automatisch. Eine Kombination mit Fensterkontakten ist noch besser, da sich die Thermostate sofort schließen, wenn Sie ein Fenster öffnen. Durch den Einsatz von Fenster- und Türkontakten ist ein zusätzliches Energieeinsparpotenzial von 2 bis 6 % möglich. Mit den folgenden Maßnahmen und dem Einsatz elektronischer Thermostate sind somit insbesondere in Altbauten Energieeinsparungen von bis zu 30 % erreichbar. In der nachfolgenden Auflistung sind die Punkte zur Energieeinsparung von bis zu 30 % zusammengefasst: Raumtemperaturen reduzieren: Reduzieren Sie Ihre Raumtemperaturen im Heizmodus. Gewöhnen Sie sich an Raumtemperaturen von maximal 21 °C, noch besser sind 20 °C. Damit können Sie schon eine Menge Energie sparen. Die Absenkung der Raumtemperatur um ein Kelvin spart 6 % Wärme. Heizzeiten reduzieren: Wenn Sie in der Woche tagsüber nicht zu Hause sind, müssen Sie in dieser Zeit nicht heizen. Überlegen Sie sich ein sinnvolles Heizprofil, und

lassen Sie Ihre Heizung nur arbeiten, wenn Sie zu Hause sind. In der restlichen Zeit kann Ihre Heizung im Sparmodus laufen. Nachts sollten Sie Ihre Heizung ebenfalls im Sparmodus betreiben, da niedrigere Temperaturen zwischen 16 und 18 °C auch die Schlafqualität erhöhen. Sparmodus der Heizung: Im Sparmodus werden Ihre Räume auf einer geringeren Temperatur beheizt. Reduzieren Sie dazu die Raumtemperaturen um ca. drei bis vier Kelvin von der Heiztemperatur. Wenn Sie beispielweise im Heizmodus eine Raumtemperatur von 21 °C haben, reduzieren Sie die Raumtemperatur im Sparmodus auf 18 °C. Ecomodus/Urlaubsmodus aktivieren: Viele elektronische Thermostate bieten einen Ecomodus oder Urlaubsmodus an. Wenn Sie über einen längeren Zeitraum nicht zu Hause sind, aktivieren Sie diesen, und die Heizung befindet sich währenddessen dauerhaft im Sparmodus. Fenster- und Türkontakte verwenden: Wenn Ihre elektronischen- oder smarten Thermostate mit Fenster- und Türkontakten gekoppelt werden können, nutzen Sie diese, und sparen Sie zusätzliche Energie.

Die Raumtemperatur sollte in der Nacht und im Sparmodus nicht niedriger als 16 °C eingestellt werden. Ein guter Wert zur Orientierung sind drei bis vier Kelvin unterhalb der Heiztemperatur. Niedrigere Temperaturen können im Sparmodus zur Kondensatbildung an kalten Außenwänden und Fenstern beitragen und Schimmelwachstum begünstigen. Zudem sollten Sie die Heizung nachts und im Sparmodus nicht komplett ausschalten. Ein Ausschalten der Heizung kann die Heizungsanlage schädigen und an kalten Tagen zu Frostschäden führen.

Heizkörperthermostate austauschen Für den Tausch Ihrer Thermostate benötigen Sie eigentlich keine Werkzeuge, um das Thermostat vom Ventil zu lösen und anschließend wieder festzuziehen. Möglicherweise ist aber eine Wasserpumpenzange (siehe Abbildung 13.8) zum Lösen des Ventils notwendig.

Abbildung 13.8: Wasserpumpenzange zum Lösen alter Thermostate

In Kapitel 18 finden Sie eine Übersicht mit den wichtigsten Werkzeugen für den Haushalt. Nun können Sie Ihr altes Thermostat, wie Abbildung 13.9 zu sehen ist, demontieren. Stellen Sie das Thermostat auf die höchste Temperaturstufe (zum Beispiel Stufe 5). Lösen Sie den Schraubring entgegen den Uhrzeigersinn. Nutzen Sie dafür gegebenenfalls eine Wasserpumpenzange. Nehmen Sie das Thermostat ab.

Abbildung 13.9: Demontage des alten Thermostates

Moderne Heizkörperventile haben das Standardgewindemaß M30 × 1,5, auf das alle neuen elektronischen Thermostate passen. Einzig die Firma Danfoss hat ein eigenes Gewindemaß. Daher liegt für Danfoss-Ventile bei allen elektronischen Thermostaten ein Adapterset bei. Für die Montage werfen Sie als Erstes einen Blick in die Bedienungsanleitung des neuen Thermostats. Gerade bei programmierbaren und smarten Thermostaten ist dies wichtig, da der elektronische Anlernprozess des Thermostates befolgt werden muss. In Abbildung 13.10 wird ein programmierbares Heizkörperthermostat montiert. Ziehen Sie dabei den Schraubring des Thermostats nur handfest an.

Abbildung 13.10: Programmierbare Thermostate montieren

Nachdem Sie alle programmierbaren Heizkörperthermostate installiert haben, können Sie die Heizprofile mit den gewünschten Heiz- und Sparzeiten hinterlegen. Weitere Informationen finden Sie dazu in der Bedienungsanleitung Ihres Thermostats.

Da in Bestandsgebäuden ein Großteil der verbauten Heizkörperventile andere Gewindemaße hat als das Standardgewindemaß M30 × 1,5, müssen Sie für diese Ventile Adapter einsetzen, wie sie in Abbildung 13.11 zu sehen sind.

Abbildung 13.11: Beispielhafter Adapter für ein Heizkörperventil

Da es einen wahren Ventildschungel gibt, ist es nicht immer einfach, den richtigen Adapter für das passende Heizkörperventil zu finden. Zur Identifizierung Ihrer Ventile finden Sie auf meiner Webseite eine große Übersicht der verschiedenen Heizkörperventile, passende Adapter und eine Vielzahl von hilfreichen Kommentaren. Gehen Sie dafür auf die Webseite https://www.haustechnikverstehen.de/die-grosse-uebersicht-adapter-fuerthermostatventile/

Klemmendes Heizungsventil gangbar machen Manchmal kann es vorkommen, dass sich der Stopfbuchsenstift (siehe Abbildung 13.12) eines Heizkörperventils festsetzt und klemmt. Dies ist besonders nach dem Sommer und vor der Heizphase zu beobachten. Demontieren Sie dazu wie in Abbildung 13.9 beschrieben das vorhandene Heizkörperthermostat.

Abbildung 13.12: Stopfbuchsenstift des Heizkörperventils klemmt

Um den Stopfbuchsenstift wieder gangbar zu machen, nehmen Sie eine Wasserpumpenzange zur Hand und drücken den Stift mit der flachen Seite der Zange in das Ventil, bis sich dieses löst und wieder bewegt. In Abbildung 13.13 ist dieser Vorgang zu sehen. Anschließend montieren Sie Ihr Thermostat auf das Ventil, und die Heizung sollte wieder funktionieren.

Abbildung 13.13: Klemmenden Stopfbuchsenstift lösen

Ziehen Sie keinesfalls an dem Stopfbuchsenstift, da dieser nur mit einem Dichtungsring in der Stopfbuchse sitzt. Wenn Sie den Stift ziehen, tritt aus dem Ventil Wasser aus, und Sie müssen die Stopfbuchse tauschen lassen.

Optimierung der Heizungsregelung Über die Heizungsregelung Ihres Wärmeerzeugers können Sie verschiedene Einstellungen vornehmen, um Ihre Heizung optimal zu betreiben. Dazu gehören die Nachtabsenkung, die Einstellung der Warmwassertemperatur für Ihren Warmwasserspeicher (mehr dazu in Kapitel 12), der Sommermodus und die Heizkennlinie, welche umgangssprachlich auch Heizkurve genannt wird. Ein Blick in die Bedienungsanleitung Ihres Wärmeerzeugers lohnt sich daher auf jeden Fall. In diesem Abschnitt finden Sie verschiedenen Möglichkeiten zur Optimierung der Heizungsregelung vorgestellt.

Eine Nachtabsenkung kann sich lohnen Überprüfen Sie, ob in Ihrem Gebäude eine Nachtabsenkung sinnvoll ist. Bei der Nachtabsenkung wird über die Regelung des Wärmeerzeugers die Raumtemperatur in der Nacht im gesamten Gebäude um einige Grad reduziert, wodurch Sie Energie sparen. So können Sie beispielsweise den Raumtemperatur-Sollwert in der Heizungsregelung für die Zeit von 22:00 bis 5:00 Uhr auf 18 °C stellen. Anders als bei programmierbaren und smarten Thermostatköpfen, mit denen Sie die Raumtemperaturen einzelner Räume individuell anpassen können, gelten die Einstellungen in der Heizungsregelung für das gesamte Gebäude. Die Energieeinsparung ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie der Wandstärke des Gebäudes, der Speicherfähigkeit der Wände sowie dem vorhandenen Heizsystem. Gerade in Altbauten mit schlechter Wärmedämmung, Niedertemperatur- und Brennwertkesseln sowie Heizkörpern lohnt sich eine Nachtabsenkung meist, da diese über die Gebäudehülle viel und schnell Wärme verlieren. Die Energieeinsparung kann in Altbauten zwischen 5 und 12 % betragen. In Neubauten und Gebäuden mit trägen Heizsystemen wie Fußboden- und Flächenheizungen lohnt sich eine Nachtabsenkung hingegen seltener. Falls Sie unsicher sind, sollten Sie dies mit einer Fachfirma besprechen. Wenn eine Nachtabsenkung in Ihrem Gebäude sinnvoll ist, senken Sie die Temperatur nicht zu stark ab. In der Regel sollte die Absenkung nicht niedriger als 16 °C liegen, da sich ansonsten Kondensat an den Außenwänden und Fenstern bilden kann, welches Schimmelwachstum begünstigt. Auch sollte die Uhrzeit der Nachtabsenkung sinnvoll gewählt werden, da es eine gewisse Wiederaufheizzeit im Gebäude gibt, es also dauert, bis sich die Außenwände im Massivbau wieder aufgeheizt haben.

Die Heizkennline optimieren

Leider wird die Heizkennline einer Heizungsregelung oft vernachlässigt, dabei können Sie mit deren Optimierung eine Menge Energie sparen. Nachfolgend lernen Sie die Heizkennline einer witterungsgeführten Heizungsregelung kennen und erfahren, wie Sie diese optimieren können. Die Heizkennlinie können Sie nur einstellen, wenn Ihre Heizung mit der Außentemperatur als Regelgröße arbeitet. Da der Großteil der Heizungsanlagen in Deutschland die Außentemperatur als Regelgröße hat (witterungsgeführte Heizungsregelung), ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass diese Optimierung bei Ihnen möglich ist. Mehr Informationen finden Sie im Abschnitt »Unterschied zwischen Regelung und Steuerung« in Kapitel 7. Einfach gesagt beschreibt die Heizkennlinie das Verhältnis zwischen Außentemperatur und Vorlauftemperatur im Heizungssystem. Dabei steigt die Vorlauftemperatur mit sinkenden Außentemperaturen an, um dem Gebäude genügend Wärme bereitzustellen (mehr Informationen zur Vorlauftemperatur finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Der Aufbau von Heizungsanlagen«). Mit einer optimierten Heizkennlinie stellen Sie sicher, dass die Vorlauftemperatur an milden Tagen nicht zu hoch und an eisigen Wintertagen ausreichend eingestellt ist. Je niedriger Sie Ihre Vorlauftemperatur absenken können, desto mehr Energie sparen Sie. Die Einstellung der Heizkennlinie erfolgt über die Neigung, das Niveau sowie den Raumtemperatur-Sollwert. In Abbildung 13.14 sind die verschiedenen Einstellungsmöglichkeiten dargestellt. Nachfolgend werden die Funktionen der Größen vorgestellt. Die Einstellungsempfehlungen finden Sie später in diesem Abschnitt. Neigung: Die Neigung der Heizkennlinie kann steil oder flach ausfallen. Je steiler die Kennlinie verläuft, desto höher ist die Vorlauftemperatur. In Altbauten mit hohen Wärmeverlusten und einer schlechten Wärmedämmung wird eine steile Heizkennlinie gewählt, da Sie höhere Vorlauftemperaturen benötigen. In Neubauten mit gutem Wärmedämmstandard ist die Heizkennlinie hingegen flacher, da niedrigere Vorlauftemperaturen ausreichend sind. In Abbildung 13.14 (links) können Sie sehen, dass bei einer Außentemperatur von ungefähr 12 °C die Vorlauftemperatur der steilen Kennlinie bei 55 °C liegt. Die mittlere Kennlinie liefert hingegen eine Vorlauftemperatur von 35 °C und die flache Kennlinie eine von ungefähr 28 °C.

Abbildung 13.14: Einstellungsmöglichkeiten für die Heizkennlinie

Niveau: Über das Niveau legen Sie den Fußpunkt der Heizkennlinie fest, welcher bei einer Außentemperatur von 20 °C einem Niveau von null Kelvin entspricht (dieser Wert ist meist festgelegt). Mit dem Niveau können Sie die Vorlauftemperatur um einige Kelvin nach oben oder unten korrigieren. Wenn Sie beispielsweise das Niveau anheben möchten und den Fußpunkt auf 35 °C setzen, wie in Abbildung 13.14 (Mitte) zu sehen ist, entspricht das Niveau der Kennlinie »+ 15 Kelvin« (20 °C + 15 K = 35 °C). In Abbildung 13.15 (rechts) ist dieser Wert beispielhaft in einer Heizungsregelung hinterlegt. Raumtemperatur-Sollwert: Über die sogenannte Parallelverschiebung der Heizkennlinie können Sie den Raumtemperatur-Sollwert erhöhen oder reduzieren. Im Heizkennliniendiagramm startet diese bei 20 °C. Zur Anpassung des RaumtemperaturSollwertes verschieben Sie die Kennlinie über die Diagonale am Fußpunkt. In modernen Heizungsanlagen geben Sie hingegen einfach den Sollwert für die Raumtemperatur ein. Falls Sie die Raumtemperatur in der Nacht absenken, erfolgt hier ebenfalls eine Parallelverschiebung über die Heizkennlinie.

Abbildung 13.15: Alte und neue Heizungsregelung mit Angabe zur Heizkennline

Je nach Regelung kann die Einstellung der Heizkennlinie unterschiedlich sein. In alten Heizungsregelungen wurde die Anleitung zur Heizkennlinie teils noch bildlich mitgeliefert. Die Einstellung Ihrer Heizkennlinie entnehmen Sie der Bedienungsanleitung Ihres Wärmeerzeugers. In Abbildung 13.15 sind eine alte und eine neuere Regelung abgebildet. In diesem Beispiel erfahren Sie, wie Sie eine Heizkennlinie lesen können. Dafür ist in Abbildung 13.16 ein typisches Heizkennliniendiagramm zu sehen. Die Einstellwerte für die Neigung gehen von 0,2 (flache Heizkennlinie) bis 2,6 (steile Heizkennlinie).

Abbildung 13.16: Diagramm für eine Heizkennlinie

Für die Kennlinie mit einer Neigung von 1,2 und einer Soll-Raumtemperatur von 20 °C liest sich das Diagramm wie folgt: Bei einer Neigung von 1,2, einem Niveau von 0 K und einer Außentemperatur von – 15 °C wird vom Wärmeerzeuger eine Vorlauftemperatur von 65 °C bereitgestellt. Bei einer Neigung von 1,2, einem Niveau von 0 K und einer Außentemperatur von 5 °C wird vom Wärmeerzeuger eine Vorlauftemperatur von 55 °C bereitgestellt.

Einstellungsempfehlungen für die Heizkennlinie

Sie haben nun das Prinzip der Heizkennlinie verinnerlicht und wollen sich in Ihren Heizungskeller begeben, um die Optimierung zu starten. Eine gute Idee, doch leider gibt es keine pauschalen Empfehlungen für die optimale Einstellung einer Heizkennlinie. Anhand der nachfolgenden Empfehlungen haben Sie jedoch ein paar Richtwerte: Neigung 0,2–0,8: Neubau mit hervorragender Dämmung, Wärmepumpe und Fußbodenheizung, Vorlauftemperatur < 50 °C Neigung 0,8–1,4: Bestandsgebäude mit Dämmung, Niedertemperaturheizung, Brennwertheizung oder Wärmepumpe und Vorlauftemperaturen zwischen 50 °C und 75 °C Neigung 1,4–2,0: Altbauten mit schlechter Dämmung, alten Wärmeerzeugern und Vorlauftemperaturen > 75 °C Mit diesen Einstellwerten haben Sie einen ersten Anhaltspunkt für Ihre Heizkennlinie. Die weitere Optimierung erfolgt im laufenden Prozess, sodass Sie sich mit den nachfolgenden Tipps an eine optimale Heizkennlinie heranarbeiten können. Zu kalt im Winter: Wenn die Wärmemenge in der Übergangszeit (Herbst und Frühling) ausreichend ist, aber in der kalten Jahreszeit zu gering, erhöhen Sie die Neigung auf den nächsthöheren Wert. Zu warm im Winter: Wenn die Wärmemenge in der Übergangszeit (Herbst und Frühling) ausreichend ist, aber in der kalten Jahreszeit zu hoch, senken Sie die Neigung auf den nächstniedrigen Wert. Zu kalt in der Übergangszeit: Wenn die Wärmemenge in der kalten Jahreszeit ausreichend ist, aber in der Übergangszeit (Herbst und Frühling) zu gering, befolgen Sie zwei Schritte: Schritt 1: Sie erhöhen das Niveau auf den nächsthöheren Wert. Schritt 2: Sie senken die Neigung auf den nächstniedrigen Wert. Zu warm in der Übergangszeit: Wenn die Wärmemenge in der kalten Jahreszeit ausreichend ist, aber in der Übergangszeit (Herbst und Frühling) zu hoch, befolgen Sie zwei Schritte: Schritt 1: Sie senken das Niveau auf den nächstniedrigen Wert. Schritt 2: Sie erhöhen die Neigung auf den nächsthöheren Wert. Raumtemperatur-Sollwert: Mit jedem Grad weniger Raumtemperatur sparen Sie bis zu 6 % an Wärmekosten. Für einen energieeffizienten Betrieb sollte die normale Raumtemperatur nicht höher als 20 °C eingestellt sein.

Sommerbetrieb für die Heizung

Es klingt seltsam, aber in vielen Bestandsgebäuden läuft die Heizung auch im Sommer und stellt dauerhaft warmes Wasser für die Heizung mit hohen Temperaturen zur Verfügung. In modernen Heizungsanlagen schaltet sich die Heizungsanlage automatisch im Sommer ab. Wird beispielsweise eine Außentemperatur von 17 °C überschritten, schaltet sich die Heizung aus. In gut gedämmten Neubauten liegt diese Grenze teilweise sogar bei 12 °C. Lediglich für die zentrale Warmwasserbereitung wird dann Wärme bereitgestellt, es sei denn, Ihr Wasser wird über Solarthermie erwärmt, wie in Kapitel 12 im Abschnitt »Zentrale Warmwasserversorgung« vorgestellt. In älteren Heizungsanlagen besteht oft die Möglichkeit, den Sommerbetrieb in der Heizungsregelung zu aktivieren, was im Umkehrschluss bedeutet, dass dieser in den meisten Fällen deaktiviert ist. Werfen Sie daher einen Blick in die Bedienungsanleitung Ihres Wärmeerzeugers, oder sprechen Sie mit Ihrer Fachfirma. Die Aktivierung des Sommerbetriebs kann in älteren Heizungsanlagen ebenfalls über die Außentemperatur oder einen bestimmten Zeitraum erfolgen (zum Beispiel 1. April bis 30. September). Auch hier besteht meist die Möglichkeit, die Warmwasserbereitung separat mit Wärme weiter zu versorgen. In manchen Fällen wird auch die Umwälzpumpe über die Heizungsregelung geregelt. Ist dies nicht der Fall, schalten Sie die Umwälzpumpe für die Heizung im Sommerbetrieb aus (zum Winter müssen Sie diese dann natürlich auch wieder anschalten). Die Zirkulationspumpe für die Warmwasserbereitung (siehe Abschnitt »Zirkulationsleitung: Das Wasser bewegt sich im Kreis« in Kapitel 12) muss hingegen weiterlaufen. Sprechen Sie hier bei Unsicherheiten mit Ihrer Fachfirma.

Heizungsrohre selbstständig dämmen In vielen älteren Bestandsgebäuden befinden sich die Wärmeerzeuger und ein Teil der Heizungsrohre in nicht beheizten Bereichen wie Keller oder Dachgeschoss. Sollte dies in Ihrem Gebäude der Fall sein, sollten Sie überprüfen, ob Ihre Heizungsrohre gedämmt sind. Durch die Dämmung von Heizungsrohren in nicht beheizten Bereichen reduzieren Sie die Wärmeverluste und können Energie sparen. Haben Ihre Heizungsrohre keine Dämmung, können Sie diese in wenigen Schritten selbst anbringen. Wenn sich der Wärmeerzeuger und die Heizungsrohre im beheizten Bereich des Gebäudes befinden, müssen Sie diese nicht dämmen, da die Wärme dem beheizten Bereich zugutekommt. Die Dämmung der Heizungsrohre sollten Sie im Sommer durchführen, da in diesem

Zeitraum die Heizung ausgeschaltet ist und die Rohre kalt sind. Anforderungen an die Wärmedämmung von Rohrleitungen finden Sie Gebäudeenergiegesetz (GEG) im Abschnitt »Wärmedämmung von Rohrleitungen und Armaturen«. .

Das Gebäudeenergiegesetz können Sie im Internet kostenlos unter der folgenden Webseite einsehen: https://www.gesetze-im-internet.de/geg/ Die aktuellen Neuerungen zum GEG finden Sie auf meinem Blog unter der folgenden Webseite: https://www.haustechnikverstehen.de/neuerungen-geg

Für die Dämmung von Heizungsrohren eignen sich am besten Dämmschläuche aus Mineralwolle, Kunststoff oder Kautschuk mit selbstklebender Naht, wie sie in Abbildung 13.17 zu sehen sind. Für die Dämmung von Heizungsrohren benötigen Sie die folgenden Materialien: Passende Dämmschläuche für Ihre Heizungsrohre Eck- und T-Verbindungsstückelemente Isolierband Cuttermesser und Metermaß (siehe Kapitel 18 »Kleine Werkzeugkunde«) Nachfolgend sind die einzelnen Schritte zur Dämmung Ihrer Heizungsrohre beschrieben. Schritt 1: Messen Sie die Länge der zu dämmenden Rohrleitungen aus, und ermitteln Sie daraus den Materialbedarf.

Abbildung 13.17: Dämmung für Heizungsrohre – Quelle links: Photocrew, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: PhotoSG, Stock.Adobe.com

Schritt 2: Sind die Heizungsrohre abgekühlt, beginnen Sie mit der Dämmung der

geraden Strecken. Schneiden Sie dazu die Dämmschläuche mit einem Cuttermesser auf die passende Länge zu. Anschließend ummanteln Sie die Heizungsrohre und verbinden die selbstklebenden Nähte. Schieben Sie die Enden der Dämmschläuche nah aneinander, um Lücken zu vermeiden. Schritt 3: Für Rundungen und Hindernisse gibt es meist spezielle Dämmstücke. Falls Sie keine passenden Eck- und T-Dämmstücke finden, schneiden Sie diese ebenfalls zurecht und ummanteln diese an den entsprechenden Bereichen am Rohr. Schritt 4: Im letzten Schritt verbinden Sie die Schnittstellen und Enden der Dämmschläuche mit Isolierband, welches Sie ebenfalls im Baumarkt finden.

Zusammenfassung der wichtigsten Tipps In diesem Kapitel haben Sie die wichtigsten Tipps zur Optimierung Ihrer Heizungsanlage kennengelernt. Nachfolgend finden Sie diese noch einmal aufgelistet: Prüfen Sie vor der Heizperiode den Wasserdruck, befüllen Sie die Anlage gegebenenfalls mit Wasser, und entlüften Sie die Heizkörper. Falls ein Heizkörper nicht warm wird, überprüfen Sie, ob der Stopfbuchsenstift am Heizkörperventil klemmt, und machen Sie diesen gegebenenfalls wieder gangbar. Tauschen Sie Ihre Heizkörperthermostate gegen elektronische Heizkörperthermostate aus. Besonders in Altbauten mit Heizkörpern kann sich der Tausch der Heizkörperthermostate gegen elektronische Thermostate lohnen. Sie verbessern damit die Regelgüte und können durch die Zeitsteuerung sowie den Einsatz von Fensterkontakten zusätzliche Energie sparen. Lassen Sie einen hydraulischen Abgleich durchführen. Ausführliche Informationen zum hydraulischen Abgleich finden Sie in Teil IV dieses Buches. Lassen Sie alte Heizungspumpen gegen neue und effiziente Heizungspumpen tauschen. Diese benötigen bis zu 90 % weniger elektrische Energie. Der Tausch lohnt sich insbesondere im Zusammenhang mit dem hydraulischen Abgleich. Optimieren Sie Ihre Heizungsregelung. Dazu gehört es, die Heizkennlinie anzupassen, den Sommerbetrieb zu aktivieren und besonders in schlecht gedämmten Altbauten eine Nachtabsenkung einzurichten. Dämmen Sie nicht gedämmte Heizungsrohre in kalten, nicht beheizten Bereichen Ihres Gebäudes. Diese Maßnahme können Sie selbst durchführen. Sie spart Ihnen eine Menge Energie, da Wärmeverluste über die Rohre reduziert werden.

Kapitel 14

Wärmepumpen im Altbau und was es zu beachten gilt IN DIESEM KAPITEL Erfahren Sie, wann sich eine Wärmepumpe im Altbau lohnt. Weshalb Sie die Leistung der vorhandenen Heizkörper neu berechnen sollten. Welche Optimierungsmaßnahmen den Einbau einer Wärmepumpe in Bestandsgebäuden begünstigen. Wie die Kombination einer Wärmepumpe mit weiteren Wärmeerzeugern die Entscheidung erleichtern kann. Sie erhalten eine Checkliste der wichtigsten Punkte, die den Einbau von Wärmepumpen im Bestand erleichtern.

Der Einsatz von Wärmepumpen ist ein wichtiger Baustein in der Energiewende und erfolgt zurzeit überwiegend in Neubauten. Da viele alte Wärmeerzeuger in Bestandsgebäuden ineffizient laufen und mit Gas oder Öl betrieben werden, stellt sich oft die Frage, ob eine Wärmepumpe auch in Altbauten sinnvoll ist. In diesem Kapitel erfahren Sie, wann eine Wärmepumpe in Bestandsgebäuden eingesetzt werden kann, auf welche Probleme Sie stoßen können und welche Lösungen es dafür gibt. Im Abschnitt »Wärmepumpe« in Kapitel 5 erhalten Sie alle wichtigen Informationen zur Technik, Funktion und zu den verschiedenen Arten und Betriebsweisen von Wärmepumpen.

Wann sich eine Wärmepumpe im Altbau lohnt Grundsätzlich können Wärmepumpen in Altbauten installiert werden, wenn ein paar Voraussetzungen erfüllt sind. Je besser der energetische Zustand des Gebäudes ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit für den lohnenden Einsatz einer Wärmepumpe. Da über eine energetisch sanierte Gebäudehülle weniger Wärme verloren geht, können Sie

das Heizsystem mit niedrigeren Vorlauftemperaturen betreiben. Niedrige Vorlauftemperaturen sind vorteilhaft für Wärmepumpen, denn je niedriger die Vorlauftemperatur ist, desto effizienter laufen Wärmepumpen. Somit lohnt sich eine Wärmepumpe besonders in Kombination mit Fußboden- und Flächenheizungen, die mit niedrigeren Wassertemperaturen auskommen. Aber auch bei Heizsystemen mit Heizkörpern kann eine Wärmepumpe in Altbauten funktionieren. Dabei sollte die Vorlauftemperatur jedoch möglichst niedrig und nicht höher als 55 °C sein. Die Leistung der Wärmepumpe kann zudem niedriger ausfallen als die der Altanlage, gerade wenn diese überdimensioniert geplant wurde und die zentrale Warmwasserversorgung künftig über ein anderes System, wie zum Beispiel Solarthermie, erzeugt wird.

Heizlastberechnung und Leistung der vorhandenen Heizkörper betrachten Wenn in Bestandsgebäuden überwiegend Heizkörper installiert sind und eine Wärmepumpe eingebaut werden soll, stellt sich oft die Frage, ob das überhaupt möglich ist. Da eine Wärmepumpe mit niedrigeren Vorlauftemperaturen betrieben wird, kann die Leistung der vorhandenen Heizkörper dann nicht mehr ausreichen. Sie müssen daher die Betriebswärmeleistung der vorhandenen Heizkörper für die künftigen Systemtemperaturen ermitteln und mit der raumweisen Heizlast vergleichen. Sind die vorhandenen Heizkörper zu klein, müssen sie gegebenenfalls gegen Heizkörper mit höherer Leistung ausgetauscht werden. Auch wenn in Altbauten Heizkörper oft überdimensioniert (größer als notwendig) sind, kann deren Heizkörperleistung bei niedrigeren Systemtemperaturen zu gering sein. Die Ermittlung der Betriebswärmeleistung der vorhandenen Heizkörper unter der neuen Systemtemperatur ist daher für die Bewertung zwingend notwendig. Sollten die Heizkörperleistungen der vorhandenen Heizkörper zu klein sein, müssen Sie die Heizkörper gegebenenfalls tauschen lassen. Gehen Sie daher wie folgt vor: Ermitteln Sie die raumweise Heizlast. Diese kann im Bestand auch überschlägig ermittelt werden. In Kapitel 21 im Abschnitt »Überschlägige Heizlastberechnung« erfahren Sie anhand eines Beispiels, wie Sie die Heizlast überschlägig berechnen können. Anschließend ermitteln Sie die Betriebswärmeleistung der vorhandenen Heizkörper mit den neuen Systemtemperaturen der Wärmepumpe. In Kapitel 21 »Überprüfung der Heizkörperleistung« erfahren Sie anhand eines Beispiels, wie Sie die Betriebswärmeleistung Ihrer Heizkörper ermitteln können.

Vergleichen Sie danach die raumweise Heizlast mit der Betriebswärmeleistung der Heizkörper. Ist die Raumheizlast größer als die Betriebswärmeleistung der in dem Raum befindlichen Heizkörper, ist die Leistung der Heizkörper zu niedrig. Ist die Leistung der überwiegenden Heizkörper zu klein, könnte sich der Einbau einer Wärmepumpe nicht lohnen. Dennoch gibt es genügend Maßnahmen und Möglichkeiten, um den Wärmebedarf zu reduzieren, wie Sie nachfolgend in diesem Kapitel erfahren. Wenn nun einige Heizkörper zu klein dimensioniert sind, können Sie diese von einer Fachfirma gegen größere tauschen lassen. Passt die Betriebswärmeleistung der überwiegend vorhandenen Heizkörper bei der angestrebten Systemtemperatur, lohnt sich der Einsatz einer Wärmepumpe mit hoher Wahrscheinlichkeit. Manche Ratgeber empfehlen, über einen einfachen Test zu ermitteln, ob der Einsatz einer Wärmepumpe in Bestandsgebäuden möglich ist. Dieser Test sieht vor, dass Sie an einem kalten Tag die Vorlauftemperatur auf 50 °C reduzieren, alle Thermostate aufdrehen und abwarten, ob das Gebäude warm wird. Wird das Gebäude warm, so soll sich eine Wärmepumpe lohnen. Dieser Test kann im Einzelfall funktionieren, ist für die meisten Gebäude jedoch nicht zu empfehlen. Hintergrund ist, dass alte Heizungssysteme oft nicht optimiert und nicht hydraulisch abgeglichen sind (mehr dazu in Teil IV dieses Buches). Der Test kann daher ein falsches Ergebnis liefern. Sollte das Gebäude nämlich in einigen Teilen nicht warm werden, würde dies im Umkehrschluss bedeuteten, dass sich eine Wärmepumpe in Ihrem Gebäude nicht lohnt. So einfach ist es aber nicht.

Optimierung des vorhandenen Heizungssystems Lassen Sie das vorhandene Heizsystem im Zuge des Wärmepumpeneinbaus optimieren. Durch die Optimierung des vorhandenen Heizungsnetzes verbessern Sie die Effizienz der Heizungsanlage. Sie stellen dadurch die ausreichende und effiziente Wärmeversorgung in allen Bereichen des Gebäudes sicher und bieten der neuen Wärmepumpe eine gute Arbeitsumgebung. Die nachfolgenden Tipps sind detailliert in Kapitel 13 vorgestellt. Lassen Sie einen hydraulischen Abgleich durchführen (siehe Teil IV). Lassen Sie alte und stufengeregelte Umwälzpumpen gegen elektronisch geregelte Umwälzpumpen tauschen. Optimierung Sie die Heizkennlinie in der Heizungsregelung. Dämmen Sie Heizungsrohre in nicht beheizten Bereichen.

Energetische Sanierung der Gebäudehülle Je weniger Wärme Sie über die Gebäudehülle verlieren, desto niedriger ist die Heizlast für

Ihr Gebäude. Eine energetische Sanierung der gesamten Gebäudehülle begünstigt daher den Einsatz von Wärmepumpen. Durch die energetische Sanierung benötigen Sie weniger Wärme, Sie können eine kleinere und effizientere Wärmepumpe wählen und diese mit einer niedrigeren Vorlauftemperatur betreiben. Wenn Sie zudem eine Lüftungsanlage installieren, sparen Sie zusätzlich Energie mit einer effizienten Wärmerückgewinnung. Mehr Informationen zum energetischen Bauen finden Sie in Kapitel 4. Falls Sie nicht vorhaben, das gesamte Gebäude energetisch zu sanieren, finden Sie in Kapitel 16 einige geringinvestive Energiesparmaßnahmen, die sie selbst durchführen können und die ebenfalls zur Reduzierung der Heizlast beitragen: Dämmung der obersten Geschossdecke in nicht beheizten Dächern Dämmung der Dachdrempel Dämmung der Kellerdecke Einsatz von Fenster- und Türdichtungen

Kombination der Wärmepumpe mit weiteren Wärmeerzeugern Falls die Heizlast Ihres Altbaus noch immer zu hoch ist und Sie bei kalten Außentemperaturen hohe Vorlauftemperaturen benötigen, können Sie sich auch für ein Heizsystem mit bivalenter Betriebsweise entscheiden. Bei einem bivalenten System wird die Wärmepumpe von einem weiteren Wärmeerzeuger unterstützt. Dies kann beispielsweise eine kleine Gas- oder Ölbrennwerttherme sein oder eine Hybridwärmepumpe, in der bereits eine unterstützende Gasheizung integriert ist. So wird sichergestellt, dass die Wärmepumpe bis zu einer bestimmten Außentemperatur (Grenztemperatur, welche auch Bivalenzpunkt genannt wird) effizient läuft. Beim Überschreiten des Bivalenzpunktes unterstützt der zweite Wärmeerzeuger die Wärmepumpe (bivalent-parallele bzw. bivalent-teilparallele Betriebsweise) oder löst diese komplett ab (bivalent-alternative Betriebsweise). Wenn Sie noch einen Schritt weitergehen möchten, können Sie sich auch für ein multivalentes Heizsystem entscheiden und das System zusätzlich zur Wärmepumpe und Gastherme mit einer Solarthermie- oder Photovoltaikanlage unterstützen. Mehr Informationen zu bivalenten- und multivalenten Heizsystemen finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Betriebsweisen von Wärmepumpen«.

Schallemissionen beachten Falls Sie sich für eine Luftwärmepumpe entscheiden, benötigen Sie für das Außenmodul einen Aufstellort im Freien. Da die Außenmodule von Luftwärmepumpen Lärm produzieren, können diese Ihre Nachbarn stören. Sie dürfen daher die vorgegebenen Schallemissionen nicht überschreiten. Ein ausreichender Abstand zum Nachbargebäude oder eine Schallschutzeinrichtung können dann notwendig werden.

Mehr Informationen zum Schutz gegen Lärm erhalten Sie in der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm), welche Sie im Internet unter der nachfolgenden Internetadresse finden: https://www.verwaltungsvorschriften-iminternet.de/bsvwvbund_26081998_IG19980826.htm

Checkliste für die Wärmepumpe im Altbau Mit der nachfolgenden Checkliste haben Sie einen Überblick über die wichtigsten Punkte, die den Einbau von Wärmepumpen im Bestand erleichtern. Überprüfung der vorhandenen Heizkörperleistungen: Ziehen Sie die Raumheizlast und die Betriebswärmeleistung der vorhandenen Heizkörper mit den Systemtemperaturen der Wärmepumpe als Grundlage für die Bewertung heran. Heizkörpertauch: Lassen Sie Heizkörper mit zu geringer Leistung gegen Heizkörper mit höherer Leistung tauschen. Optimierung des Heizungssystems: Optimieren Sie Ihr vorhandenes Heizungssystem, indem Sie einen hydraulischen Abgleich durchführen lassen, die Heizkennlinie anpassen und Ihre alte Pumpe austauschen. Vorlauftemperaturen: Streben Sie niedrige Vorlauftemperaturen für das Heizsystem an (maximal 55 °C). Energetische Sanierung: Ziehen Sie eine energetische Sanierung der Gebäudehülle in Erwägung. Alternativ können Sie mit kleineren, geringinvestiven Maßnahmen die Heizlast reduzieren. Unterstützende Wärmeerzeuger: Ziehen Sie ein bivalentes oder sogar multivalentes Heizsystem in Erwägung, sodass Ihre Wärmepumpe unterstützt wird. Warmwasserbedarf: Lassen Sie das Warmwasser in Ihrem Gebäude, wenn möglich, über Solarthermie erwärmen, und passen Sie den Warmwasserspeicher an den tatsächlichen Bedarf an. Schallschutzmaßnahmen: Lassen Sie den Aufstellungsort Ihrer Luftwärmepumpe im Vorhinein überprüfen. Gegebenenfalls sind Schallschutzmaßnahmen zu berücksichtigen.

Kapitel 15

Stromrechnung und Heizkostenabrechnung verstehen IN DIESEM KAPITEL Erfahren Sie, wie eine Heizkostenabrechnung aufgebaut ist und was die typischen Fehler darin sind. Lernen Sie die verschiedenen Typen und Funktionen von Heizkostenverteilern kennen. Erfahren Sie, wie Sie den Energieverbrauch aus dem Brennstoffbedarf berechnen können und umgekehrt. Erfahren Sie, wie Sie überschlägig den Warmwasserbedarfs ermitteln können. Lernen Sie, wie eine Stromrechnung aufgebaut ist und Sie Ihren Energieverbrauch sowie die künftigen Stromkosten abschätzen können. Erhalten Sie Checklisten für Ihre Strom- und Heizkostenabrechnung.

Jeden Monat leisten Sie eine Vorauszahlung für Strom und Wärme. Mit der sogenannten Abschlagszahlung stellen die Energielieferanten sicher, dass Sie am Ende des Jahres nicht alles auf einmal zahlen müssen. Und wenn Sie dann die Strom- und die Heizkostenrechnung für das Vorjahr auf dem Tisch haben und Geld zurückbekommen, werden Sie sich wahrscheinlich freuen. Doch es kann auch anders kommen, und Sie müssen eine Nachzahlung leisten. Dann schauen Sie wahrscheinlich genauer hin. Dabei sollten Sie immer einen Blick auf Ihre Abrechnungen werfen, denn gerade bei den Heizkosten sind ungefähr 66 % aller Abrechnungen fehlerhaft oder klärungsbedürftig. In diesem Kapitel erfahren Sie deshalb, was in einer Strom- und Heizkostenabrechnung stehen sollte, was abgerechnet werden kann, wie Sie Ihren Verbrauch überschlägig berechnen können, welche typischen Fehler es gibt und was es sonst noch zu beachten gilt. In den Energieabrechnungen werden die Größe Energie sowie die Einheit Kilowattstunden verwendet. Diese Größen werden ausführlich in Kapitel 3 im Abschnitt »Ein Gebäude braucht Energie« vorgestellt.

Heizkostenabrechnung Ein Blick auf die die jährliche Heizkostenabrechnung lohnt sich, denn eine MarktwächterStudie der Verbraucherzentrale hat ergeben, dass ein Drittel aller Heizkosten fehlerhaft und ein Drittel klärungsbedürftig sind. Vermietende Personen sind jedoch gesetzlich dazu verpflichtet, eine Heizkostenabrechnung zu erstellen, die Ihren tatsächlichen Verbrauch wiedergibt. In der Verordnung über die verbrauchsabhängige Abrechnung der Heiz- und Warmwasserkosten ist geregelt, wie Heiz- und Warmwasserkosten abgerechnet werden dürfen. Die Verordnung (kurz HeizkostenV) finden Sie kostenlos im Internet unter der folgenden Adresse: https://www.gesetze-iminternet.de/heizkostenv/. Die typischen Fehler in Heizkostenabrechnungen sind nachfolgend aufgelistet: Die Berechnung des Warmwasseranteils ist fehlerhaft. Die Abrechnung der Heizungsbetriebskosten ist unzulässig. Die Berechnung des Gesamtbrennstoffverbrauchs ist fehlerhaft. Es erfolgt keine verbrauchsabhängige Abrechnung, sondern ein Aufteilungsschlüssel zu 100 % nach Fläche. Es fehlen Angaben in der Heizkostenabrechnung. Aber nicht nur aufgrund von Fehlern lohnt ein Blick in die Heizkostenabrechnung. Schauen Sie sich Ihre Zahlen genauer an, denn dadurch bekommen Sie ein Gefühl für Ihre Heizkosten, erwägen Einsparpotenziale und werden für die Thematik sensibilisiert. In den Kapiteln 13 und 16 werden verschiedene Maßnahmen zur Optimierung der Heizungsanlage sowie geringinvestive Energiesparmaßahmen vorgestellt, mit denen Sie Ihre Heizkosten reduzieren können.

Überblick zur Heizkostenabrechnung Eine Heizkostenabrechnung zeigt Ihnen den zu zahlenden Anteil der jährlich anfallenden Kosten für Wärme und Warmwasser für Ihre gemietete Wohneinheit. Neben den reinen Heizkosten gibt es auch noch Heiznebenkosten, die anfallen. Eine Heizkostenabrechnung ist in der Regel in die nachfolgenden Abschnitte unterteilt. Abschnitt 1 – eigene Daten: Im Datenüberblick sind die Lage der Wohnung (Nummer oder Etage), die Adresse sowie Abrechnungsdatum, Abrechnungszeitraum

und der Nutzungszeitraum erfasst. Meist erhalten Sie hier schon einen Überblick über die Gesamtkosten. Abschnitt 2 – Ablese- und Verbrauchswerte: Hier sind die Ablese- und Verbrauchswerte der einzelnen Heizkostenverteiler Ihrer Wohneinheit hinterlegt. Dazu gehören der jeweilige Raum, die Gerätenummer, Ablesewerte neu und alt, die daraus resultierende Differenz, ein Umrechnungsfaktor für jeden Heizkörper und der daraus berechnete Heizenergieverbrauch in Kilowattstunden. Alternativ zum Umrechnungsfaktor kann Ihr verbrauchsabhängiger Anteil auch direkt auf der Abrechnung stehen. Dann befindet sich der Umrechnungsfaktor im Speicher des Heizkostenverteilers, und die Umrechnung erfolgt direkt im Heizkostenverteiler. Abschnitt 3 – Ablese- und Verbrauchswerte der Allgemeinzähler: Ein Allgemeinzähler ist beispielsweise der Wärmemengenzähler der zentralen Warmwasserbereitung. Wenn bei Ihnen Allgemeinzähler installiert sind, werden deren Verbrauchswerte meist im dritten Abschnitt hinterlegt. Abschnitt 4 – Aufstellung der Gesamtkosten: In vierten Abschnitt werden meist die Gesamtkosten aufgelistet. Eine Unterteilung erfolgt in Brennstoffkosten, Heiznebenkosten (Wartung, Kaminfeger, Kosten für Verbrauchserfassung, Abgasmessung und Betriebsstrom der Heizanlage), Warmwasserkosten sowie mögliche Zusatzkosten für Heizung und Warmwasser. Abschnitt 5 – Ermittlung der Heiz- und Warmwasserkosten: In diesem Abschnitt erfolgt nochmals eine separate Auflistung der gesamten Heiz- und Warmwasserkosten des Gebäudes. Abschnitt 6 – Aufteilung der Gesamtkosten: In diesem Abschnitt werden die aus Abschnitt 4 und 5 ermittelten Kosten auf Ihren Verteilungsschlüssel sowie die Verbrauchswerte aus Abschnitt 2 umgerechnet, und Sie erhalten Ihre Gesamtkosten. Abschnitt 7 – Arbeitskostenabrechnung: Im letzten Abschnitt befindet sich Ihr Anteil an den Arbeitskosten haushaltsnaher Dienstleistungen, wie Wartungs- und Handwerkerkosten.

Der Verteilerschlüssel für Heizkosten ist gesetzlich geregelt und bezieht sich anteilig auf Ihren realen Heizverbrauch und einen festen Bezug, wie Ihre Wohnfläche. Für den Verbrauch liegt der Anteil zwischen 50 und 70 %, und der Anteil über einen festen Bezug, wie die Wohnfläche, liegt zwischen 30 und 50 %. Die Aufteilung ist im Mietvertrag festgelegt. Doch warum gibt es einen Verteilerschlüssel? Wenn Sie beispielsweise zu 100 % über die Wohnfläche abrechnen würden, müssten Wohneinheiten mit sparsamen Heizverbrauch genauso viel Geld pro Quadratmeter zahlen wie Wohneinheiten mit hohem Heizverbrauch – nicht gerade eine faire Aufteilung. Eine Abrechnung zu 100

% über den Verbrauch wäre allerdings auch nicht fair, da Wohnungen mit großen Außenbauteilen (Außenwände, Dach und Keller) größere Wärmeverluste verzeichnen. Der überwiegend angewendete Verteilerschlüssel liegt daher bei 70/30 (70 % für den Verbrauch und 30 % für den festen Bezug). Dadurch wird sichergestellt, dass Ihnen ein sparsamer Betrieb zugutekommt.

Heizkostenverteiler Heizkostenverteiler sind, wie in Abbildung 15.1 zu sehen, am Heizkörper befestigte Geräte für die Erfassung des Energieverbrauchs. Ein Heizkostenverteiler ist jedoch nicht in der Lage, den Energieverbrauch am Heizkörper zu messen, sondern erfasst lediglich einen dimensionslosen Wert ohne Einheit.

Abbildung 15.1: Verschiedene Heizkostenverteiler – Quelle links: Kzenon, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: aldorado, Stock.Adobe.com

Dieser dimensionslose Wert wird mit einem Umrechnungsfaktor zu einem Verbrauchswert umgerechnet. Der Umrechnungsfaktor wird für jeden Heizkörper anhand der tatsächlichen Heizkörperleistung ermittelt. Unterteilt wird in die folgenden Heizkostenverteiler: Heizkostenverteiler nach dem Verdunstungsprinzip: In diesen Heizkostenverteilern sind kleine Röhrchen mit einer Flüssigkeit eingesetzt. Diese Flüssigkeit verdunstet bei hohen Temperaturen schneller, sodass der Verbrauch darüber abgelesen werden kann. Im Heizkostenverteiler gibt es zwei Röhrchen, eins für das aktuelle Jahr und eins für das vergangene. Beim Ablesen wird das alte Röhrchen gegen ein neues getauscht. Heizkostenverteiler nach dem

Verdunstungsprinzip funktionieren nur bei hohen Heizwassertemperaturen über 60 °C. Elektronische Heizkostenverteiler: Elektronische Heizkostenverteiler erfassen Temperaturen über Sensoren. Dafür kommen das Einfühler-Messverfahren, welches nur die Temperatur am Heizkörper misst, und das Zweifühler-Messverfahren, welches die Raumtemperatur und die Temperatur am Heizkörper erfasst, zum Einsatz. Durch die zwei Messpunkte beim Zweifühler-Messverfahren kann der Heizkostenverteiler zwischen Heizbetrieb und externer Wärmequelle, etwa Sonnenstrahlen, unterscheiden. So wird eine ungewollte Erfassung von externer Wärme vermieden, was die Messgenauigkeit des Zweifühler-Messverfahrens deutlich erhöht. Das ZweifühlerMessverfahren ermöglicht somit eine genauere Heizkostenabrechnung, da nur die tatsächlich genutzte Heizleistung erfasst und abgerechnet wird. Die dimensionslose Einheit kann dann über ein Display abgelesen werden. Moderne elektronische Heizkostenverteiler können zudem auch fernausgelesen werden.

Alle bereits installierten Heizkostenverteiler, die nicht fernauslesbar sind, müssen bis zum Jahr 2026 gegen neue ausgetauscht oder aufgerüstet werden, damit eine Fernauslesung möglich ist. Neu installierte Heizkostenverteiler müssen bereits fernauslesbar sein. Besteht die Möglichkeit der Fernauslesung, müssen Ihnen monatlich die aktuellen Verbrauchswerte zur Verfügung gestellt werden.

Umrechnung von Brennstoffen in Kilowattstunden und umgekehrt Wenn Sie Ihren künftigen Energiebedarf abschätzen wollen und nur die Brennstoffmenge kennen oder umgekehrt den Energieverbrauch der letzten Jahre wissen und abschätzen wollen, wie viel Gas, Öl oder Holz Sie kaufen müssen, können Sie dies überschlägig ermitteln. Für die Berechnung Ihres Energie- oder Brennstoffbedarfs nutzen Sie den Umrechnungsfaktor für Brennstoffe Ihres Energieversorgers oder Ihres Brennstofflieferanten. Falls diese Werte nicht angegeben sind, können Sie die Werte aus Tabelle 15.1 verwenden, welche auch in der Verordnung über Heizkosten (HeizkostenV) hinterlegt sind. Brennstoff

Heizwert

Einheit

Leichtes Heizöl

10

kWh/l (Kilowattstunden je Liter)

Schweres Heizöl

10,9

kWh/l (Kilowattstunden je Liter)

Erdgas H

10

kWh/m3 (Kilowattstunden je Kubikmeter)

Erdgas L

9

kWh/m3 (Kilowattstunden je Kubikmeter)

Flüssiggas

13

kWh/kg (Kilowattstunden je Kilogramm)

Koks

8

kWh/kg (Kilowattstunden je Kilogramm)

Braunkohle

5,5

kWh/kg (Kilowattstunden je Kilogramm)

Steinkohle

8

kWh/kg (Kilowattstunden je Kilogramm)

Brennholz (lufttrocken)

4,1

kWh/kg (Kilowattstunden je Kilogramm)

Holzpellets

5

kWh/kg (Kilowattstunden je Kilogramm)

Holzhackschnitzel (lufttrocken) 4

kWh/kg (Kilowattstunden je Kilogramm)

Tabelle 15.1: Heizwerte für verschiedene Brennstoffe

Die Verordnung über Heizkosten können Sie im Internet kostenlos auf der folgenden Webseite einsehen: https://www.gesetze-iminternet.de/heizkostenv/

In Kapitel 5 im Abschnitt »Heizwert und Brennwert« ist eine ähnliche Tabelle zu Heizwerten verschiedener Brennstoffe mit abweichenden Werten angegeben. Die Tabelle in Kapitel 5 soll zeigen, dass die Heizwerte aufgrund von Entstehung, Lagerung und Transport Schwankungen unterliegen können. Für eine überschlägige Berechnung können Sie die Werte aus Tabelle 15.1 gemäß HeizkostenV verwenden. Angenommen, Sie hatten für Ihre Gasheizung einen Energiebedarf (Q) von 85.700 kWh im letzten Jahr und wollen jetzt herausfinden, wie viel Erdgas H Sie als Brennstoff (B) kaufen mussten. Dazu nutzen Sie die nachfolgende Formel:

Mit dem Einsatz der Werte kommen Sie auf den nachfolgenden Brennstoffbedarf:

Ihr Brennstoffbedarf lag demnach bei 8.500 Kubikmetern Erdgas H. Wenn Sie hingegen im letzten Jahr 6.500 Liter schweres Heizöl kaufen mussten, können Sie die Formel wie folgt umstellen, um den Energiebedarf zu ermitteln:

Mit dem Einsatz der Werte kommen Sie auf den nachfolgenden Energiebedarf:

Ihr Energiebedarf lag demnach bei 70.850 kWh. Auf Grundlage Ihres Energie- oder Brennstoffbedarfs können Sie auch Ihren CO2Ausstoß überschlägig ermitteln und gegebenenfalls freiwillig kompensieren. Einen Ratgeber zur freiwilligen CO2-Kompensation für vertrauenswürdige Klimaschutzprojekte gibt es beim Umweltbundesamt unter der folgenden Internetadresse: https://www.umweltbundesamt.de/publikationen/freiwilligeco2-kompensation-durch

Warmwasserbedarf berechnen Einer der häufigsten Fehler in Heizkostenabrechnungen ist die Berechnung des Warmwasserbedarfs. Glücklich können Sie sich daher schätzen, wenn ein Wärmemengenzähler installiert ist. Der Warmwasserverbrauch wird dann individuell zugeordnet oder über die Anzahl der im Gebäude lebenden Personen aufgeteilt. Falls in Ihrem Gebäude nur ein Warmwasserzähler oder keine Zähler für Warmwasser installiert sind, können Sie die Wärmemenge überschlägig berechnen, wie es in der Verordnung über Heizkosten (HeizkostenV) vorgeschlagen wird.

Berechnung über die Warmwassermenge Wenn bei Ihnen nur ein Warmwasserzähler vorhanden ist, können Sie die erfasste Wassermenge (V) in die Wärmemenge (Q) umrechnen. Dazu verwenden Sie eine leicht abgewandelte Form der goldenen Formel der Gebäudetechnik (mehr dazu in Kapitel 5 im gleichnamigen Abschnitt). Dabei ändert sich der Faktor von 1,16 (spezifische Wärmekapazität von Wasser und Dichte) in 2,5, da ein Wirkungsgrad von 46,4 % für die zentrale Warmwasserbereitung und weitere Verluste angenommen wird. Der Faktor von 2,5 ergibt sich aus dem Faktor 1,16 durch den angenommenen Wirkungsgrad (0,464).

Für die Berechnung der Wärmemenge ersetzten Sie den Faktor 1,16 durch 2,5.

Für die Berechnung der Wärmemenge nehmen Sie das gemessene Warmwasservolumen und für die Temperaturspreizung die in Ihrem Warmwasserspeicher herrschende Wassertemperatur (zum Beispiel 60 °C) sowie die übliche angenommene

Kaltwassereintrittstemperatur von 10 °C. Angenommen, Sie haben 52 m3 Warmwasser in einem Jahr verbraucht, die Temperatur im Warmwasserspeicher beträgt 60 °C und die Kaltwassereintrittstemperatur 10 °C, dann setzen Sie diese Werte in die Formel ein.

Die ermittelte Wärmemenge für Warmwasser beträgt 6.500 kWh.

Berechnung ohne Zähler In Ausnahmefällen kann es vorkommen, dass weder Wärmemenge noch Warmwasservolumen gezählt werden. Nur dann kann eine stark vereinfachte Ermittlung der Wärmemenge für Warmwasser erfolgen. Die Formel besteht aus dem Faktor 32, welcher in der Verordnung über Heizkosten (HeizkostenV) festgelegt ist, sowie der Wohnoder Nutzfläche in Quadratmetern und setzt sich wie folgt zusammen:

Angenommen, die Wohnfläche Ihres Wohnhauses beträgt 200 m2. Setzen Sie diese in die Formel ein, dann erhalten Sie die geschätzte Wärmemenge für Warmwasser:

Die geschätzte Wärmemenge für Warmwasser beträgt 6.400 kWh.

Checkliste zur Heizkostenabrechnung Wenn Sie Ihre Heizkostenabrechnung in den Händen halten, lohnt sich ein genauer Blick. Anhand der nachfolgenden Checkliste können Sie dann überprüfen, ob Ihnen Ungereimtheiten auffallen. Überprüfen Sie die grundlegenden Daten: Dazu gehören die Wohnungsnummer/ Etage, Wohnfläche, der Abrechnungszeitraum, aber auch die Ablese- und Verbrauchswerte. Wenn Ihre Daten noch persönlich abgelesen werden, notieren Sie sich diese mit. Falls die Daten fernausgelesen werden, können Sie diese monatlich bei Ihrem Energieversorger einsehen. Abrechnungszeitraum bei Umzug: Wenn Sie in eine Wohnung ein- oder ausziehen, sollten Sie auch immer nur Heizkosten in der Mietzeit zahlen. Notieren Sie sich daher

beim Ein- und Auszug die Zählerstände der Heizkostenverteiler. Haben Sie dann die Heizkostenabrechnung in der Hand, überprüfen Sie den Abrechnungszeitraum und die notierten Ablesewerte. Warmwasserverbrauch überprüfen: Die häufigsten Fehler in Heizkostenabrechnungen sind auf den fehlerhaft berechneten Warmwasseranteil zurückzuführen. Hier sollten Sie genau hinschauen. Nutzen Sie gegebenenfalls die gezeigten Formeln, und machen Sie eine Gegenrechnung. Vergleich mit alten Heizkostenabrechnungen: Es ist sinnvoll, die Heizkostenabrechnungen der vergangenen Jahre aufzubewahren. Somit können Sie Verbrauchswerte vergleichen und merken sofort, ob es signifikante Abweichungen gibt. Überprüfen Sie den Verteilerschlüssel: In Ihrem Mietvertrag und der Heizkostenabrechnung sollte der Verteilerschlüssel für die Heizkostenumlage hinterlegt sein. Überprüfen Sie, ob dieser in der Heizkostenabrechnung auch angewandt wurde. Leerstehende Wohnungen: Die Heizkosten für leer stehende Wohnungen dürfen Vermietende nicht auf Mietende umlegen. Ein Vergleich der vermieteten Gesamtwohnfläche aus den vergangenen Abrechnungen ist hier hilfreich. Bestände in Tanks für Öl und Gas überprüfen: Der überwiegende Anteil von Ölheizungen und ein kleinerer Anteil von Gasheizungen beziehen ihren Brennstoff aus Tanks, der sich im oder in der Nähe des Gebäudes befindet. Steht auf der Heizkostenabrechnung, dass der Bestand im Tank bei null liegt, sollten Sie die Ohren spitzen. Tanks sind selten nach der Heizperiode oder nach dem Abrechnungszeitraum leer. Überprüfen Sie daher, ob die Gas- oder Ölbestände schlüssig sind. Reparaturkosten in der Heizkostenabrechnung: Leistungen für Wartung und Kaminfegende gehören zu den Heiznebenkosten und können anteilig abgerechnet werden. Reparaturkosten dürfen hingegen nicht auf Mietende umgelegt werden. Abrechnungsfrist: Vermietende haben zwölf Monate nach der Abrechnungsperiode Zeit, Ihnen die Heizkostenabrechnung zukommen zu lassen. HeizkostenV: Nutzen Sie den kostenlosen Zugang zu Gesetzen im Internet und informieren sich. Die HeizkostenV finden Sie unter https://www.gesetze-iminternet.de/heizkostenv/, und in ihr ist beschrieben, wie Heiz- und Warmwasserkosten abgerechnet werden dürfen.

Falls Sie Probleme mit Ihrer Heizkostenabrechnung haben, Fehler entdecken oder unsicher sind, lassen Sie sich beraten. Über den Mieterschutzbund e. V. oder die Verbraucherzentralen finden Sie passende Ansprechpartner, die Ihnen weiterhelfen.

Webseite Mieterschutzbund e. V.: https://www.mieterschutzbund.de/ Webseite Verbraucherzentrale: https://www.verbraucherzentrale.de/beratung

Stromrechnung Ähnlich wie die Heizkostenabrechnung, kommt auch die Stromrechnung einmal im Jahr ins Haus. Anders als bei der Heizkostenabrechnung wird Ihnen diese jedoch von Ihrem Stromanbieter zugesendet. In diesem Abschnitt erfahren Sie, welche Informationen auf der Stromrechnung zu finden sind und worauf Sie achten müssen. In Kapitel 16 im Abschnitt »Stromsparen im Haushalt« finden Sie verschiedene Energiesparmaßnahmen, mit denen Sie Ihre Stromkosten reduzieren können.

Überblick Stromrechnung Für die Stromrechnung gibt es keine einheitliche Form. Daher sehen die Stromabrechnungen verschiedener Anbieter auch unterschiedlich aus. Dennoch sollten die nachfolgenden Bereiche auf einer Stromabrechnung zu finden sein. Abschnitt 1 – eigene Daten: Im ersten Abschnitt einer Stromrechnung sind meist die eigenen Daten zu finden. Dazu gehören neben der Anschrift als Abnahmestelle auch die Vertragsnummer, Zählernummer und Rechnungsnummer. Abschnitt 2 – Stromrechnung: Im zweiten Abschnitt einer Stromrechnung stehen meist der Abrechnungszeitraum, der Verbrauch in Kilowattstunden und Ihr gewählter Stromtarif. Abschnitt 3 – Kostenübersicht Als Nächstes folgt die Kostenübersicht, bestehend aus den zu zahlenden Verbrauchskosten, den bereits gezahlten Abschlagszahlungen, möglichen Guthaben und sonstigen Forderungen. Ist die daraus resultierende Summe positiv, erhalten Sie eine Rückzahlung. Ist sie negativ, müssen Sie eine Nachzahlung leisten. Anschließend wird daraus der künftige Abschlag für Sie festgelegt. Abschnitt 4 – Aufschlüsselung Verbrauch, Kosten und Abschlagszahlungen: In dieser Aufschlüsselung finden Sie die Verbrauchsmengen des Abrechnungszeitraums, die daraus resultierenden Kosten und eine Auflistung der bereits erfolgten Abschlagszahlungen. Die Verbrauchskosten setzen sich aus einem Grundpreis und einem Arbeitspreis zusammen. Grundpreis: Der Grundpreis ist ein Fixpreis und unabhängig von Ihrem Verbrauch. Er beinhaltet beispielsweise Kosten für die Stromzähler und deren Wartung. Der Grundpreis wird vom Stromanbieter festgelegt.

Arbeitspreis: Der Arbeitspreis ist der Preis pro verbrauchte Kilowattstunde. Abschnitt 5 – Informationen: Im letzten Abschnitt erhalten Sie Informationen zu Ihrer Stromrechnung und Ihrem Verbrauch. Dazu gehören ein Vergleich Ihres Verbrauchs mit Vergleichshaushalten, die Zusammensetzung der Stromkosten und eine Stromkennzeichnung, in der Ihnen der Stromanbieter zeigt, aus welchen Quellen der Strom erzeugt wird. Mehr Informationen zur Stromerzeugung finden Sie in Kapitel 9.

Energieverbrauch und Stromkosten berechnen Sie haben jetzt auf Ihrer Stromrechnung den Energieverbrauch des letzten Abrechnungszeitraums erfahren und fragen sich vielleicht, wie dieser zustande gekommen ist. Dafür können Sie eine überschlägige Berechnung durchführen. Erstellen Sie eine Tabelle, wie Tabelle 15.2, in die Sie alle elektrischen Geräte, die angegebene Leistung der Geräte sowie deren tägliche Betriebszeit eintragen. Anschließend können Sie die notwendige Energie für diese Geräte und die zu erwartenden Stromkosten berechnen. Wie in Kapitel 9 im Abschnitt »Stromerzeugung« beschrieben wurde, ist die Berechnung der Leistung in Wechselstromkreisen mit Wirkleistung, Blindleistung und Scheinleistung etwas komplexer. Zur vereinfachten Berechnung des Energieverbrauchs können Sie aber mit den angegebenen Leistungswerten auf Ihren Geräten rechnen. Alternativ lohnt sich der Einsatz eines Energiemessgerätes, welches die Wirkleistung eines Gerätes direkt an der Steckdose misst und auch über einen längeren Zeitraum aufzeichnen kann. Dies erleichtert die Hochrechnung des Energiebedarfs auf das gesamte Jahr. In Abbildung 15.2 sind beispielhaft zwei Energiemessgeräte zu sehen.

Abbildung 15.2: Energiemessgeräte – Quelle rechts: Robert Poorten, Stock.Adobe.com

Sie wollen den Energieverbrauch Ihres Fernsehers ermitteln. Auf dem Fernseher steht eine Leistungsaufnahme von 100 W während des Betriebs und 1 W im Standby. Nach Ihrer Einschätzung schauen Sie ungefähr zwei Stunden täglich fern. Die restliche Zeit des Tages befindet sich der Fernseher im Stand-by-Modus. Um nun den täglichen Energiebedarf zu ermitteln, nutzen Sie die nachfolgende Formel:

Für Ihre Berechnung ermitteln Sie den Energiebedarf für den Betriebs- und den Stand-by-Modus:

Für den Tagesenergiebedarf addieren Sie nun die beiden Werte.

Da Sie den Energiebedarf für ein ganzes Jahr berechnen wollen, multiplizieren Sie das Ergebnis mit 365 Tagen.

Da Sie die Einheit in Kilowattstunden ermitteln wollen, rechnen Sie Wattstunden in Kilowattstunden um. Dazu teilen Sie Wattstunden durch 1.000 (1.000 Wh = 1 kWh).

Ihr Fernseher benötig demnach 81 kWh pro Jahr an elektrischer Energie. Nun wollen Sie ermitteln, wie viel Sie dafür zahlen müssen. Auf Ihrer Stromrechnung finden Sie den Arbeitspreis (AP), den Ihr Energieversorger von Ihnen pro Kilowattstunde verlangt. Dieser liegt beispielsweise bei 0,35 € pro Kilowattstunde. Wenn Sie nun die Kosten (KTV) der verbrauchten Energie (ETV) des Fernsehers berechnen wollen, multiplizieren Sie den Energieverbrauch mit den Kosten pro Kilowattstunden.

Die jährlichen Kosten für den Betrieb Ihres Fernsehers liegen dann bei 28,36 €. Alternativ können Sie den Stromverbrauch des Fernsehers mit einem Energiemessgerät über einen Zeitraum von einem Tag oder einer Woche messen und erhalten den durchschnittlichen Energiebedarf für einen Tag oder eine Woche. Anschließend können Sie das Ergebnis mit 365 Tagen beziehungsweise 52 Wochen multiplizieren und erhalten den Jahresenergiebedarf. Die Tabelle für Ihre Haushaltsgeräte könnte wie Tabelle 15.2 aufgebaut sein. Dort tragen Sie die Leistung für Betrieb und Stand-by ein sowie die zu erwartenden Zeiten und erhalten daraus den Energiebedarf sowie die Kosten. In Tabelle 15.2 sind beispielhafte Geräte mit möglichen Werten aufgelistet. Als Energiepreis werden 0,35 €/kWh angenommen. Sie können nun die ungefähre Menge Ihres Energiebedarfs anhand der Leistungsdaten Ihrer Haushaltsgeräte und Beleuchtung ermitteln. Mit einem Vergleich der vergangenen Stromrechnung können Sie überprüfen, ob Sie richtiglagen. Gerät

Leistung Zeit Energie pro Tag Energie pro Jahr Kosten pro Jahr

Fernseher (Betrieb)

100 W

2 h

Fernseher (Stand-by)

1 W

Soundsystem (Betrieb)

0,20 kWh

73 kWh

25,55 €

22 h 0,02 kWh

8 kWh

2,80 €

60 W

4 h

87 kWh

30,45 €

Soundsystem (Stand-by)

1 W

20 h 0,02 kWh

7 kWh

2,45 €

Kühlschrank

130 W

24 h 1,92 kWh

700 kWh

245,00 €

Router

10 W

24 h 0,24 kWh

87 kWh

30,80 €

Waschmaschine

2.000 W

0,5 h 1,00 kWh

365 kWh

127,75 €

Elektroherd (Betrieb einer Herdplatte) 2.000 W

1 h

730 kWh

255,50 €

Elektroherd (Stand-by)

1 W

23 h 0,02 kWh

8 kWh

2,80 €

Desktop-PC (Betrieb)

130 W

8 h

379 kWh

133,00 €

Desktop-PC (Stand-by)

1 W

16 h 0,02 kWh

6 kWh

2,10 €

Stehlampe

20 W

5 h

0,10 kWh

37 kWh

12,95 €

Summe





6,82 kWh

2.489 kWh

871,15 €

0,24 kWh

2,00 kWh

1,04 kWh

Tabelle 15.2: Beispielhafte Tabelle zur überschlägigen Ermittlung der Stromkosten

Ein genauer Blick auf Tabelle 15.2 zeigt, dass allein durch den Stand-by-Betrieb einiger Geräte Stromkosten von 10,15 € pro Jahr anfallen. Durch den Einsatz abschaltbarer Steckerleisten können Sie diese sparen. Insbesondere bei steigenden

Strompreisen ist das eine wichtige Energiesparmaßnahme.

Checkliste zur Stromrechnung Wie bei der Heizkostenabrechnung lohnt sich auch ein Blick auf die Stromrechnung, denn nur dann entwickeln Sie ein Gespür für Ihren Stromverbrauch und den künftigen Bedarf. Anhand der nachfolgenden Checkliste können Sie überprüfen, ob Ihnen Ungereimtheiten auffallen. Überprüfen Sie die grundlegenden Daten: Überprüfen Sie die Daten auf der Stromrechnung. Dazu gehören der Abrechnungszeitraum, die Zählernummer, der verwendete Arbeitspreis und die Kontrolle der Zählerstände. Zählerstände erfassen: Wenn Sie noch einen alten Zähler haben, der nicht fernauslesbar ist, sollten Sie die Zählerstände monatlich ablesen. Somit können Sie sofort abschätzen, ob Sie in einem Monat mehr verbraucht haben als in einem anderen. Zudem können Sie die Zählerstände an Ihren Stromanbieter übermitteln. Vergleich mit alten Stromrechnungen: Vergleichen Sie die aktuelle Stromrechnung mit den Rechnungen vergangener Jahre. Dann sehen Sie sofort mögliche Abweichungen der Verbrauchswerte und können diese hinterfragen. Stromverbrauch reduzieren: Senken Sie Ihren Stromverbrauch, indem Sie Energieeinsparmaßnahmen umsetzen, die in Kapitel 16 im Abschnitt »Stromsparen im Haushalt« vorgestellt werden. Neue Haushaltsgeräte richtig bewerten: Wenn Sie sich neue Haushaltsgeräte mit dem Ziel zulegen, dass diese effizienter sind als Ihre alten Geräte, kann der Stromverbrauch dennoch ansteigen. Wenn Ihr alter Fernseher beispielsweise eine Bildschirmdiagonale von 32 Zoll hatte und Ihr neuer Fernseher 75 Zoll haben soll, wird der neue Fernseher in seiner Klasse effizienter sein als vergleichbare alte Geräte, jedoch mehr verbrauchen als Ihr alter 32-Zoll-Fernseher, da er einfach größer ist.

Auch bei Problemen mit der Stromrechnung können Sie sich vom Mieterschutzbund e. V. oder der Verbraucherzentrale beraten lassen. Passende Ansprechpartner finden Sie auf deren Webseiten. Webseite Mieterschutzbund e. V.: https://www.mieterschutzbund.de/ Webseite Verbraucherzentrale: https://www.verbraucherzentrale.de/beratung

Kapitel 16

Tipps, Tricks und Energiesparmaßnahmen IN DIESEM KAPITEL Werden geringinvestive Energiesparmaßnahmen mit Schritt-für-Schritt Anleitung vorgestellt, die Sie selbst durchführen können. Tipps zum Kühlen Ihrer Räume im Sommer. Tipps zum Stromsparen im eigenen Haushalt. Erfahren Sie, wie Sie richtig lüften und welchen Einfluss das eigene Verhalten auf den Energieverbrauch hat.

Die Kosten der Strom- und Heizung sind zu hoch, und Sie wollen etwas dagegen tun? Dabei soll das Raumklima dennoch behaglich und angenehm bleiben? In diesem Kapitel geht es um Tipps und Tricks zum Energiesparen, die sich mit wenig Aufwand umsetzen lassen. Es werden geringinvestive Maßnahmen mit Schritt-für-Schritt-Anleitungen vorgestellt. Sie erhalten Tipps zum Kühlen Ihrer Räume im Sommer und erfahren, wie Sie den Stromund Wärmeverbrauch Ihres Gebäudes durch kleine Anpassungen und ein besseres Nutzerverhalten reduzieren können. Für viele der hier gezeigten Tipps benötigen Sie einfache Werkzeuge. Diese werden in Kapitel 18 genauer vorgestellt. Dort finden Sie zudem eine Übersicht der wichtigsten Werkzeuge für Ihren Haushalt.

Geringinvestive Energiesparmaßnahmen Mit geringinvestiven Energiesparmaßnahmen sind Maßnahmen gemeint, die im Vergleich zu großen Sanierungsmaßnahmen weniger Geld kosten, aber dennoch den Energiebedarf reduzieren und effektiv sind. Der Fokus liegt dabei nicht unbedingt auf der Amortisationszeit (diese kann kurz- bis mittelfristig sein), sondern auf der Senkung des Gesamtenergiebedarfs. Je mehr Maßnahmen Sie umsetzen, desto größer ist die Energieeinsparung, und desto sensibler werden Sie für Energieeinsparpotenziale in Ihrem

Gebäude. Getreu der Redewendung: »Kleinvieh macht auch Mist«, leistet jede nicht verbrauchte Kilowattstunde einen Beitrag zur Reduzierung ihrer Energierechnung.

Sparen Sie Energie mit der Dachbodendämmung Die oberste Geschossdecke ist der Dachboden in einem Dachgeschoss, und deren Dämmung ist eine der günstigsten und effizientesten Energiesparmaßnahmen. Die Dämmung von zugänglichen und begehbaren obersten Geschossdecken ist zudem eine verpflichtende Energiesparmaßnahme, welche im Gebäudeenergiegesetz (GEG) geregelt und durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) sowie die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) förderfähig ist. Mehr Hintergrundinformationen zum Gebäudeenergiegesetz finden Sie in Kapitel 4 im Abschnitt »Geschichtsstunde: Gesetze zur Energiereduzierung in Gebäuden«. Wenn das Dach nicht ausgebaut und beheizt ist, können Sie mit der Dämmung der obersten Geschossdecke zwischen 7 und 10 % an Wärme einsparen, da über den Dachboden weniger Wärme aus dem beheizten Bereich an die Umgebung verloren gehen. Wenn Sie sich für die Dämmung der obersten Geschossdecke entscheiden, darf der U-Wert nach der Dämmmaßnahme nicht höher als 0,24 W/(m2*K) sein. Dies entspricht einer Dämmdicke zwischen 14 und 18 cm. Mehr Informationen zum UWert erhalten Sie in Kapitel 4 im Abschnitt »Wärmedämmung, Wärmedurchgang und der U-Wert«. Die Erfahrung zeigt, dass bei einem Großteil der Gebäude die oberste Geschossdecke nicht gedämmt ist. Sollte dies bei Ihnen auch so sein, lassen Sie diese Maßnahme durchführen, oder führen Sie diese in Eigenregie durch. In Abbildung 16.1 sind beispielhaft zwei Dachböden zu sehen, einmal mit und einmal ohne Dämmung.

Abbildung 16.1: Dachboden mit und ohne Dämmung – Quelle beide Bilder: hanohiki, Stock.Adobe.com

Für die Dämmung der obersten Geschossdeckle benötigen Sie ein paar Werkzeuge und Materialien, die Sie in jedem Baumarkt erhalten: Besen oder Staubsauger Cuttermesser, Dämmstoffmesser oder Fuchsschwanzsäge Gegebenenfalls Dampfbremsfolie, Dampfbrems-Klebeband und DampfbremsDichtkleber für die Randbereiche Mineralfaserwolle und Dämmplatten, gegebenenfalls Span- oder OSB-Platten für die Dämmplatten Die Dämmung der obersten Geschossdecke erfolgt in wenigen Schritten. In Abbildung 16.2 ist beispielhaft der Aufbau einer Dämmung mit Dampfbremsfolie, Dämmplatten und darauf liegenden Spanplatten zu sehen.

Abbildung 16.2: Dachdämmung mit Dampfbremsfolie, Dämmplatten und Spanplatten – Quelle: SKatzenberger, Stock.Adobe.com

Mit den nachfolgenden Schritten können Sie Ihren Dachboden in Eigenregie dämmen. Schritt 1 – Materialauswahl: Je nachdem, wie Ihr Dachboden aufgebaut ist oder wie Sie ihn nach der Dämmung nutzen möchten, benötigen Sie verschiedene Materialien und müssen einen geeigneten Dämmstoff wählen. Die nachfolgende Übersicht soll Ihnen bei der Auswahl helfen. Dampfbremsfolie: Die Dampfbremsfolie bildet eine Barriere zwischen dem beheizten Bereich und dem Dämmstoff. Dadurch wird verhindert, dass Wasserdampf aus der Luft des warmen Bereichs in die Wärmedämmung gelangt und dort kondensiert. Wenn Sie eine Holzbalkendecke als Dachboden haben, ist die Verlegung einer Dampfbremsfolie unterhalb der Dämmung notwendig, bei einer Betondecke kann diese gegebenenfalls wegfallen. Falls Sie sichergehen wollen, können Sie auch bei einer Betondecke eine Dampfbremsfolie auslegen. Mineralfaserwolle: kommt in Form gerollter, elastischer Matten und eignet sich besonders dann, wenn der Dachboden nicht weiter genutzt werden soll. Sie kann zudem einfach ausgelegt werden und ist die günstigste Variante. Die Dicke der Mineralfaserwolle sollte zwischen 14 und 18 cm liegen. Da sich

Mineralwolle schnell verformt, sollten Sie keinesfalls auf den Matten herumgehen oder Sachen darauf lagern. Legen Sie begehbare Bereiche für einen Revisionsgang (Lauffläche) an, und wählen Sie dafür begehbare Dämmplatten. Dämmplatten: Dämmplatten bestehen aus Polystyrol (Varianten sind beispielsweise XPS und EPS) oder Holzfasern und lohnen sich, wenn Sie den Dachboden als Lagerort nutzen möchten. Dämmplatten gibt es in verschiedenen Belastungsstärken. Wenn Sie beispielweise schwere Geräte auf dem Dachboden lagern wollen, wählen Sie eine Dämmplatte mit hoher Druckfestigkeit. Mit einer Fuchsschwanzsäge lassen sich Dämmplatten zurechtschneiden. Schritt 2 – Datenaufnahme und Materialmenge: Ermitteln Sie die zu dämmende Fläche auf Ihrem Dachboden, und berechnen Sie daraus die Menge der Materialien, wie Dämmstoff, Dämmplatten und Dampfbremsfolie. Rechnen Sie eine Reserve ein, da es immer einen geringfügigen Verschnitt gibt. Gerade bei der Dampfbremsfolie benötigen Sie etwas mehr Material, da sich die Ränder überlappen müssen, die Folie locker liegen und es auch am Rand einen Überstand geben muss. Schritt 3 – aufräumen und Boden reinigen: Bevor Sie mit der Dämmmaßnahme beginnen, räumen Sie Ihren Dachboden leer und reinigen diesen besenrein, damit er sauber ist. Falls eine Dampfbremsfolie notwendig ist, sollten Sie etwas gründlicher reinigen, da kleine Steinchen die Folie beschädigen können. Schritt 4 – Dampfbremsfolie verlegen und verkleben: Schneiden Sie die Dampfbremsfolie zurecht, und legen Sie diese locker auf dem Boden aus. Die Folienränder sollen sich dabei überlappen und mit Dampfbrems-Klebeband sorgfältig verklebt werden. Am Rand sollten Sie für die Folie einen Überstand von mehreren Zentimetern einplanen, damit Sie diese an den Wänden und Sparren mit einem Dampfbrems-Dichtkleber verkleben können. Achten Sie auch beim Verkleben der Dampfbremsfolie an den Wänden und Sparren auf Sorgfalt, damit keine Luft aus dem beheizten Bereich in die Dämmmaterialien gelangen kann. Gleiches gilt für Rohre, Kabel und Leitungen, für die es spezielle Durchführungen und Manschetten gibt. Schritt 5 – Dämmmaterial verlegen: Mineralwolle können Sie einfach mit einem Cuttermesser oder einem Dämmstoffmesser zurechtschneiden und auf dem Boden auslegen. Stellen Sie sicher, dass die Mineralwollstücke eng beieinanderliegen. Dämmplatten schneiden Sie ebenfalls zurecht und legen diese aus. Schritt 6 – begehbaren Bereich verstärken: Falls Sie Ihren gesamten Dachboden mit Dämmplatten auslegen, können Sie noch zusätzliche OSB- oder Spanplatten darauf verlegen. Auch auf den Revisionsgängen ist das Auslegen von Spanplatten sinnvoll.

Dachluken und Eingangsbereiche sind Schwachstellen in der Dämmung der obersten Geschossdecke und sollten ebenfalls gedämmt werden. Bei einer Tür, die in Richtung Dachboden aufgeht, muss am Boden ein kleiner Bereich für die Türöffnung ausgespart werden, damit sich die Tür weiterhin öffnen lässt. In beiden Fällen sollten die Bauteile abgedichtet werden, um Lüftungswärmeverluste und Zugerscheinungen zu vermeiden.

Wärmeverlust in das Erdreich verhindern: Dämmung der Kellerdecke Wenn Ihr Keller nicht beheizt ist, können Sie durch eine Kellerdeckendämmung die Wärmeverluste aus dem beheizten Bereich in den Keller reduzieren und sparen zwischen 5 und 7 % an Wärme. Sollte die Decke in Ihrem unbeheizten Keller nicht gedämmt sein, können Sie die Maßnahme in wenigen Schritten selbst durchführen. In Abbildung 16.3 ist beispielhaft eine Kellerdeckendämmungen zu sehen.

Abbildung 16.3: Beispielhaft gedämmte Kellerdecke

In Abbildung 16.3 können Sie zudem sehen, dass sich das Anbringen einer Kellerdeckendämmung komplexer gestalten kann, da Sie für Rohre und Leitungen in den Dämmmaterialien möglicherweise passende Bereiche ausschneiden müssen. Teilweise muss die Dämmung auch hinter die Rohre und Leitungen geklebt werden. Planen Sie etwas Zeit und Geduld ein. Für die Dämmung der obersten Geschossdecke benötigen Sie ein paar Werkzeuge und Materialien, die Sie in jedem Baumarkt erhalten: Leiter Besen oder Staubsauger, Reparaturspachtel oder kleinen Spachtel Mörteleimer und Mörtelmasse Bohrmaschine, Quirl und Zahnspachtel Dämmstoffmesser oder Fuchsschwanzsäge Dämmplatten, Klebematerial (Leichtmörtel, mineralischer Kleber oder Klebeschaum) Optional Schleifpapier oder Handschleifer, Mund- und Augenschutz, PU-Schaum, Farbrolle und Farbe Die Dämmung der Kellerdecke erfolgt mit Dämmplatten. In Abbildung 16.4 ist beispielhaft zu sehen, wie die Dämmplatten an einer Kellerdecke angebracht werden.

Abbildung 16.4: Anbringen von Dämmplatten an der Kellerdecke – Quelle: schulzfoto, Stock.Adobe.com

Mit den nachfolgenden Schritten können Sie Ihre Kellerdecke in Eigenregie dämmen. Schritt 1 – Materialauswahl: Für die Dämmung kommen Dämmplatten aus Polystyrol oder Mineralfaserwolle zum Einsatz. Weiterhin müssen Sie einen geeigneten Kleber wählen. Hier kommen mineralischer Kleber, Klebeschaum oder Leichtmörtel zum Einsatz. Schritt 2 – Datenaufnahme und Materialmenge: Ermitteln Sie die Fläche in Ihrem Keller, die gedämmt werden soll. Planen Sie beim Material eine Reserve ein, da es gerade bei Rohren und Leitungen einen geringfügigen Verschnitt gibt. Für die Menge des Klebemittels können Ihnen die Mitarbeitenden im Baumarkt vor Ort weiterhelfen. Schritt 3 – Kellerdecke reinigen und reparieren: Reinigen Sie die Kellerdecke mit einem Besen oder Staubsauger von Spinnenweben und Dreck. Ähnlich wie bei der Dachbodendämmung reicht es besenrein. Kleinere Löcher füllen Sie mit einer Reparaturspachtelmasse aus und lassen diese trocknen. Vor dem Beginn der Dämmarbeiten sollte die Kellerdecke trocken sein. Schritt 4 – Mörtel anrühren: Arbeiten Sie mit einem Leichtmörtel, ist es im vierten Schritt Zeit, diesen anzurühren. Werfen Sie dazu einen Blick in die Mischanleitung. Für das Verrühren können Sie einen Quirl auf eine Bohrmaschine setzen, damit das

Mischen einfacher geht. Schritt 5 – Dämmmaterial vorbereiten: Schneiden Sie die Dämmplatten auf die richtige Größe zu. Dazu können Sie ein Dämmstoffmesser oder eine Fuchsschwanzsäge verwenden. Anschließend tragen Sie den Mörtel mit einem Zahnspachtel auf die gesamte Fläche der klebenden Seite auf. Schritt 6 – Dämmmaterial anbringen: Drücken Sie die Dämmplatten leicht an die Decke. Wichtig ist, dass Sie die Dämmplatten versetzt anbringen und Kreuzfugen vermeiden. Bei einigen Kellerdecken müssen die Dämmplatten zusätzlich verdübelt werden. Für weitere Informationen können Ihnen die Mitarbeitenden im Baumarkt weiterhelfen. Schritt 7 – Restarbeiten: Nachdem die Dämmplatten angebracht sind, füllen Sie die Fugen und mögliche Lücken mit Bauschaum aus und entfernen den überschüssigen festen Schaum. Falls Sie es noch schöner haben wollen, können Sie nun die Kellerdecke in Ihrer Lieblingsfarbe streichen.

Dämmung der Dachdrempel Der Dachdrempel eines Daches wird auch Kniestock genannt und wurde in ausgebauten Dachböden in Altbauten oft vernachlässigt. Die Dämmung des Dachdrempels ist daher eine hervorragende und preisgünstige Dämmmaßnahme. In Abbildung 16.5 ist der Eingang zu einem Dachdrempel zu sehen. Für die Dämmung von Dachdrempeln kommen verschiedene Möglichkeiten zum Einsatz: Boden des Dachdrempels dämmen: Wenn Sie in den Dachdrempel kriechen oder ihn gar begehen können, erfolgt die Dämmung ähnlich wie bei der Dämmung der obersten Geschossdecke. Gegebenenfalls können Sie diese in Eigenregie durchführen. Einblasdämmung: Wenn Sie den Dachdrempel nicht begehen oder bekriechen können, ist die Einblasdämmung mit Perlite-Kügelchen, Zellulose oder Mineralfaserwolle die einfachste Art, den Dachdrempel zu dämmen. Für die Umsetzung sollten Sie eine Fachfirma hinzuziehen. In Abbildung 16.6 ist der Ablauf beispielhaft dargestellt. Mit einem Schlauch werden die Dämmmaterialien über einen Zugang zum Drempel von der Fachfirma in den Hohlraum geblasen.

Abbildung 16.5: Eingang zu einem Dachdrempel – Quelle: AVTG, Stock.Adobe.com

Abbildung 16.6: Dämmung über Einblasdämmung in einen Dachdrempel – Quelle oberes Bild: Ingo Bartussek, Stock.Adobe.com

Wenn Sie eine Fachfirma für die Einblasdämmung hinzuziehen, kann diese bewerten, ob eine zusätzliche Dampfbremsfolie im Dachdrempel notwendig ist. Oft kann diese wegfallen, da es besonders in Altbauten eine ausreichende Luftzirkulation in diesen Bereichen gibt.

Fenster und Türen optimieren Durch undichte, alte und schlecht eingestellte Fenster und Türen geht aufgrund eines erhöhten Luftaustausches Wärme verloren. Dies können Sie mit einfachen Mitteln verhindern und Energie sparen. Undichte Stellen können entweder unmittelbar durch Zugerscheinungen wahrgenommen werden oder müssen identifiziert werden. Dies können

Sie mit einer Kerze oder einem Räucherstäbchen machen. Gehen Sie damit an Fenstern und Türen entlang. An der Rauch- und Flammenbewegung erkennen Sie die undichten Stellen. Fensterdichtung: Gerade bei älteren Fenstern kann die Fensterdichtung porös sein und nicht mehr richtig abdichten. Überprüfen Sie daher alle Fenster, und erneuern Sie gegebenenfalls die Fensterdichtung. Passende Materialien finden Sie im Baumarkt. Dichtungslippen einfräsen lassen: In denkmalgeschützten Gebäuden ist ein Fenstertausch nur selten oder nur unter bestimmten Auflagen möglich. Dennoch können Sie auch hier Energiesparmaßnahmen vornehmen. An den Rändern von Fenstern und Türen können Sie von einer Fachfirma Dichtungslippen einfräsen lassen. Dadurch wird ebenfalls der Luftaustausch reduziert. Tipp für einfach verglaste Fenster: Wenn es möglich ist, sollten einfach verglaste Fenster getauscht werden. Sollte dies aufgrund des Denkmalschutzes nicht möglich sein, besteht die Möglichkeit, eine Vorsatzverglasung im Innenbereich von einer Fachfirma installieren zu lassen. Türspalt zum Boden: Der Spalt zwischen Boden und Tür kann mehrere Zentimeter hoch sein. Diesen können Sie mit einer Bürstendichtung oder einem Zugluftstopper abdichten. Bürstendichtungen und Zugluftstopper gibt es im Baumarkt zu kaufen. Türschlösser von Zimmertüren: In Altbauten sind bei Zimmertüren öfter Schlösser mit Bartschlüssel verbaut. Durch die Schlüssellöcher gibt es stärkere Zugerscheinungen. Wenn Sie die Zimmertüren in Ihrer Wohnung nicht abschließen, dichten Sie diese mit Papier, Watte oder Kork ab. Achten Sie darauf, dass Sie das Material schnell wieder herausbekommen, falls Sie doch abschließen möchten. Fenster richtig einstellen: Schließt sich das Fenster nicht richtig oder nur schwer und es zieht ständig, können Sie die Einstellung des Fensters überprüfen. Über das Eckund Scherenlager eines Fensters können Sie dieses mit einer Zange selbst richtig einstellen. Dafür gibt es verschiedene Videoanleitungen im Internet.

Im Sommer einen kühlen Kopf bewahren Die Sommer werden wärmer, und in Hitzeperioden ist es nicht immer einfach, einen kühlen Kopf zu bewahren. Die erste Reaktion könnte sein, sich eine Klimaanlage zuzulegen oder installieren zu lassen. Aufgrund ihrer hohen Leistungsaufnahme benötigen mobile Monoblockgeräte und Split-Klimaanlagen (siehe Kapitel 6 im Abschnitt »Direkte Kühlung: Wärmeabtransport vor Ort«) jedoch eine Menge Energie, sodass ein Blick auf Maßnahmen ohne diese Geräte lohnend ist. In Neubauten können Sie den Kühlbedarf schon im Vorfeld mit einer guten

Planung niedrig halten. Mehr Informationen dazu finden Sie in Kapitel 4 im Abschnitt »Sommerlicher Wärmeschutz«.

Das Aufheizen des Gebäudes vermeiden Ohne Klimageräte gibt es verschiedene Möglichkeiten, das schnelle Aufheizen von Gebäuden und Wohnräumen zu vermeiden. Die Maßnahmen sind keineswegs so stark wie mit einem Klimagerät, können jedoch Ihren Geldbeutel entlasten und die Laufzeit von Klimageräten reduzieren. Nachtlüftung: Nutzen Sie im Sommer die kühleren Nachtstunden für das Lüften. Sind alle Fenster geöffnet, können Ihre Räume abkühlen. Verschattung: Verschatten Sie Fenster mit Südausrichtung, um die Sonneneinstrahlung in das Gebäude zu reduzieren. Verdunklungsrollos im Inneren leisten einen guten Beitrag. Noch besser sind außen liegende Sonnenschutzrollos. Tagsüber Fenster zu: Schließen Sie besonders an heißen Tagen tagsüber Ihre Fenster, damit so wenig warme Außenluft wie möglich in das Gebäude eindringen kann. Lüften Sie dafür ausreichend in den Morgen- und Abendstunden. Für einen angenehmen Luftzug kann Ihnen ein Ventilator helfen. Ventilator und ein feuchtes Bettlaken: In Kapitel 8 im Abschnitt »Das h,xDiagramm nach Mollier – ein geniales Werkzeug« ist beschrieben, dass sich Raumluft bei ansteigender absoluter Luftfeuchte abkühlt. Dieser Vorgang wird adiabate Kühlung genannt und in Lüftungsanlagen genutzt. Nutzen Sie die adiabate Kühlung ebenfalls für die Kühlung einzelner Räume. Dazu benötigen Sie nur einen Ventilator und ein feuchtes Bettlaken. Hängen Sie das feuchte Bettlaken in dem zu kühlenden Raum auf, und stellen Sie den Ventilator davor. Die Verdunstung des Wassers im Bettlaken wird durch den erhöhten Luftstrom des Ventilators beschleunigt. Die Raumluft nimmt das Wasser auf und kühlt sich ab. Achten mit einem Hygrometer (Messgerät zur Bestimmung der relativen Luftfeuchte) darauf, dass die relative Luftfeuchte im Raum nicht über 60 % ansteigt. Über das nächtliche und morgendliche Lüften wird die feuchte Luft wieder an die Umwelt abgegeben. Elektrogeräte abschalten: Elektrogeräte erzeugen Wärme, was gerade im Sommer unangenehm werden kann. Schalten Sie daher nicht genutzte Elektrogeräte aus, wenn sie nicht gebraucht werden.

Wenn eine Klimaanlage notwendig ist Wenn all diese Tipps nicht helfen, kann eine Klimaanlage notwendig sein. Gerade in Dachgeschosswohnungen von Altbauten, im Homeoffice oder bei Menschen mit gesundheitlichen Problemen können hohe Temperaturen belastend für den Körper sein. In diesen Fällen sind mobile Monoblock-Klimageräte oder fest installierte SplitKlimaanlagen sehr beliebt. Dafür gibt es folgende Tipps:

Split-Klimaanlage einbauen lassen: Split-Klimageräte sind wesentlich effizienter als Monoblock-Geräte, müssen allerdings fest installiert werden und sind teurer. Aufgrund der höheren Energieeffizienz lohnt sich jedoch die Investition. Den Einbau einer Split-Klimaanlage sollten Sie in jedem Fall von einer Fachfirma durchführen lassen. Monoblock-Klimagerät zur Zweischlauch-Klimaanlage umbauen: MonoblockKlimageräte gibt es meist nur als Einschlauch-Variante zu kaufen. Sie können eine erworbene Einschlauch-Klimaanlage jedoch einfach in eine ZweischlauchKlimaanlage umbauen. Dadurch kühlt diese besser und läuft effizienter. Eine passende Anleitung finden Sie im nachfolgenden Abschnitt. Klimatisierungszeitraum: Befolgen Sie die bereits genannten Tipps für die natürliche Kühlung zur Unterstützung der Klimaanlage. Damit die Temperaturen ganztägig niedriger bleiben als die Außentemperaturen, kann es für eine erfolgreiche Kühlung notwendig sein, dass Sie die Klimaanlage zwischen sechs und acht Stunden am Tag betreiben müssen. Dies hat jedoch einen hohen Energiebedarf zur Folge, und Sie müssen Kosten und Nutzen abwägen.

In Kombination mit einer Photovoltaikanlage oder einem Stecker-Solargerät (Balkonkraftwerk, siehe Kapitel 17) können Sie den Energiebedarf Ihrer Klimaanlage deutlich senken. Denn gerade im Sommer, wenn Sie den Strom für die Klimaanlage benötigen, ist der Ertrag von Photovoltaikanlagen und SteckerSolargeräten am größten.

Umbauanleitung für eine Zweischlauch-Klimaanlage Warum eine Zweischlauchanlage besser funktioniert als eine Einschlauchanlage, finden Sie in Kapitel 6 im Abschnitt »Direkte Kühlung: Kälteproduktion vor Ort« erklärt. Für den Umbau zu einer Zweischlauch-Klimaanlage benötigen Sie nur wenige Materialien: Einen alten Schuhkarton (oder etwas Ähnliches) Eine Schere Eine Rolle Paketklebeband Einen Verbinder für das Lüftungsrohr Ein Lüftungsrohr (Flexschlauch) mit Verbindungsschellen Bevor Sie mit dem Umbau anfangen, finden Sie heraus, wo sich das Zuluftgitter für den Verflüssiger an Ihrer Anlage befindet. Dieses befindet sich meist auf der Rückseite im unteren Bereich des Gerätes. Schritt 1: Schneiden Sie den Karton für das Zuluftgitter zurecht. Der Karton soll den

gesamten Bereich des Zuluftgitters abdecken. Anschließend schneiden Sie ein Loch mit der Größe des Lüftungsrohrverbinders in den Karton. Dazu können Sie den Lüftungsrohrverbinder als Schablone nutzen. Danach setzen Sie den Lüftungsrohrverbinder in das Loch ein und befestigen ihn mit Paketklebeband am Karton, wie in Abbildung 16.7 zu sehen ist. Achten Sie darauf, dass zwischen Einzugsgitter und Schlauchmanschette ein ausreichender Abstand herrscht, da der Verflüssiger ansonsten an nur einer Stelle ungünstig angeströmt werden könnte. Dies variiert je nach Modell.

Abbildung 16.7: Erster Schritt zum Umbau einer Zweischlauchanlage

Schritt 2: Im zweiten Schritt befestigen Sie den zurechtgeschnittenen Schuhkarton mit Paketklebeband an der Monoblock-Klimaanlage. Stellen Sie hier sicher, dass der Karton das gesamte Einzugsgitter für den Verflüssiger abdeckt, sowie Sie es in Abbildung 16.8 sehen können. Damit ist der eigentliche Umbau der Zweischlauchanlage abgeschlossen.

Abbildung 16.8: Befestigung des Kartons an der Klimaanlage

Schritt 3: Im letzten Schritt befestigen Sie die Lüftungsschläuche an den Lufteintrittsund Luftaustrittsbereichen der Anlage. Anschließend könne Sie die Schläuche aus Ihrem Fenster hängen, wie in Abbildung 16.9 zu sehen ist. Denken Sie daran, eine Fensterabdichtung an Ihrem Fenster anzubringen.

Abbildung 16.9: Die Schläuche sind an der umgebauten Monoblock-Klimaanlage montiert

Eine Fensterabdichtung für mobile Klimageräte ist fast nie im Lieferumfang enthalten und muss separat gekauft werden. Diese ist zwingend erforderlich, da sie das Einströmen von warmer Außenluft in den klimatisierten Innenraum stark reduziert. Denn einzig über die zwei Schläuche soll Luft transportiert werden. Über einen Schlauch geht die warme Außenluft über den Verflüssiger, und über den

zweiten Schlauch wird die höher temperierte Luft vom Klimagerät über den Abluftschlauch nach außen geleitet, wie in Abbildung 16.10 zu sehen ist.

Abbildung 16.10: Fensterabdichtung für mobile Klimaanlagen

Stromsparen im Haushalt Fast alle Geräte in Ihrem Haushalt benötigen elektrische Energie. Wie viel Energie Sie dafür brauchen, erfahren Sie aus Ihrer Stromrechnung (mehr dazu in Kapitel 15). Zur Senkung Ihrer Stromkosten, finden Sie hier ein paar Tipps. Smart-Home-Geräte sollen Ihren Alltag erleichtern, können beim Energiesparen unterstützen und werden künftig immer öfter in Gebäuden anzufinden sein. In Kapitel 11 finden Sie die Grundlagen zum Smart Home erklärt, ein paar Anwendungsbeispiele sowie die aktuelle Problematik mit Smart-Home-Systemen. Stand-by-Verluste vermeiden: Viele Geräte wie Fernseher, Hi-Fi-Anlagen, Drucker und Spielekonsolen verbrauchen auch dann Strom, wenn sie nicht eingeschaltet sind. Es handelt sich dabei um die Stand-by-Funktion (Stand-by-Betrieb oder Stand-byModus), die einen schnelleren Start der Geräte gewährleisten soll. Auch wenn die Stand-by-Funktion nur wenig Energie benötigt, macht sie sich auf Ihrer

Stromrechnung bemerkbar. Nutzen Sie daher abschaltbare Steckerleisten, und schalten Sie die Geräte ab, wenn sie nicht genutzt werden. Dies geht auch mit smarten Steckdosen, die per App und Sprachsteuerung gesteuert werden können (mehr Informationen zum Smart Home finden Sie in Kapitel 11). Kühlschrank optimieren: Der Kühlschrank ist einer der größten Verbraucher in einem Haushalt, da er permanent in Betrieb ist, um Ihre Lebensmittel zu kühlen. Gerade deshalb gibt es hier ein großes Einsparpotenzial: Ist Ihr Kühlschrank älter als 15 Jahre, wird es Zeit, ihn gegen ein neues und effizienteres Gerät zu tauschen, denn Altgeräte verbrauchen wesentlich mehr Energie als neue. Stellen Sie die Temperatur im Kühlschrank auf 6 bis 7 °C und im Gefrierschrank auf −18 °C. Diese Temperaturen sind ausreichend und sorgen für einen effizienten Betrieb. Lassen Sie die Tür des Kühlschrankes nicht zu lange offen, damit nicht unnötig viel warme Luft hineingelangt. Wenn Sie gekocht haben und die Überreste im Kühlschrank aufbewahren wollen, lassen Sie diese zunächst auf Raumtemperatur abkühlen, bevor Sie sie in den Kühlschrank stellen. Tauen Sie Ihren Kühlschrank regelmäßig ab. Rücken Sie den Kühlschrank ausreichend von der Wand ab, damit die Abwärme gut übertragen werden kann. Ein voller Kühlschrank und ein volles Eisfach sind effizienter, da beim Öffnen weniger Luft ausgetauscht wird. Spülmaschine: Räumen Sie Ihre Spülmaschine möglichst voll- und nutzen Sie das Eco-Programm. Auch wenn es sich paradox anhört und Eco-Programme wesentlich länger laufen als Kurzprogramme, benötigen Kurzprogramme doch wesentlich mehr Energie. Mit dem Eco-Programm sparen Sie daher Wasser und Energie. Beleuchtung: Tauschen Sie alte Glüh- und Halogenlampen gegen effiziente LEDLampen aus. Diese benötigen nur einen Bruchteil der elektrischen Energie alter Leuchtmittel. In Kapitel 10 im Abschnitt »Auswahlkriterien für den Lampenkauf« finden Sie die wichtigsten Auswahlkriterien zur Lampenwahl zusammengefasst. Sollten Steh- und Tischlampen eigene Netzteile haben, nutzen Sie auch hier eine abschaltbare Steckerleiste, um Stand-by-Verluste zu vermeiden. Tipps fürs Wäschewaschen: Nutzen Sie den Eco-Modus Ihrer Waschmaschine, und waschen Sie überwiegend mit niedrigen Temperaturen zwischen 30 und 40 °C. Diese Temperaturen sind bei normal verschmutzter Kleidung vollkommen ausreichend. Zu den größten Stromfressern gehören Wäschetrockner. Hängen Sie die Wäsche stattdessen auf, und lassen Sie diese an der Luft trocknen. Es dauert zwar länger,

macht sich aber im Geldbeutel bemerkbar. Früher war es auch üblich, Wäsche im Winter draußen zum Trocknen aufzuhängen. Entscheidend sind eine geringe relative Luftfeuchtigkeit und etwas Wind. Unter diesen Bedingungen kann Wäsche sogar bei Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt trocknen. Backofen und Herd: Auch beim Kochen und Backen können Sie durch ein paar kleine Tricks Energie sparen: Nutzen Sie einen Deckel, wenn Sie Speisen zubereiten. Dadurch geht weniger Wärme an die Umgebung verloren. Wenn Sie Speisen kochen, schalten Sie den Herd auf eine niedrigere Stufe. Das Wasser kocht auch bei niedrigen Stufen weiter und benötigt weniger Energie. Pasta passiv kochen: Werfen Sie Ihre Pasta in einen Topf mit kochendem Wasser, legen Sie den Deckel drauf, und schalten Sie danach den Herd aus. Die Pasta gart dann im Topf weiter. Es dauert zwar etwas länger, spart aber Energie. Wenn Sie viel Wasser für das Kochen benötigen, können Sie es im Wasserkocher vorkochen und anschließend in den Kochtopf umfüllen. Dies geht schneller und spart Energie. Nutzen Sie allgemein nur so viel Wasser wie unbedingt notwendig. Kochen Sie mit einem Dampfkochtopf, denn bei der richtigen Verwendung können Sie ebenfalls Energie sparen. Entscheidend ist der Druckaufbau, den Sie beim Kochen auf hoher Stufe erreichen. Sobald Druck in angemessenem Maße vorhanden ist, können Sie auf niedriger Stufe weiterkochen und so Energie sparen, da weniger Leistung und Zeit benötigt werden. Nutzen Sie die Umluftfunktion in Ihrem Backofen, da bei dieser mit niedrigeren Temperaturen gebacken werden kann. Damit sparen Sie bis zu 20 % gegenüber der Ober- und Unterhitze. Versuchen Sie, Backvorgänge für mehrere Gerichte zu kombinieren. Dadurch sparen Sie sich das mehrfache Aufheizen des Ofens. WLAN nachts ausschalten: Die WLAN Funktion in einem Router benötigt zusätzliche Energie, sodass Sie beim Ausschalten des WLANs Energie sparen. In fast jedem Router können Sie das WLAN nachts per Zeitschaltung deaktivieren, zum Beispiel zwischen 23:00 und 7:00 Uhr. PC und Laptop ausschalten: Schalten Sie PC und Laptop aus, wenn diese länger als 20 Minuten nicht genutzt werden. Passen Sie zudem den Energiesparmodus in den Einstellungen Ihrer Geräte an. Anschaffung neuer Geräte: Achten Sie bei neuen Geräten auf eine gute Energieeffizienzklasse. Hier besteht allerdings auch eine Falle: Sind die neuen Geräte größer als die alten, können diese selbst bei einer guten Energieeffizienzklasse mehr

Energie verbrauchen als die alten.

Beachten Sie, dass einige der vorgestellten Maßnahmen wirkungsvoller sind als andere. Ein Beispiel: LED-Lampen sparen Energie, wenn Sie jedoch einen veralteten, zu kalt eingestellten Kühlschrank betreiben, kann dessen Energieverbrauch deutlich größer sein. So könnte der alte Kühlschrank mehr Energie verbrauchen als ein ganzjährig künstlich beleuchtetes Zuhause mit LED-Lampen. Es ist daher entscheidend, die effektivsten Maßnahmen zu priorisieren. Neben der Stromeinsparung können Sie sich auch überlegen, welche elektrischen Geräte Sie wirklich benötigen. Viele elektrische Geräte werden nur selten genutzt. Hinterfragen Sie daher, ob Sie sich alle elektrischen Geräte zulegen müssen oder ob Sie diese auch ausleihen oder mieten können. So sparen Sie nicht nur Geld, sondern auch Platz.

Räume richtig lüften Wenn in Ihrem Gebäude keine Lüftungsanlage verbaut ist, müssen Sie über die Fensterlüftung regelmäßig frische Luft in das Gebäude bringen. Dadurch erhöhen Sie nicht nur Ihr Wohlbefinden, sondern beugen auch Problemen vor. Luftfeuchtigkeit: Wie in Kapitel 2 im Abschnitt »Luftfeuchte« beschrieben wurde, liegt eine angenehme Luftfeuchtigkeit zwischen 40 und 60 %. Versuchen Sie, diese einzuhalten. Ist die Luftfeuchte zu hoch, besteht Schimmelrisiko, ist sie zu gering, kann es zu Haut- und Schleimhautreizungen kommen. Durch regelmäßiges Lüften können Sie die Luftfeuchtigkeit regulieren. Ein Hygrometer misst die Luftfeuchtigkeit in einem Raum und ist in vielen smarten Raumthermostaten bereits enthalten. Schadstoffe und Gerüche: Durch regelmäßiges Lüften halten Sie die CO2Konzentration und Ausdünstungen niedrig. Zudem werden Sie dadurch lästige Gerüche los. Wenn Sie lüften, sollten Sie die Kipplüftung (Dauerlüftung) unbedingt vermeiden (siehe Kapitel 8 im Abschnitt »Fensterlüftung«). Mit der Stoßlüftung erzielen Sie die besten Ergebnisse. Dabei hängt die Dauer der Lüftung auch mit den Außentemperaturen zusammen. So erfolgt der Luftaustausch bei kalten Temperaturen schneller als bei warmen. In den kalten Monaten können Sie die Fenster in einem Raum für ca. fünf Minuten öffnen und erreichen in der Regel einen kompletten Luftaustausch. Wiederholen Sie dies wenn möglich zwei- bis dreimal täglich.

Falls Sie keine smarten Thermostate mit Fensterkontakten besitzen, drehen Sie die Thermostate während des Lüftens manuell herunter, damit Sie nicht unnötig Heizenergie verschwenden.

Das eigene Nutzerverhalten beobachten Sie kennen nun viele Energiespartipps und sind bereit, Energie zu sparen. Der letzte Tipp ist vielleicht der wichtigste Energiespartipp in diesem Buch und hat viel mit Ihnen selbst zu tun. Das größte Energieeinsparpotenzial liegt im eigenen Nutzerverhalten. Berücksichtigen Sie daher die folgenden Punkte, und versuchen Sie, daraus Gewohnheiten zu entwickeln. Dann wird Ihnen das Energiesparen ins Blut übergehen, und Sie werden Einsparpotenziale in Bereichen entdecken, die Ihnen vorher nicht bewusst waren. Halten Sie Ihre Raumtemperaturen auch im Heizmodus niedrig. Vielleicht können Sie sich sogar mit 19 °C Raumtemperatur und einem zusätzlichen Pullover anfreunden. Ihr Geldbeutel wird sich freuen. Falls Sie keine elektronischen Thermostate haben, drehen Sie diese in der Nacht auf 16 °C herunter. Auch wenn Sie in den Urlaub fahren, sollten Sie die Thermostate auf 16 °C stellen, um Energie zu sparen. Hinterlegen Sie eine Nachtabsenkung in Ihrer Heizungsanlage, wenn dies möglich und sinnvoll ist (siehe Kapitel 13 im Abschnitt »Eine Nachtabsenkung kann sich lohnen«). Machen Sie Ihre Energiesparerfolge sichtbar, indem Sie die Verbrauchswerte monatlich auslesen und bewerten. Vermeiden Sie das Zustellen von Heizkörpern mit Möbeln und Vorhängen. Wenn Heizkörper freistehen, kann sich die Wärme besser im Raum verteilen. Schließen Sie Türen zu Räumen, die tagsüber nicht beheizt werden und in denen dauerhaft abgesenkte Temperaturen herrschen (zum Beispiel Schlafzimmer). Schalten Sie das Licht in nicht genutzten Bereichen konsequent aus. Schalten Sie Steckerleisten aus, wenn die daran hängenden Geräte wie Fernseher, Spielekonsolen und Drucker nicht genutzt werden. Lüften Sie konsequent durch Stoßlüftung, und vermeiden Sie die Kipplüftung. Wenn Sie diese Tipps einhalten, erlernen Sie ein umweltfreundliches Nutzerverhalten und können Ressourcen und Energie sparen. Das Einsparpotenzial eines angepassten Nutzerverhaltens liegt bei bis zu 10 %, und das wollen Sie sich mit Sicherheit nicht entgehen lassen.

Kapitel 17

Tipps für die eigene Mini-Solaranlage IN DIESEM KAPITEL Werden verschiedene Typen von Mini-Solaranlagen vorgestellt. Erfahren Sie die Funktionsweise von Balkonkraftwerken und erhalten eine Checkliste für den Kauf. Erfahren Sie, wie eine Insel-Solaranlage aufgebaut ist und wie Sie die Komponenten anhand einer Beispielrechnung ausgelegen können. Erfahren Sie, wie mobile Solaranlagen funktionieren und welche Vor- und Nachteile es gibt.

Wenn Sie sich für Photovoltaik interessieren, zur Miete wohnen, einen Balkon oder eine Terrasse besitzen, das Wochenende in Ihrer Gartenlaube verbringen oder mit dem Camper-Van unterwegs sind, gibt es gute Nachrichten: Mit sogenannten MiniSolaranlagen können Sie ohne viel bürokratischen Aufwand Ihren eigenen Sonnenstrom erzeugen, zur Energiewende beitragen, Geld sparen und etwas unabhängiger vom Stromnetz werden. In diesem Kapitel erfahren Sie den Unterschied zwischen Balkonkraftwerken, kleinen, fest installierten Inselanlagen und mobilen Solaranlagen, wie diese aufgebaut sind, welche Bauteile Sie benötigen und was es zu beachten gibt. Das Wort »Solaranlage« ist ein Überbegriff für Anlagen, die Sonnenenergie nutzen und in eine andere Energieform umwandeln. Dies kann durch die Umwandlung von Sonnenergie in elektrischen Strom mit Hilfe von Photovoltaik oder in Wärme durch Solarthermie geschehen. Für kleinere Photovoltaikanlagen hat sich dennoch der Begriff Mini-Solaranlage etabliert. Der Begriff Mini-PV-Anlage findet ebenfalls Anwendung. Bei Mini-Solaranlagen handelt es sich daher in der Regel um Photovoltaikanlagen. Wie Photovoltaikanlagen funktionieren und welche Möglichkeiten Sie mit größeren Anlagen haben, erfahren Sie in Kapitel 9 im Abschnitt »Photovoltaik: Sonnenenergie frei Haus«.

Mini-Solaranlagen und der Unterschied zu großen Photovoltaikanlagen Eine genaue Definition für Mini-Solaranlagen gibt es nicht. Sie unterscheiden sich von großen Photovoltaikanlagen jedoch dahin gehend, dass sie eine niedrigere Leistung haben, vergleichbar einfach zu installieren sind, weniger kosten und mit nur wenig oder keinem bürokratischem Aufwand in Betrieb genommen werden können. Nachfolgend finden Sie ein paar typische Eigenschaften von Mini-Solaranlagen: Die Leistung der Wechselrichter liegt zwischen 250 und 3.000 W. Die Leistung der Photovoltaikmodule liegt zwischen 80 und 1.200 W. Die Fläche der Photovoltaikmodule beträgt 1 bis 10 m2. Die Ladung der Batterie beträgt ungefähr 50 bis 500 Ah. Mini-Solaranlagen sind einfacher zu installieren. Balkonkraftwerke und mobile Anlagen lassen sich über einfaches Zusammenstecken der Komponenten installieren. Die Aufgabe einer Mini-Solaranlage ist es nicht, das gesamte Gebäude mit Strom zu versorgen, sondern lediglich dabei zu unterstützen. Inselanlagen können beispielsweise in Tiny Houses und Gartenlauben den Autarkiegrad steigern oder komplett decken. Mit mobilen Anlagen können Sie Ihre elektrischen Geräte sogar unterwegs autark betreiben. Unterschieden werden Mini-Solaranlagen in die folgenden drei Typen: Balkonkraftwerk (Stecker-Solargerät): fest installierte Mini-Solaranlage für die direkte Einspeisung (begrenzt auf 600 W), in der Regel ohne Batteriespeicher. Insel-Solaranlage: fest installierte Mini-Solaranlage ohne Einspeisung, jedoch mit Batteriespeicher. Mobile Solaranlage: mobile Mini-Solaranlage als tragbares und kompaktes Komplettset mit Batteriespeicher, jedoch ohne Einspeisung. Nachfolgend werden die verschiedenen Typen von Mini-Solaranlagen vorgestellt.

Balkonkraftwerk: Das Stecker-Solargerät Wenn Sie zur Miete wohnen und einen Balkon oder eine Terrasse besitzen, welche idealerweise nach Süden ausgerichtet ist, kann das Balkonkraftwerk ein hervorragender Einstieg in die Welt der Photovoltaik sein. Bei einem Balkonkraftwerk handelt es sich um ein sogenanntes Stecker-Solargerät.

Bei einem Stecker-Solargerät wird ein Photovoltaikmodul am Balkon befestigt oder auf einer Terrasse aufgestellt (siehe Abbildung 17.1) und mit einem Wechselrichter verbunden. Vom Wechselrichter ausgehend, verbinden Sie das Gerät über ein Anschlusskabel mit einer Steckdose – fertig ist der Aufbau.

Abbildung 17.1: Funktion Stecker-Solargerät – Quelle rechts oben: Robert Poorten, Stock.Adobe.com, Quelle rechts unten: PixelboxStockFootage, Stock.Adobe.com

Sie können nun Ihren Haushalt mit Sonnenstrom unterstützen und reduzieren Ihre Stromrechnung. Dafür benötigen Sie keine zusätzlichen Stromzähler, Verträge oder lange Genehmigungszeiten. Strom ist »faul« und sucht sich immer den kürzesten Weg. Da Ihr SteckerSolargerät näher an Ihren Haushaltgeräten ist als das Kraftwerk um die Ecke, wird der Strom aus dem Solargerät bevorzugt in Ihrem Gebäude genutzt. Da ein Balkonkraftwerk nicht den gesamten Strombedarf Ihrer Wohnung decken kann, wird der restliche Strom weiterhin aus dem Stromnetz bezogen, es ist jedoch weniger. Sollten Sie mit Ihrem Balkonkraftwerk zu viel Strom produzieren, fließt dieser in das öffentliche Stromnetz, Sie erhalten dafür jedoch keine Vergütung. Die Ausgangsleistung des Wechselrichters darf in Deutschland allerdings 600 W nicht überschreiten (Stand: Mai 2023). Es wird jedoch darüber diskutiert, die Grenze auf 800 W zu erhöhen. Die Leistung, die Sie aus Ihrem Balkonkraftwerk beziehen können, ist damit auf 600 W begrenzt. Ein Komplettset für Stecker-Solargeräte besteht meist aus drei bis vier Komponenten: Solarmodule mit Halterung

Wechselrichter Anschlusskabel für die Steckdose Optional: ein Energiemessgerät für die Steckdose

Für die Stecker kommen handelsübliche Schuko-Stecker (Schuko steht für »Schutzkontakt«) oder Wieland-Stecker zum Einsatz. Den Schuko-Stecker können Sie in eine normale Haushaltssteckdose stecken. Für den Wieland-Stecker muss Ihnen ein Elektrofachbetrieb eine entsprechende Einspeisesteckdose setzen, oder Sie nutzen ein Adapterkabel. Je nach Standort und Ausrichtung des Balkons können Sie im Optimalfall mit einem 600W-Stecker-Solargerät ungefähr 550 kWh elektrische Energie im Jahr erzeugen (siehe Tabelle 17.1) Das entspricht einem Drittel des durchschnittlichen elektrischen Jahresbedarfs für einen Singlehaushalt. Das ist gar nicht schlecht! Allerdings kann dieser Ertrag nur genutzt werden, wenn im Gebäude gleichzeitig mit der Stromerzeugung des Balkonkraftwerks Strom verbraucht wird. Ausgangsleistung Wechselrichter Elektrische Energie pro Jahr 300–315 W

250–290 kWh/a

600 W

500–570 kWh/a

Tabelle 17.1: Ungefährer Ertrag für Stecker-Solargeräte

Sie brauchen keine Angst haben, dass Sie am Schuko-Stecker des SteckerSolargeräts einen elektrischen Schlag bekommen. Der Wechselrichter benötigt für den Stromtransport eine Netzfrequenz und eine Netzspannung. Bevor Sie den Stecker der Solaranlage in die Steckdose stecken, kann daher kein Strom fließen. Wenn Sie den Stecker wieder aus der Steckdose ziehen, schaltet sich der Wechselrichter innerhalb von Millisekunden ab.

Checkliste und Tipps für das Balkonkraftwerk Wenn Sie sich ein Balkonkraftwerk zulegen wollen, hilft Ihnen die nachfolgende Checkliste mit wichtigen Tipps. Informieren Sie sich als Erstes über mögliche Förderprogramme in Ihrer Region und Fördermittel für Photovoltaik und Stecker-Solargeräte (Balkonkraftwerke). Dann können Sie einen möglichen Zuschuss beantragen. Vergleichen Sie Preise. Es gibt viele Komplettpakete, die überteuert angeboten

werden. Mit dem Kauf der einzelnen Komponenten und etwas Planung können Sie bares Geld sparen. Wenn Sie zur Miete wohnen, sollten die Vermietenden und Eigentümergemeinschaften der Befestigung an der Brüstung von Balkon oder Terrasse zustimmen. Das Aufstellen eines Stecker-Solargeräts auf Balkon oder Terrasse bedarf hingegen keiner Zustimmung. Die Ausgangsleistung des Wechselrichters darf in Deutschland nicht höher als 600 W sein. Der Wechselrichter muss eine Konformitätserklärung enthalten, dass er als Erzeugungsanlage am Niederspannungsnetz betrieben werden darf. Vermeiden Sie für die Solarmodule ungeeignete Montageorte, wie verschattete Bereiche, eine Platz direkt hinter der Balkonbrüstung oder die Ausrichtung nach Norden. Ein sonniger Platz mit Südausrichtung ohne Verschattung ist am besten geeignet. Die Steckdose, an die das Balkonkraftwerk angeschlossen ist, sollte nur für das Stecker-Solargerät verwendet werden. Schließen Sie keine weiteren Geräte an die Steckdose an, auch keinen Mehrfachstecker. Melden Sie Ihr Balkonkraftwerk beim Netzbetreiber und bei der Bundesnetzagentur im Marktstammdatenregister an. Auf deren Webseiten gibt es dafür vereinfachte Formulare, die Sie selbst ausfüllen können. Damit informieren Sie den Netzbetreiber und die Bundesnetzagentur über die Nutzung eines Balkonkraftwerkes.

Wenn Sie noch einen alten Ferraris-Zähler besitzen (mehr dazu in Kapitel 9 im Abschnitt »Überblick über die verschiedenen Arten von Stromzählern«), kann es sein, dass der Netzbetreiber diesen Zähler ausbauen und gegen einen neuen digitalen Zähler tauschen möchte. Hierfür fallen jedoch keine Kosten für Sie an. Grund für den Tausch ist, dass ein Ferraris-Zähler beim Einspeisen in das Netz rückwärtsläuft, was verboten ist und was der Netzbetreiber verhindern möchte. Digitale Zähler sind gegen einen Rücklauf gesperrt.

Insel-Solaranlage: Autarkie für die Gartenlaube Wenn Sie Ihre Wochenenden gerne in der Gartenlaube oder auf dem Zeltplatz verbringen, ist eine Insel-Solaranlage der perfekte Einstieg in die Photovoltaik. Mit einer Inselanlage produzieren Sie elektrische Energie und speichern diese in einer oder mehreren kleineren

Batterien. Wenn Sie Strom benötigen, entnehmen Sie ihn diesen der Batterien und können Haushaltsgeräte oder elektrisch betriebene Werkzeuge nutzen. In Abbildung 17.2 ist der beispielhafte Aufbau einer Insel-Solaranlage dargestellt.

Abbildung 17.2: Mini-Solaranlage im Inselbetrieb – Quelle Bild rechts: Robert Poorten, Stock.Adobe.com

Der Aufbau einer Inselanlage ist hingegen nicht so einfach wie bei einem SteckerSolargerät. Auch wenn es viele Komplettsets für Inselanlagen gibt und die Werbung verspricht, dass der Aufbau einer Insel-Solaranlage einfach ist, sollten Sie bei Unsicherheiten unbedingt eine Fachfirma hinzuziehen. Der Aufbau einer Inselanlage ist besonders beim ersten Mal etwas kompliziert, und die richtige Reihenfolge der Kabelanschlüsse kann irritierend sein. Informieren Sie sich daher im Vorhinein, sprechen Sie mit Nachbarn oder Freunden, die schon einmal eine Solaranlage aufgebaut haben, oder bitten Sie eine Fachfirma um Unterstützung. Dann bleibt Ihnen der Spaß an der Solaranlage auch erhalten. Die Arbeit an elektrischen Anlagen kann gefährlich sein und sollte nur von qualifiziertem Fachpersonal ausgeführt werden. Eine unsachgemäße Handhabung kann zu Stromschlägen, Bränden und anderen schwerwiegenden Verletzungen führen. Mehr Informationen zu Inselanlagen und deren Komponenten finden Sie in Kapitel 9 im Abschnitt »Photovoltaikanlage im Inselbetrieb«. In Abbildung 17.3 sind die Bauteile eines beispielhaften Komplettsets für eine kleine Insel-Solaranlage abgebildet. Ein Batterieschutz, welcher die Batterie vor Tiefentladung schützt, sowie die Solarmodulhalterung sind in vielen Komplettsets nicht enthalten und müssen zusätzlich

gekauft werden. Ein Komplettset enthält in der Regel die nachfolgenden Komponenten:

Abbildung 17.3: Beispielhafte Komponenten eines Insel-Solar-Komplettsets

Solarmodul Solar-Laderegler Batterie Wechselrichter Verkabelung

Beispielrechnung für eine Insel-Solaranlage Mit einer Inselanlage können Sie elektrische Geräte in einer Gartenlaube, in einem Tiny House oder im Wohnwagen auf dem Campingplatz autark mit Strom betreiben. Wenn Sie auch im Winter oder einer Schlechtwetterperiode ausreichend Strom zur Verfügung haben wollen, helfen Ihnen die nachfolgenden Beispielrechnungen bei der Dimensionierung der Komponenten. Die Grundlagen der verwendeten Größen und Einheiten finden Sie in Kapitel 3 im Abschnitt »Strom aus der Steckdose: Grundlagen der Elektrotechnik«.

Grundlagenermittlung Bevor Sie sich eine Inselanlage zulegen, sollten Sie Ihren Energiebedarf und die maximale Leistungsaufnahme abschätzen. Anschließend fällt die Wahl der Komponenten wesentlich leichter. Energiebedarf: Diesen Wert benötigen Sie für die Dimensionierung der Batterie und der Solarmodule. Schätzen Sie daher den Energiebedarf realistisch ab. Dies können Sie beispielsweise mit Hilfe einer Tabelle tun. Maximale Leistungsaufnahme: Diesen Wert benötigen Sie für die Dimensionierung des Wechselrichters. Dazu addieren Sie die Leistungsaufnahmen aller Geräte, die Sie mit der Solaranlage gleichzeitig betreiben wollen.

Sie wollen ganzjährig in Ihrer Gartenlaube für vier Stunden am Tag an Ihrem Laptop arbeiten, und die Stromversorgung soll über eine Insel-Solaranlage erfolgen. Damit es nicht zu dunkel ist, haben Sie sich ein paar Leuchten dazugestellt und ermitteln nun den Energiebedarf sowie die maximale Leistungsaufnahme. Sie haben drei Leuchten mit jeweils 5-W-LED-Lampen, die vier Stunden in Betrieb sind. Ihr Laptop benötigt 40 W und ist ebenfalls für vier Stunden in Betrieb. Zudem haben Sie vor, alle Geräte in Ihrer Gartenlaube gleichzeitig zu nutzen. Sie addieren dazu die maximale Leistungsaufnahme der gleichzeitig betriebenen Geräte und notieren sich diese Daten, wie in Tabelle 17.2 zu sehen ist. Als Summe erhalten Sie eine maximale Leistungsaufnahme von 55 W und einen Energiebedarf von 220 Wh pro Tag. Gerät

Leistung Nutzungsdauer Energiebedarf

3 × LED (je 5W)

15 W

4 h

 60 Wh

Laptop

40 W

4 h

160 Wh

Maximale Leistung: 55 W

Energiebedarf: 220 Wh

Tabelle 17.2: Täglicher Energiebedarf und maximale Leistungsaufnahme für Inselanlage

Batteriespeicher dimensionieren Wählen Sie einen ausreichend dimensionierten Batteriespeicher, und planen Sie Reserven ein. Bei einer AGM-Solar Batterie (leistungsstarke, versiegelte und wartungsfreie BleiSäure-Batterie), wie sie in Abbildung 17.3 zu sehen ist, können Sie beispielsweise nur 50 % der Ladung nutzen. Bei einer LiFePO4-Batterie (Lithium-Eisenphosphat) können Sie hingegen bis zu 90 % der Batterieladung nutzen, diese kostet allerdings auch ein Vielfaches der AGM-Batterie. Weiterhin sollten Sie Reservetage einplanen, an denen der Bedarf komplett gedeckt werden kann.

Bei einem Autarkiegrad von 100 % sollten Sie in Deutschland in den Wintermonaten, aufgrund der geringen Sonneneinstrahlung, mit vier bis fünf Reservetagen pro Monat rechnen. Das bedeutet, Sie brauchen selbst bei einem kleinen Energiebedarf einen großen Batteriespeicher und eine große PVModulfläche. Dies kann eine Inselanlage mit niedrigen Anforderungen sehr teuer machen. In Ländern mit höherer Sonnenstrahlung reichen in den Wintermonaten zwei bis drei Reservetage pro Monat aus. Sie wollen ganzjährig in Ihrer Gartenlaube für vier Stunden am Tag an Ihrem Laptop arbeiten und gleichzeitig die Kosten der Inselanlage niedrig halten. In den Wintermonaten planen Sie daher nur zwei Reservetage pro Monat ein, an denen Ihr täglicher Energiebedarf (E) von 220 Wh komplett gedeckt ist. Aufgrund der niedrigeren Kosten entscheiden Sie sich für eine AGM-Solarbatterie mit einer Spannung (U) von 12 V. Da Sie nur 50 % der Batterieladung nutzen können, müssen Sie den Energiebedarf verdoppeln. Die Ladung der Batterie (Q) ermitteln Sie, indem Sie den Energiebedarf (E) durch die Spannung (U) der Batterie teilen und mit der Anzahl der Reservetage multiplizieren.

Sie benötigen eine Ladungskapazität von rund 73 Ah. In dem Solarshop Ihres Vertrauens wird gerade eine AGM-Batterie mit einer Ladungskapazität von 75 Ah angeboten, für die Sie sich entscheiden.

Wechselrichter dimensionieren Der Strom aus der Batterie kommt mit einer Spannung von 12 V Gleichstrom. Ihre Geräte benötigen jedoch eine Spannung von 230 V Wechselstrom. Für die Umwandlung benötigen Sie einen Wechselrichter (auch Spannungswandler genannt), welcher die Spannung von 12 V Gleichstrom auf 230 V Wechselstrom umwandelt. Für die Dimensionierung benötigen Sie die maximal zu erwartende Leistungsaufnahme mit einen Sicherheitszuschlag. Aus Ihren Grundlagen haben Sie eine maximale Leistungsaufnahme von 55 W

ermittelt. Aufgrund von Verlusten am Wechselrichter sollten Sie Reserven von ca. 20 % einplanen (entspricht einem Faktor von 1 + 0,2 = 1,2). Die Leistung des Wechselrichters berechnen Sie nun wie folgt:

Sie benötigen somit einen Wechselrichter mit einer Leistung von 66 W. Wechselrichter in dieser Größe sind nur selten zu finden. Somit entscheiden Sie sich für den nächstgrößeren Wechselrichter mit einer Leistung von 250 W.

Solarmodule dimensionieren Während Sie im Sommer an Sonnentagen mit der Leistung Ihrer Inselanlage zufrieden sind, kann sich dies im Winter oder einer Schlechtwetterperiode schnell ändern. Ein niedriger Sonnenstand, kürzere Tage und daraus resultierend weniger Sonnenstunden können das Laden der Batterie erschweren. Dimensionieren Sie daher auch Ihre Solarmodule ausreichend, damit Sie im Winter die Batterien laden und Ihre Geräte autark betreiben können. Das Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS – deutsch: photovoltaisches geografisches Informationssystem) ist ein kostenloses Online-Tool, dass Ihnen bei der Berechnung des Sonnenertrags Ihrer Insel-Solaranlage helfen kann. So können Sie hier unter anderem für Ihren Standort die geschätzte Solareinstrahlung einzelner Monate ermitteln und dabei schon den Aufstellwinkel der Solarmodule berücksichtigen. PVGIS wurde von der Europäischen Kommission entwickelt und bietet kostenlose Informationen zur Solareinstrahlung in ganz Europa an. PGVIS finden Sie unter der folgenden Internetadresse: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/de/

Aufgrund des niedrigen Sonnenstandes in den Wintermonaten ist der Ertrag der Solarmodule bei einer Neigung von 60° Süd höher als bei 30° oder 40° Süd. Wenn Sie die Möglichkeit haben, die Neigung der Solarmodule im Winter auf 60° anzupassen, tun Sie dies. Ihre Gartenlaube steht in Berlin und hat ein Flachdach. Die Neigung der Solarmodule soll mit einer Solarmodulhalterung anpassbar sein, sodass Sie in den Wintermonaten eine Neigung von 60° einstellen können. Die geschätzte Solareinstrahlung (H) ist meist im Dezember am schlechtesten und beträgt in diesem Beispiel bei einer Neigung von 60° in Südausrichtung für den gesamten Dezember 39 kWh/m2.

Zur Berechnung der Leistung der Photovoltaikmodule (PMPP) benötigen Sie weitere Werte, die nachfolgend aufgelistet sind: Geschätzte Solareinstrahlung im Monat Dezember (H), beträgt 39 kWh/m2. Energiebedarf (E) des gesamten Monats (220 Wh * 31 Tage = 6.820 Wh = 6,82 kWh). Sicherheitszuschlag (fs) wird mit mindestens 50 % angenommen. Performance Ratio (PR), (deutsch: Leistungsverhältnis) ergibt sich aus Modulverlusten, Verschattung und Verschmutzung und wird mit 0,7 angenommen. Einstrahlungswert (1 kW/m2) ist der Referenzwert, der für die Ermittlung der Nennleistung von Solarmodulen herangezogen wird. Die Leistung der Photovoltaikmodule berechnen Sie mit der nachfolgenden Formel:

Die Leistung Ihrer Solarmodule (bei einer Ausrichtung nach Süden und einer Neigung von 60°) muss demnach 375 W entsprechen, damit Sie ganzjährig vier Stunden täglich (bei zwei Reservetagen) in Ihrer Gartenlaube arbeiten können. Somit könnte Ihre Wahl auf drei Solarmodule (12 V) mit einer Leistung von 125 Watt Peak (Wp) fallen (3 × 125 Wp = 375 Wp).

Solar-Laderegler dimensionieren Nun haben Sie die Solarmodule, die Batterien und den Wechselrichter dimensioniert. Es fehlt nur noch der Laderegler. Der Solarladeregler wandelt den Strom der Solarmodule in einen optimalen Ladestrom für die Batterie um und lädt diese. Dafür müssen Sie aus der Leistung der Solarmodule und der Spannung der Batterie die Stromstärke für den Laderegler berechnen. Zudem werden Ladereger um ca. 10 % überdimensioniert (entspricht einem Faktor von 1 + 0,1 = 1,1). Die Leistung der Solarmodule beträgt 375 Wp und die Spannung der Batterie 12 V. Sie können nun die Stromstärke mit der nachfolgenden Formel berechnen:

Ihr Solarladeregler muss einen Ladestrom von 34 A verarbeiten können. In Ihrem Solarshop des Vertrauens sind PMW-Solar-Laderegler ab 45 A im Angebot, sodass Ihre Wahl auf einen PMW-Solar-Laderegler mit einer maximalen Ladeleistung von 45 A bei 12 V fällt. Es gibt PWM-Regler (engl. pulse width modulation, deutsch: Pulsbreitenmodulation) und MPPT-Regler (engl. maximum power point tracking, deutsch: maximale Leistungspunktverfolgung). Nachfolgend werden die Unterschiede und Einsatzgebiete der beiden Solar-Laderegler beschrieben. PMW-Regler: PMW-Regler sind wesentlich günstiger als MPPT-Regler und arbeiten am besten, wenn die Nennspannung von Solarmodul und Batterie übereinstimmen. So können sie besonders bei kleineren Inselanlagen eingesetzt werden. In dem vorherigen Beispiel liegt die Spannung der Batterie und der Solarmodule bei 12 V, sodass sich ein PMW-Regler eignet. MPPT-Regler: MPPT-Regler können hohe Spannungen von Solarmodulen herunterregeln und gleichzeitig den Ladestrom erhöhen. So gibt es auch bei unterschiedlichen Spannungen zwischen Solarmodul und Batterie keine Leistungseinbußen. Die maximal mögliche Leistung des Solarmoduls wird gehalten. MPPT-Regler sind wesentlich teurer als PMW-Regler und eignen sich besonders bei größeren PV-Anlagen mit unterschiedlichen Spannungsniveaus.

Bei der Wahl der Komponenten ist es zudem wichtig, ausreichend dimensionierte Verbindungskabel mit einem passenden Querschnitt zu wählen. Kabel mit kleinem Querschnitt führen zu unnötigen Verlusten.

Mobile Solaranlagen Gerade im Outdoorbereich werden mobile Solaranlagen immer beliebter und finden Ihren Einsatz beim Camping, Segeln oder mobilen Arbeiten. Mobile Solaranlagen bestehen nur aus wenigen Bauteilen:

Mobile Powerstation Faltbares Solarmodul Verbindungskabel In der mobilen Powerstation sind alle Bauteile verbaut, die Sie bei einer Insel-Solaranlage mühselig verkabeln müssen. Darin befinden sich die Batterie, ein Batteriemanagementsystem, ein Batterieschutz, der Solar-Laderegler und ein passender Wechselrichter. In Abbildung 17.4 sind beispielhaft zwei mobile Powerstationen für mobile Solaranlagen zu sehen.

Abbildung 17.4: Mobile Powerstationen verschiedener Anbieter

Um die Anschlüsse müssen Sie sich ebenfalls nicht kümmern. Es gibt Eingänge für Schuko-Steckdosen mit 230 V/AC, USB-Ports, verschiedene Gleichstromanschlüsse, und Sie können die Powerstationen auch über das Stromnetz zu Hause oder das Auto mittels Kfz-Kabel (Zigarettenanzünderkabel) aufladen, falls die Sonne nicht scheint. Je nach Anspruch gibt es die Powerstationen in verschiedenen Größen mit einer gespeicherten Energie von 250 bis 2.000 Wh. In den Powerstationen sind überwiegend LiFePO4-Batterien verbaut, was diese zwar teurer, dafür aber auch »tragbar« macht (AGM-Batterien sind im Vergleich sehr viel schwerer). Für mobile Solaranlagen benötigen Sie keine elektrotechnischen Vorkenntnisse, sodass diese gerade für Solarbegeisterte ohne Technikhintergrund interessant sind. Sie können die Geräte einfach zusammenstecken, ohne komplexe Verkabelung der einzelnen Komponenten. Wenn Sie das nötige Kleingeld haben und sich vor dem Aufbau einer Insel-Solaranlage scheuen, sind mobile Solaranlagen eine Alternative.

Die dazugehörigen Solarpanels sind ebenfalls tragbar und können einfach zusammengefaltet werden. Somit passen Sie in jedes Auto und lassen sich einfach transportieren. In Abbildung 17.5 sind zwei Komplettsysteme mit faltbaren Solarpanels und Powerstationen abgebildet. Die faltbaren Solarpanels gibt es in den Größen von 80 bis 400 W.

Abbildung 17.5: Mobile Solar-Komplettsets mit faltbaren Solarmodulen

Faltbare Solarmodule und Powerstationen haben keine einheitlichen Steckeranschlüsse. Hier ist ein ähnliches Phänomen zu beobachten wie bei Heizkörperventilen (siehe Kapitel 13 im Abschnitt »Heizkörperthermostate austauschen«): Durch einen eigenen Anschluss passt das »eigene« Solarpanel nur mit der »eigenen« Powerstation. Ein Schelm, wer Böses dabei denkt. Lassen Sie sich davon nicht abschrecken, denn ein Preisvergleich von faltbaren Solarmodulen kann den Geldbeutel schonen. Für fast alle Anschlüsse von faltbaren

Solarmodulen gibt es zudem passende Adapter. Typische Anschlüsse sind MC4Solarstecker, XT60 oder 8 mm DC.

Kapitel 18

Kleine Werkzeugkunde IN DIESEM KAPITEL Notwendige Werkzeuge, die Sie in Ihrem Haushalt haben sollten. Sinnvolle Verbrauchsmaterialien und Schutzausrüstung. Maschinen und Messgeräte für die Heimwerkstatt und den Haushalt.

In jedem Haushalt müssen von Zeit zu Zeit kleinere Reparaturen durchgeführt werden. Das kann der Tausch eines Wasserhahns oder eines Thermostats sein. Manchmal muss auch ein Bild muss an der Wand angebracht oder der neue Kleiderschrank aufgebaut werden. Diese Aufgaben können Sie selbst ausführen. Sie benötigen dafür keine Fachfirma. Eine Grundausstattung an Werkzeugen braucht daher jeder Haushalt. Damit Sie für die wichtigsten Situationen gerüstet sind, werden in diesem Kapitel die grundlegenden Werkzeuge, Maschinen und Messgeräte für Ihren Haushalt vorgestellt. Sie müssen nicht alle erdenklichen Maschinen und Werkzeuge besitzen. Durch das Mieten oder Ausleihen von Werkzeugen und Maschinen sparen Sie viel Geld und Platz in Ihrer Heimwerkstatt. Baumärkte bieten die Vermietung kostengünstig auf Stunden- oder Tagesbasis an und decken das gesamte Heimwerkerspektrum ab. So können Sie beispielsweise Geräte aus den folgenden Kategorien wählen: Holz- und Metallbearbeitung Montage, Bohren und Stemmen Malerarbeiten und Tapezieren Beton-, Stein und Bodenarbeiten Garten- und Reinigungsarbeiten Leitern, Gerüste und Anhänger

Notwendige Werkzeuge Die nachfolgende Übersicht zeigt Ihnen die wichtigsten Werkzeuge für Ihren Haushalt. Beim Kauf halten billige Werkzeuge oft nicht das, was sie versprechen. Achten Sie daher

beim Kauf auf die Qualität. Wenn Sie Ihre Werkzeuge nur gelegentlich nutzen und nicht in den Heimwerkerolymp aufsteigen wollen, reichen Werkzeuge von mittlerer Qualität, wie zum Beispiel die Eigenmarken der verschiedenen Baumärkte. Diese haben ein gutes Preis-LeistungsVerhältnis und verrichten zuverlässig ihre Arbeit. Nachfolgend finden ein paar Eigenmarken verschiedener Baumärkte aufgelistet: Eigenmarken von Bauhaus: Bauhaus, Stabilit, Wisent, Gardol Eigenmarken von Obi: Obi Selections, LUX-Tools Eigenmarken von Hagebau: Kraftronic, Gecco Eigenmarken von Hornbach: Hornbach, J. C. Schwarz Wenn Sie hingegen öfter mit Werkzeugen hantieren, sollten Sie zu Markenprodukten greifen, die eine hohe Qualität aufweisen und langlebiger sind. Dazu gehören beispielsweise die Marken Makita, Hilti, Bosch, Fein und Festool. Nachfolgend sind die wichtigsten Werkzeuge mit Abbildung aufgelistet. Schraubendreher: Mit Schraubendrehern (auch Schraubenzieher genannt) können Sie verschiedenste Schrauben festdrehen. Hier lohnt sich ein Satz von Kreuz- und Schlitz-Schraubendrehern in den gängigen Größen und Profilen, wie er in Abbildung 18.1 zu sehen ist.

Abbildung 18.1: Verschiedene Kreuz- und Schlitz-Schraubendreher

Präzisionsschraubendreher: Mit diesen Schraubendrehern können Sie kleinste Schrauben an Laptops, Uhren, Brillen und Elektrogeräten lösen, da herkömmliche Schraubendreher dafür zu groß sind. Hier lohnt sich der Kauf eines Sets, wie es in Abbildung 18.2 zu sehen ist.

Abbildung 18.2: Set für Präzisionsschraubendreher

Zangen: Verschiedene Zangen können Ihnen das Leben im Haushalt erleichtern. Dabei sollten Sie mindestens eine Kneif-, eine Wasserpumpen-, eine Kombi sowie eine Spitzzange besitzen (siehe Abbildung 18.3).

Abbildung 18.3: Kneifzange, Wasserpumpenzange, Kombizange und Spitzzange – Quelle rechts: olyasolodenko, Stock.Adobe.com

Kneifzange: Mit der Kneifzange können Sie Nägel aus Wänden und Holzrahmen herausziehen sowie weiche Metalle abknipsen. Wasserpumpenzange: Mit der Wasserpumpenzange können Sie Gewinde an Rohren oder Schrauben festziehen und lösen. Mit zwei Wasserpumpenzangen können Sie auch gegenhalten. Das bedeutet, Sie fixieren eine Schraube mit einer Wasserpumpenzange und lösen die Mutter mit der zweiten. Achten Sie darauf, den Schraubenkopf oder die Muttern dabei nicht zu beschädigen. Bei weichem Metall sollten Sie Schraubenschlüssel verwenden. Die

Wasserpumpenzange wird auch beim Tausch von Thermostaten eingesetzt (siehe Kapitel 13 im Abschnitt »Heizkörperthermostate austauschen«). Kombizange: In einer Kombizange werden verschiedene Zangenarten vereint. Eine typische Kombizange hat eine Greifzone für Flach- und Rundmaterial sowie einen Schneider für Drähte und Kabel. Sie ersetzt jedoch keine Kneifund Wasserpumpenzange. Spitzzange: Mit einer Spitzzange können Sie kleinere Gegenstände, Drähte und Teile greifen und halten. Zudem gelangen Sie mit einer Spitzzange in enge und schwer zu erreichende Räume und Winkel. Die Spitzzange eignet sich auch hervorragend zum Formen und Biegen von Drähten. Hammer: Der beliebteste Hammer ist der Schlosshammer (siehe Abbildung 18.4) mit einem 250 bis 500 Gramm schweren Kopf. Damit können Sie Nägel in Wände und Holz schlagen oder leichte Meißelarbeiten durchführen.

Abbildung 18.4: Typischer Schlosshammer

Handsägen: In Ihrer Grundausstattung sollten Sie eine Feinsäge und eine kleine Bügelsäge (PUK-Säge) für Materialien aus Holz und Metall haben. Auch eine Fuchsschwanzsäge (siehe Abbildung 18.5 rechts) kann sinnvoll sein, da sich diese hervorragend zum Zurrechtscheiden von Dämmplatten eignet (mehr zur Dämmung von oberster Geschossdecke und Kellerdecke finden Sie in Kapitel 16). Für Präzisionsarbeiten und saubere Schnitte eignen sich japanische Handsägen.

Abbildung 18.5: Feinsäge, Bügelsäge und Fuchsschwanz – Quelle rechts: luckylight, Stock.Adobe.com

Inbusschlüssel (Sechskant), Schraubenschlüssel (Maulschlüssel) und Steckschlüsselset: Mit den verschiedenen Schlüsselsets (siehe Abbildung 18.6) können Sie sämtliche Verschraubungen lösen und wieder festziehen. Diese Werkzeuge sollten in keinem Haushalt fehlen. Schraubenschlüssel eignen sich zudem ausgezeichnet zum Reparieren von Fahrrädern. Es gibt sie als Doppelmaul- oder Ringmaulschlüssel.

Abbildung 18.6: Schlüsselsets, bestehend aus Inbusschlüssel, Schraubenschlüssel und Steckschlüssel

Cuttermesser: Das Cuttermesser (siehe Abbildung 18.7) ist ein besonders scharfes Schneidemesser, welches zum Beispiel für das Schneiden von Teppichen und Tapeten eingesetzt werden kann. Es wird daher auch Teppich- oder Tapetenmesser genannt. Achtung: Die scharfe Klinge des Cuttermessers kann gefährliche Schnittwunden verursachen, arbeiten Sie daher besonnen damit.

Abbildung 18.7: Cuttermesser mit Klingen zum Abbrechen

Entlüftungsschlüssel für Heizkörper: Mit diesem kleinen Schlüssel (siehe Abbildung 18.8) können Sie Ihre Heizkörper entlüften. Einen solchen bekommen Sie für wenige Euro in jedem Baumarkt. In Kapitel 13 im Abschnitt »Entlüften der Heizkörper« finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Entlüftung Ihrer Heizkörper.

Abbildung 18.8: Entlüftungsschlüssel für Heizkörper

Verbrauchsmaterialien und Schutzausrüstung Für die Ausführung von kleinen Reparaturen benötigen Sie verschiedene Verbrauchsmaterialien, die Sie bei Bedarf jederzeit wieder auffüllen können.

Schrauben, Dübel und Nägel: Besorgen Sie sich ein Set aus Nägeln, Schrauben und Dübel in den verschiedensten Größen und Längen (siehe Abbildung 18.9). Damit sind Sie für alle möglichen Situationen gewappnet.

Abbildung 18.9: Set, bestehend aus Schrauben, Dübeln und Nägeln

Bleistift: Ein Bleistift (siehe Abbildung 18.10) gehört in jede Werkstatt. Diesen nutzen Sie zur Markierung von Bohrlöchern oder abgemessenen Längen. Der Vorteil beim Bleistift ist, dass Sie die Markierung mit einem Radiergummi schnell wieder entfernen können. Der Härtegrad des Bleistifts sollte zwischen HB (optimal zum Schreiben) bis B2 (weich und kontrastreich) liegen.

Abbildung 18.10: Bleistift zur Markierung mit einem mittleren bis weichen Härtegrad

Isolierklebeband und Gewebeklebeband: Isolierklebeband (siehe Abbildung 18.11 rechts) eignet hervorragend für das Abdichten, Befestigen oder zum Schutz von

Elektrokabeln. Sie benötigen jedoch nicht die gesamte Farbpalette, außer, Sie wollen sich künstlerisch betätigen. Gewebeklebeband (siehe Abbildung 18.11 links) wird auch Duct Tape, Gaffer Tape oder Panzertape genannt und ist ein sehr reißfestes und stabiles Klebeband mit starken Klebeeigenschaften. Es wird sogar zum Abdichten von Heizungsrohren eingesetzt (was nicht zu empfehlen ist) und ist als Reparaturwerkzeug in der Outdoor- und Wanderszene sehr beliebt. In Ihrer Werkstatt kann es sich schnell als Allzweckwaffe bei kleinen Reparaturen entpuppen.

Abbildung 18.11: Gewebeklebeband und Isolierklebeband – Quelle rechts: Björn Wylezich, Stock.Adobe.com

Kabelbinder: können sich ähnlich wie das Gewebeklebeband zu einem Alleskönner entfalten. Es gibt sie in verschiedenen Größen und Farben, und sie sind vielseitig einsetzbar. Egal, ob Sie etwas befestigen wollen oder eine passende Schaube nicht finden können, Kabelbinder (siehe Abbildung 18.12) können schnell Abhilfe leisten. Dabei gilt es zu beachten, dass Kabelbinder in bestimmten Fällen nicht als permanente Lösung zur Befestigung eingesetzt werden dürfen, insbesondere in sicherheitsrelevanten oder stabilitätskritischen Anwendungen. Rohre sollten Sie damit beispielsweise nicht befestigen. Hierfür gibt es passende Schellen, die an Decken und Wänden befestigt werden können.

Abbildung 18.12: Vielseitig einsetzbare Kabelbinder

Schutzausrüstung: Wenn Sie im Eigenheim handwerkliche Arbeiten ausführen, sollten Sie unbedingt entsprechende Schutzausrüstung tragen, wie sie in Abbildung 18.13 zu sehen ist. Dazu können Augenschutz, Gehörschutz, Arbeitshandschuhe, Arbeitskleidung und Maske gehören. Wenn Sie eine Baustelle betreten wollen, benötigen Sie zudem einen Schutzhelm, Arbeitsschutzschuhe mit Zehenschutz und verstärkter Bodenplatte sowie eine Warnweste.

Abbildung 18.13: Schutzausrüstung für Baustelle und Heimwerkstatt – Quelle: Rawf8, Stock.Adobe.com

Multifunktionsöle: Das wahrscheinlich bekannteste Universalöl ist das Kriechöl WD-40 (siehe Abbildung 18.14). Alternative Multifunktionsöle gibt es von Liqui Moly oder Ballistol. Wenn eine Tür quietscht, sich eine Schraube nicht lösen lässt oder ein Kugellager nicht rund läuft, kommen diese Öle zum Einsatz. Sie schmieren, durchdringen, schützen, reinigen und verdrängen Feuchtigkeit. Auch die Kaugummis

Ihrer Kinder sollen Sie damit entfernen können. Da das Öl allerdings eine sehr geringe Viskosität (also eine geringe Zähflüssigkeit) besitzt, ist ein bedachter Umgang damit sinnvoll. Ansonsten können Hände und Kleidung lange danach riechen.

Abbildung 18.14: Multifunktionsöl im Haushalt

Weitere Kleinigkeiten: Für kleine Reparaturen lohnt es sich, Allzweck- oder ZweiKomponenten-Kleber zu haben. Für kleinere Löcher in Wänden benötigen Sie Spachtelmasse und einen Spachtel. Bei Kleinteilen kann auch der sogenannte Sekundenkleber helfen. Auch etwas Schleifpapier, Silikon und Eisendraht (1–1,5 mm Durchmesser) können Ihnen beim Reparieren kleiner Dinge weiterhelfen.

Maschinen, die in jede Werkstatt gehören Bei Maschinen sollten Sie sich auf die notwendigsten Geräte beschränken. Maschinen guter Qualität sind teuer und würden bei unregelmäßiger Nutzung nur unnötig herumliegen. Ziehen Sie daher das Mieten und Ausleihen von selten genutzten Maschinen vor. Akkuschrauber: Ein Akkuschrauber mit passenden Bits (Schraubaufsätze) gehört in jede Werkstatt. Dabei muss es nicht unbedingt das größte Gerät sein. Für kleine Arbeiten gibt es handliche Akkuschrauber, mit denen Sie gute Arbeit verrichten können und die über USB aufladbar sind (siehe Abbildung 18.15 links). In einem Bitset befinden sich in der Regel mindestens die folgenden Aufsätze: KreuzschlitzPhillips, Schlitz, Torx, Vierkant, Sechskant, Pozidirv.

Abbildung 18.15: Große und kleine Akkuschrauber mit passenden Bits

Schlagbohrmaschine: Wenn Sie ein Loch in eine Beton- oder gemauerte Wand bohren wollen, benötigen Sie eine Schlagbohrmaschine. In Abbildung 18.16 ist beispielhaft eine Bohrmaschine abgebildet.

Abbildung 18.16: Schlagbohrmaschine mit passendem Bohrerset

Akkuschrauber und Schlagbohrmaschinen gibt es auch als Kombigeräte, also als Akku-Schlagbohrschrauber, zu kaufen. So sparen Sie Platz und haben ein Gerät, welches für verschiedene Einsätze genutzt werden kann. Optionale Werkzeuge: Wenn Sie täglich heimwerken, lohnen sich vielleicht noch weitere Geräte, wie eine Stichsäge, Schleifwerkzeuge oder eine Heißklebepistole. Wenn Sie diese jedoch nicht täglich nutzen, sollten Sie eher die Mietung solcher Maschinen in Erwägung ziehen als die Anschaffung.

Messgeräte für Heimwerkende Für das genaue Arbeiten und zur Überprüfung von Zuständen benötigen Sie Messgeräte. Einige Messgeräte sollten daher in keinem Haushalt fehlen: Wasserwaage: Mit der Wasserwaage (siehe Abbildung 18.17) können Sie den senkrechten und horizontalen Linienverlauf von Objekten überprüfen.

Abbildung 18.17: Kleine Wasserwaage aus dem Baumarkt

Metermaß und Maßband: Mit einem Maßband oder Metermaß (auch Zollstock genannt, siehe Abbildung 18.18) können Sie Längen und Abstände bestimmen. In Kombination mit einer Wasserwaage können Sie zudem sicherstellen, dass Sie entlang einer horizontalen oder vertikalen Linie messen.

Abbildung 18.18: Metermaß und Maßband

Messschieber: Mit einem Messschieber (siehe Abbildung 18.19) können Sie Durchmesser, Breiten und Längen kleinerer Objekte abmessen. Bei der Identifizierung unbekannter Heizkörperventile ist ein Messschieber das ideale Werkzeug.

Abbildung 18.19: Messschieber zur Feinmessung – Quelle: smuay, Stock.Adobe.com

Multimeter: Mit einem Multimeter (siehe Abbildung 18.20) können Sie elektrische Größen wie Spannung, Stromstärke und Widerstände messen. Gerade im Elektrobereich sind Multimeter als Messgeräte nicht wegzudenken. Um es richtig zu nutzen, benötigen Sie vielleicht ein bisschen Übung, aber ein Multimeter kann sich im Haushalt als sehr nützlich erweisen.

Abbildung 18.20: Multimeter zur Messung von elektrischen Größen

Phasenprüfer: Es ist zusätzlich gut, einen Spannungsprüfer (Phasenprüfer) im Haus

zu haben, welcher aussieht wie ein feiner Schraubendreher (siehe Abbildung 18.21). Damit können Sie prüfen, ob auf einer Phase eine Spannung anliegt. Liegt eine Spannung an, leuchtet im Phasenprüfer eine kleine Glimmlampe auf. Achtung: Informieren Sie sich vor dem Nutzen eines Phasenprüfers, wie Sie diesen richtig anwenden. Die Arbeit an elektrischen Anlagen kann gefährlich sein.

Abbildung 18.21: Phasenprüfer zur Spannungsüberprüfung – Quelle: D. Ott, Stock.Adobe.com

Multidetektor (Leitungsfinder): Wenn Sie einen Nagel in die Wand schlagen oder ein Loch in die Wand bohren wollen, kann es passieren, dass Sie aus Versehen eine Stromleitung oder eine Wasserleitung treffen und es auf einmal dunkel oder nass in der Wohnung wird. Daher sollten Sie als Messgerät einen Multidetektor (siehe Abbildung 18.22) im Haushalt haben. Dieser spürt für Sie Stromleitungen, Metallteile und Metallrohre in Wänden und Mauerwerken auf. Achtung: Über einen Multidetektor können Sie in der Regel keine Leitungen und Rohre aus Kunststoff ausfindig machen!

Abbildung 18.22: Leitungsfinder zum Auffinden von Elektroleitungen in der Wand

Energiemessgerät: Mit einem Energiemessgerät (siehe Abbildung 18.23) können Sie die Leistungsaufnahme und den Energieverbrauch Ihrer elektrischen Geräte ermitteln. Gerade bei der Identifizierung von Energiefressern und der Ermittlung des eigenen Energieverbrauchs sind diese Geräte gute Helfer. Mehr dazu finden Sie in Kapitel 15 im Abschnitt »Energieverbrauch und Stromkosten berechnen«.

Abbildung 18.23: Energiemessgerät zur Messung des Energieverbrauchs und der Leistungsaufnahme

Kapitel 19

Das Baumarkt-Phänomen: Sie können nicht alles selbst machen IN DIESEM KAPITEL Warum das Handwerk gebraucht wird. Woran Sie gute Fachfirmen erkennen. Wie Sie eine passende Fachfirma finden.

In den Baumarkt, Holzhandel, Elektro- oder Eisenwarenhandel fahren, Ausrüstung und Materialen kaufen und zu Hause einen Plan in die Tat umsetzen: So oder ähnlich liest sich die Idealvorstellung des Heimwerkens. Der DIY-Boom (engl. Do it yourself, deutsch: Mach es selbst) ist selten so stark gewesen wie heute und zieht Menschen jeden Alters und Geschlechts in seinen Bann. Ursache dafür ist auch die intensive Werbung der Baumärkte. Mit Slogans wie »Es gibt immer was zu tun« (Hornbach), »Wenn's gut werden muss« (Bauhaus) oder »Wie, wo, was weiß Obi« (Obi) wird um das DIY-Publikum gekämpft. Doch auch wenn Sie voll motiviert sind und alles selbst erledigen wollen, ist dies nicht immer empfehlenswert. Denn viele handwerkliche Tätigkeiten benötigen Spezialwissen und Erfahrung. In diesem Kapitel erfahren Sie, warum Sie in verschiedenen Situationen Handwerksfirmen brauchen, warum sie notwendig sind und wie Sie gute Fachfirmen finden.

Eine Hommage an das Handwerk Auch wenn Sie handwerkliches Geschick besitzen und in diesem Buch viele Informationen, Tipps und Tricks finden, ist dies nur die Spitze des Eisbergs. Die vielen Disziplinen in der Gebäudetechnik sind zu komplex, als dass sie von einer einzelnen Person in Ihrer Gesamtheit beherrscht werden könnten. Aus diesem Grunde sind spezialisierte Handwerksfirmen und Fachleute notwendig, die Ihnen zur Seite stehen. Die nachfolgenden Punkte zeigen Ihnen die Vorteile von Fachfirmen und Fachleuten. Spezialkenntnisse: Egal, ob Sie eine Firma für den Dachausbau, für Elektro-, Heizungs-, Klima- oder Automatisierungstechnik benötigen, alle Handwerksfirmen sind auf ihren Bereich spezialisiert. Dadurch können sie ihre Arbeit auf einem hohen

Niveau durchführen und sicherstellen, dass die verbauten Anlagen und Materialien funktionieren. Zudem verrichten Fachfirmen anfallende Arbeiten mit einer höheren Geschwindigkeit, da sie diese täglich ausführen. Sie sollten daher die Arbeitszeit als ungeübte Person beim DIY nicht unterschätzen. Hohe Ausbildungsqualität in Deutschland: Die Ausbildung für Auszubildende dauert zwischen zwei und dreieinhalb Jahren, ist in Deutschland überwiegend dual gestaltet (Ausbildung erfolgt im Betrieb und in der Berufsschule) und beinhaltet eine Zwischen- und Gesellen- beziehungsweise Abschlussprüfung, welche von der jeweiligen Innung oder der Handwerkskammer durchgeführt wird. Für die Meisterprüfung werden meist mehrere Jahre Berufserfahrung und eine intensive Vorbereitungszeit benötigt. All das lässt sich nicht durch ein Buch oder eine Videoanleitung ersetzen. Förderung für Energiesparmaßnahmen: Der Staat fördert viele Energiesparmaßnahmen für Gebäude durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) sowie die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW). Dazu gehören beispielsweise der hydraulische Abgleich (siehe Kapitel 20 und 21), Dämmmaßnahmen oder der Heizungstausch. Diese Förderungen können Sie jedoch nur abgreifen, wenn die Arbeiten von einer Fachfirma durchgeführt wurden. Gewährleistung: Auf die Arbeiten der Handwerksfirma haben Sie eine Gewährleistung. Bei einer mangelhaften Leistung muss die Handwerksfirma den Mangel beseitigen. Nach der Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen (VOB) und dem Bürgerlichen Gesetzbuch (BGB) gibt es verschiedene Gewährleistungszeiträume. Da die VOB nur für öffentliche Auftraggeber verpflichtend ist, müssten Sie diese vertraglich vereinbaren. Privat sollten Sie daher auf das BGB setzten, da Sie hier mehrere Vorteile haben. Gemäß BGB haben Sie beispielsweise fünf Jahre Gewährleistungsanspruch nach der Bauabnahme für den Einbau einer Heizungsanlage und die unmittelbar damit zusammenhängenden Arbeiten – ein Jahr länger als nach VOB. Handwerksunternehmen übernehmen zudem die Garantie und die Haftung, dass die Ausführung nach den anerkannten Regeln der Technik erfolgte. Das ist insbesondere für Versicherungen entscheidend, die im Schadensfall unter Umständen nicht übernehmen, wenn Sie die Arbeiten selbst und nicht fachgerecht durchgeführt haben. Beratung: Handwerksfirmen haben auch eine beratende Funktion, denn diese können Ihnen die Vor- und Nachteile von verschiedenen Methoden, Techniken und Produkten erklären und bringen einen riesigen Erfahrungsschatz mit. Diese Erfahrung sollten Sie keinesfalls unterschätzen, denn dadurch werden Probleme wesentlich schneller erkannt, Situationen können besser eingeschätzt und entsprechende Lösungen vorschlagen werden. Dies spart Ihnen Zeit und Geld. Natürlich sollten Sie dennoch weiterhin die Vorschläge von Fachfirmen prüfen, da manche Unternehmen bevorzugt nur mit bestimmten Produkten arbeiten oder nur bestimmte Systeme kennen. So kann

beispielsweise nicht jede Heizungsfirma im Bereich der Wärmepumpen optimal beraten. Wenn sich Ihr DIY-Projekt in die Länge ziehen sollte, weil Sie vielleicht in einem bestimmten Bereich keine Kenntnisse haben und sprichwörtlich stecken bleiben, übergeben Sie diese Arbeiten an eine Handwerksfirma. Dann können Sie den Fortschritt regelrecht beobachten und mit dem weitermachen, was Ihnen Spaß macht. Die Kritik, die die Handwerkenden dann an Ihrer Arbeit üben könnten, müssen Sie sich einfach gefallen lassen. Aus diesen Fehlern können Sie eine Menge lernen. Es gab einen Handwerker, der eine außergewöhnliche Gabe hatte: Er konnte alle erdenklichen Maschinen reparieren. Nachdem er in seiner Firma über 30 Jahre gearbeitet hatte, ging er glücklich in den Ruhestand. Einige Jahre später wandte sich seine Firma an ihn, weil sie ein großes Problem mit einer ihrer Maschinen hatte. Die Firma hatte alles Mögliche versucht, um die Maschine zu reparieren, hatte aber keinen Erfolg. In ihrer Verzweiflung wandte sie sich an den pensionierten Handwerker, der in der Vergangenheit so viele ihrer Probleme gelöst hatte. Der Handwerker nahm die Herausforderung an und verbrachte einen Tag damit, die Maschine zu untersuchen. Am Ende des Tages markierte er mit Kreide ein kleines Kreuz auf einem bestimmten Bauteil der Maschine und erklärte: »Hier liegt das Problem!« Das Teil wurde ausgetauscht, und die Maschine funktionierte wieder einwandfrei. Die Firma erhielt von dem Handwerker am nächsten Tag eine Rechnung über 5.000 Euro für seine Dienste. Das Unternehmen war verwundert und verlangte eine detaillierte Aufstellung seiner Kosten. Der Handwerker antwortete kurz: Ein Kreidezeichen: 1 € Wissen, wo es hingehört: 4.999 € Der Handwerker wurde vollständig bezahlt und kehrte glücklich in seinen Ruhestand zurück.

Daran erkennen Sie gute Handwerksfirmen Der Großteil der Handwerkenden ist stolz auf die eigene Berufsgruppe und sorgt für ein gutes Image. Dabei geht es nicht immer nur um die eigentliche Arbeit, sondern auch um das Vertrauen von Kunden. Gute Handwerksfirmen erkennen Sie daher an den folgenden Punkten. Auf Fragen eingehen: Wenn Sie Kontakt mit einer Fachfirma haben, werden Sie

viele Fragen an diese haben. Die Antworten sollten auch für Laien verständlich sein, und die befragte Person sollte nicht genervt reagieren. Falls Sie Fachbegriffe und Abkürzungen nicht verstehen, fragen Sie einfach nach. Diese sollten Ihnen dann ebenso verständlich erklärt werden. Kreative Lösungen: Wenn eine Situation ausweglos erscheint, wird Ihnen diese erklärt. Vor- und Nachteile werden auf den Tisch gelegt, und möglicherweise ergibt sich bei genauer Betrachtung eine kreative Lösung. Denn gute Handwerkende lieben ihren Beruf und messen ihren Erfolg an der sichtbar geleisteten Arbeit. Wir haben das immer so gemacht: Manche »Fachfirmen« folgen einem Schema F, bauen immer die gleichen Geräte ein und interessieren sich nicht für Neuerungen, alternative Technologien und innovative Lösungen. Wenn Sie pauschale Aussagen hören wie: »Der hydraulische Abgleich funktioniert doch gar nicht«, »Gaskessel sind Stand der Technik und viel billiger«, oder: »Mit Dämmung bekommen Sie nur Probleme.«, schauen Sie sich nach einer anderen Firma um! Eine gute Fachfirma findet mit Ihnen zusammen eine Lösung und ist offen für Ideen. Erklärung des Ablaufs: Der Ablauf der Maßnahme wird Ihnen ruhig und sachlich erklärt. Dazu gehören die einzelnen Schritte, eine realistische Angabe des Zeitraums der Maßnahme, sowie Angaben dazu, mit welchen Schwierigkeiten zu rechnen ist und wie damit umgegangen wird. Es wird sich informiert: Damit alles reibungslos abläuft, werden gute Fachfirmen auch Sie mit Fragen löchern. Neben projektspezifischen Fragen ist es wichtig für die Fachfirmen zu wissen, wo geparkt werden kann, wo Materialien und Werkzeuge abgelegt werden können und wie sie Zugang zur Baustelle erhalten. Arbeitsstil und Arbeitsplatz: Gute Fachfirmen schützen Ihr Eigentum und die Arbeitsfläche, sie arbeiten sauber und reinigen die Arbeitsfläche im Anschluss an die Arbeiten. Gute Handwerkende verlassen die Baustelle genauso (oder sauberer), wie sie diese vorgefunden haben, und entsorgen Abfälle sortengerecht. Verlässlichkeit: Gute Fachfirmen sind pünktlich und informieren Sie rechtzeitig, falls der Zeitplan nicht eingehalten werden kann (es kann immer etwas dazwischenkommen). Auch bei Anfragen zur Angebotsabgabe und generellen Fragen per Telefon oder E-Mail erhalten Sie eine Antwort. Grenzen kennen: Gute Fachfirmen kennen Ihre eigenen Grenzen und bieten Ihnen kein »All-inclusive-Paket« über Elektrik, Heizungsbau, Dachausbau und Fliesenlegen an. Wenn Sie gute Handwerksfirmen und Fachleute gefunden haben, sollten Sie sich diese warmhalten und auch weiterempfehlen.

Die passende Firma finden: Von der Suche bis zur Rechnung Eine gute Handwerksfirma oder Personen vom Fach in der Nähe zu finden, kann etwas Zeit in Anspruch nehmen. Diese Zeit sollten Sie sich unbedingt nehmen und vorher einkalkulieren. Es gibt nichts Schlimmeres, als nach dem Prinzip »Zufall« die günstigsten Anbietenden zu wählen, ohne dass Sie deren Arbeitsqualität kennen. Mit den nachfolgenden Tipps sollten Sie jedoch gute Karten haben und mit dem Ergebnis am Ende auch zufrieden sind.

Handwerksfirma finden Bevor es losgeht, müssen Sie eine Fachfirma finden. Hier gibt es verschiedene Anlaufpunkte und Möglichkeiten: Empfehlung durch Bekannte: Die Handwerksbranche lebt von Weiterempfehlungen und Erfahrungen. Fragen Sie daher im Kreis Ihrer Bekannten nach, welche Handwerksfirmen diese empfehlen können. Im Idealfall haben Sie mehrere Adressen, von denen Sie sich ein Angebot einholen können. Empfehlung vom Fachbetrieb: Haben Sie gute Erfahrungen mit einer Fachfirma gemacht, fragen Sie diese ruhig nach einer Empfehlung für ein anderes Gewerk. Fachfirmen kennen sich untereinander, arbeiten auf verschiedenen Baustellen zusammen und wissen, wer gute Arbeit leistet. Fachbetriebe im Internet finden: Auch im Internet können Sie Handwerksfirmen über Handwerksportale finden. Die Verbraucherzentrale hat hierfür extra eine Checkliste zusammengestellt. Geben Sie dafür die Suchbegriffe »Checkliste Handwerkerportale Verbraucherzentrale« in die Suchmaschine Ihrer Wahl ein. Dort erfahren Sie, wie Sie eine geeignete Fachfirma über Handwerksportale im Internet finden. Projekte besichtigen: Lassen Sie sich, wenn möglich, bereits gebaute und umgesetzte Projekte von der Fachfirma zeigen, oder schauen Sie sich diese selbst an, falls die Fachfirma aus Ihrer Region kommt.

Angebote vergleichen und beauftragen Nun haben Sie beispielsweise drei verschiedene Handwerksfirmen identifiziert, die für Sie in Frage kommen und die Heizungsanlage modernisieren sollen. Bevor Sie jedoch eine Firma beauftragen, sollten Sie die nachfolgenden Punkte beherzigen: Leistung definieren: Bevor Sie ein Angebot von einer Firma einholen können, sollten Sie sich darüber im Klaren sein, was die Firma eigentlich machen soll. Erstellen Sie

daher eine kleine Leistungsbeschreibung inklusive des Zeitraums, in dem die Arbeiten durchgeführt werden sollen. Je genauer die Angaben sind, desto genauer werden die Angebote, und desto besser können Sie verschiedene Angebote vergleichen. Die Erstellung der Leistung benötigt ebenfalls Zeit, die Sie sich nehmen sollten. Bei größeren Aufgaben sollten Sie Architekturschaffende und Fachplanende zurate ziehen, da es durchaus passieren kann, dass Sie die ein oder andere Leistung vergessen, die zusätzlich notwendig ist. Vor-Ort-Termin ausmachen: Machen Sie mit jeder Firma einen einzelnen Vor-OrtTermin aus, und erklären Sie ihr die gewünschte Leistung. Dies hat mehrere Vorteile. Zum einen kennt die Firma die Gegebenheiten vor Ort, kann alternative Lösungen und Ideen präsentieren, und Sie können gegebenenfalls Ihre Leistungsbeschreibung anpassen. Zum anderen lernen Sie die Mitarbeitenden der Handwerksfirma kennen, können Fragen stellen und bekommen ein Gefühl für die Firma. Angebot von mehreren Firmen einholen und Auftrag vergeben: Fragen Sie anschließend die gleiche Leistung bei mehreren Firmen an, und fragen Sie auch, in welchem Zeitraum die Leistung ausgeführt werden kann. Dann können Sie die Angebote vergleichen. Diese sollten auf Ihre Leistungsbeschreibung eingehen und ähnliche Positionen beinhalten. Wenn Sie nicht übertreiben, können Sie in dieser Phase auch noch über eine Kostenreduktion sprechen, da Sie ja ein Vergleichsangebot haben. Allerdings ist hier etwas Feingefühl notwendig, damit Sie am Ende auch noch eine ordentliche und zufriedenstellende Leistung erhalten. Qualität und Fachwissen haben ihren Preis. Haben Sie sich für eine Firma entschieden, können Sie mit dieser einen Vertrag schließen und diese beauftragen. Vermeiden Sie mündliche Vereinbarungen.

Lesen Sie sich die verschiedenen Angebote aufmerksam durch, und vergleichen Sie die aufgelisteten Leistungen. Dort sollten bei allen Angeboten ähnliche Positionen für Materialmengen und Arbeitsstunden mit Preisen zu finden sein. Achten Sie zudem auf versteckte Kosten wie Anfahrtskosten, Steuern, zusätzliche Lieferkosten oder Nacht- und Wochenendzuschläge. Beauftragen Sie eine Firma nur, wenn Sie alle Kosten verstanden haben. Sollten Ihnen in einem Angebot Positionen auffallen, die in einem anderen fehlen, fragen Sie nach, ob diese Leistung notwendig ist. Falls die Anfrage bejaht und begründet wird, fragen Sie bei den anderen Firmen nach, ob diese Leistung in deren Angebot enthalten ist und ebenfalls durchgeführt wird. Die Entscheidung sollte zudem nicht immer für das billigste Angebot fallen, sondern für die Firma, die vertrauenswürdiger ist und am besten zu Ihnen passt.

Ausführung und Abschluss der Leistung

Auch während der Ausführung der Leistung und der Abnahme gibt es einige Punkte zu beachten. Abrechnung der Leistung: Die angebotenen Leistungen der Firma basieren auf einer vorher getätigten Schätzung. Die Rechnungssumme kann daher geringer ausfallen als der angebotene Preis. Eine gute Fachfirma legt Ihnen einen Stundenzettel sowie die Materialmengen (auch Materialmassen genannt) vor, sodass nur die tatsächlich erbrachten Leistungen abgerechnet werden. Änderungswunsch bei der Leistung: Sollten Sie während der Leistungsausführung einen Änderungswunsch haben, kann Ihnen die Firma diesen in Rechnung stellen, da Sie gegebenenfalls mehr Material und mehr Zeit benötigt. Dies erfolgt dann über ein Nachtragsangebot, in dem die geänderte Leistung angeboten wird. Überlegen Sie sich daher im Vorhinein, was Sie wollen. Nachtragsleistungen können oft hohe Kosten verursachen. Dies nutzen unseriöse Firmen aus, um zunächst mit einem übertrieben günstigen Angebot einen Zuschlag für den Auftrag zu erhalten und später über alle scheinbar notwendigen Nachträge bei der Schlussrechnung überteuert einen Gewinn machen zu können. Abnahme der Leistung: Wenn die Fachfirma mit ihren Arbeiten fertig ist, sollten Sie die Ergebnisse prüfen. Mängel dokumentieren Sie mit einem Foto und übersenden diese der Fachfirma. Die Mängel müssen dann beseitigt werden. Nach Bürgerlichem Gesetzbuch (BGB) steht Ihnen auf die erbrachte Leistung ein Gewährleistungsanspruch zu. Sollten Sie mit dem Ergebnis unzufrieden sein, reden Sie zunächst mit der Fachfirma, und versuchen Sie, das Problem zu erörtern und zu lösen. Im Zweifelsfall können Sie auch einen Sachverständigen hinzuziehen. Sind Sie mit dem Werk der Handwerksfirma zufrieden, erkennen Sie die Arbeit an, und die Leistung ist abgenommen. Die Abnahme ist eine wichtige Phase. Vor der Abnahme können Sie noch definieren, was Sie als Mangel empfinden, und der Handwerker muss das Gegenteil beweisen. Nach der Abnahme müssen Sie beweisen, dass es ein Mangel ist, bevor der Handwerker diesen beheben muss. Rechnung und Bezahlung: Ist die Leistung erbracht und abgenommen, erhalten Sie die Rechnung der Firma, welche Sie anschließend bezahlen. In der Rechnung sind alle Positionen, wie Materialmengen, Stunden- und Fahrtkosten, aufgelistet.

Im Handwerk sind Anzahlungen unüblich. Bei umfangreichen Arbeiten können jedoch Abschlagszahlungen üblich sein. Diese stellen Teilzahlungen für bereits erbrachte Leistungen dar. Trotzdem wird Ihnen eine seriöse Handwerksfirma erst eine abschließende Rechnung (sogenannte Schlussrechnung) stellen, wenn ihre Leistung vollständig erbracht und im Wesentlichen frei von Mängeln ist. Bei eventuellen Mängeln haben Sie das Recht, einen angemessenen Teil der

Schlussrechnung zurückzuhalten (sogenannter Einbehalt), bis die Mängel behoben sind. Es ist wichtig, dass Sie diese Aspekte im Voraus mit der Handwerksfirma besprechen und gegebenenfalls vertraglich regeln. Ein Teil der Handwerkerrechnung ist zudem steuerlich absetzbar. Informieren Sie sich daher, bevor Sie die nächste Steuererklärung einreichen. Im Handwerk gibt es immer wieder Fälle von Schwarzarbeit. Diese sollten Sie keinesfalls unterstützen. Die Mitarbeitenden in diesen Firmen könnten illegal beschäftigt sein. Sie haben vielleicht keine Arbeitserlaubnis, erhalten mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht den gesetzlichen Mindestlohn und sind auch nicht versichert. Zudem werden fair agierende Fachbetriebe durch die Schwarzarbeit benachteiligt. Für Sie persönlich gibt es ebenfalls Nachteile, denn ohne Rechnung und Vertrag gibt es keine Gewährleitung oder Garantie. Weiterhin drohen hohe Strafen, falls Sie und der Betrieb erwischt werden.

Teil IV

Praxisteil hydraulischer Abgleich

 

IN DIESEM TEIL … Erfahren Sie, was ein hydraulischer Abgleich ist, welche Bauteile Sie benötigen und wie er durchgeführt wird. Sie erhalten Empfehlungen zum hydraulischen Abgleich und Tipps, worauf es zu achten gilt. Sie können anhand einer Beispielrechnung den hydraulischen Abgleich nachvollziehen und ein tieferes Verständnis erhalten.

Kapitel 20

Den hydraulischen Abgleich verstehen und umsetzen IN DIESEM KAPITEL Erfahren Sie, warum ein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden muss und was ein hydraulischer Abgleich ist. Lernen Sie die notwendigen Bauteile für den hydraulischen Abgleich kennen. Lernen Sie verschiedene Varianten, Kosten und das Einsparpotenzial kennen. Erfahren Sie die Vorgehensweise für einen hydraulischen Abgleich in wenigen Schritten.

In Kapitel 5 haben Sie die Warmwasserheizung kennengelernt, welche in fast jedem Wohngebäude in Deutschland zu finden ist. Damit eine Warmwasserheizung richtig funktioniert, muss ein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden. In Neubauten ist der hydraulische Abgleich daher verpflichtend und Bestandteil einer funktionierenden Heizungsanlage. Ungefähr 80 % der Heizungsanlagen in Bestandsgebäuden sind jedoch nicht hydraulisch abgeglichen. Hier schlummert ein riesiges Energieeinsparpotenzial! In diesem Kapitel erfahren Sie, was ein hydraulischer Abgleich ist, warum er durchgeführt werden muss, welche Möglichkeiten es gibt, ihn durchzuführen, welche Komponenten Sie benötigen und welches Energieeinsparpotenzial bei noch nicht abgeglichenen Anlagen zu erwarten ist.

Der hydraulische Abgleich Die Hydraulik ist die Lehre vom Strömungsverhalten von Flüssigkeiten. Da sich in einer Warmwasserheizung das Medium Wasser als Energieträger befindet, optimieren Sie mit einem hydraulischen Abgleich das Fließverhalten des Heizungswassers und somit auch die Wärmeverteilung im Gebäude. Der hydraulische Abgleich muss für alle wasserführenden Anlagen durchgeführt werden, die Wasser als Energieträger nutzen, also auch für Trinkwarmwasserzirkulationsnetze und Kaltwassersysteme. Ein ähnliches Prinzip

findet sogar bei Lüftungsanlagen statt, denn auch die Luft ist ein Fluid wie das Wasser. Zur Vereinfachung wird der hydraulische Abgleich in diesem Kapitel anhand einer Heizungsanlage erklärt.

Warum der hydraulische Abgleich durchgeführt wird Sie fragen sich nun vielleicht, warum die Wärmeverteilung und das Fließverhalten im Heizungsnetz überhaupt verbessert werden müssen? Es gibt doch Thermostate, die sich automatisch schließen, wenn es im Raum zu warm ist. Die Aufgabe eines Thermostates ist jedoch nicht die Regulierung der Wärmezufuhr in einen Heizkörper, sondern die Temperaturregelung in einem Raum. Ein Thermostatventil besteht aus einem Thermostatkopf, welcher umgangssprachlich auch Thermostat genannt wird, und einem Heizkörperventil. Mehr Informationen finden Sie dazu in Kapitel 5 im Abschnitt »Thermostatventile für Heizkörper«. Stellen Sie sich einen Wassereimer mit einem großen und einem kleinen Loch vor, wie in Abbildung 20.1 zu sehen. Das meiste Wasser wird durch das große Loch fließen, da das kleine Loch dem Wasser mehr Widerstand bietet.

Abbildung 20.1: Prinzip von Widerständen im Heizungsnetz

Wenn Sie nun das große Loch auf die Größe des kleinen Lochs reduzieren, haben beide den gleichen Widerstand, es fließt durch beide Löcher die gleiche Menge Wasser und somit auch die gleiche Wärmemenge. Da Sie nicht überall die gleiche Wärmemenge benötigen, berechnen Sie bei einem hydraulischen Abgleich, wie viel Wärme ein Raum benötigt. Daraus können Sie die Wassermenge für jeden Heizkörper ableiten. Die Begrenzung der Wassermenge an einem Heizkörper erfolgt durch voreinstellbare

Heizkörperventile, die Sie in Abbildung 20.2 sehen können. Dort ist der Querschnitt eines voreinstellbaren Heizkörperventils mit sechs Voreinstellstufen dargestellt. Die Voreinstellung erfolgt mit einem Voreinstellschlüssel oder per Hand. Jede Voreinstellstufe entspricht dann einer bestimmten Wassermenge.

Abbildung 20.2: Voreinstellbares Heizkörperventil mit sechs Voreinstellstufen zur Begrenzung der Wassermenge

Die Hauptfunktion eines Thermostatkopfes besteht in der Temperaturregelung von Räumen. Auch wenn durch das Öffnen und Schließen der Thermostate der Volumenstrom erhöht oder verringert wird, kann die Regelgüte der Thermostate und damit eine effiziente Temperaturregelung nur mit einer voreingestellten Wärmemenge sichergestellt werden, die über voreinstellbare Heizkörperventile erfolgt. Thermostatköpfe ersetzen daher keinen hydraulischen Abgleich!

Probleme ohne einen hydraulischen Abgleich Ohne einen hydraulischen Abgleich wählt das strömende Wasser in einem Heizungsnetz immer den Weg des geringsten Widerstandes. Wenn Sie die Wassermenge vor einem Heizkörper nicht begrenzen, sind Heizkörper, die sich nah an der Wärmequelle befinden, mit Wärme überversorgt. Heizkörper die sich hingegen weiter entfernt oder im Dachgeschoss befinden, erhalten kaum Wärme und sind unterversorgt. Wenn Sie im Dachgeschoss wohnen und dann über eine kalte Wohnung klagen, muss eine Lösung her. Die Lösungen sind meist »Erste-Hilfe-Maßnahmen«, welche die Anhebung der Vorlauftemperatur, die Anhebung der Pumpenleistung und die Verkürzung der Nachtabsenkung bedeuten.

Diese Maßnahmen sorgen zwar für die Wärmeversorgung in weit entfernten Räumen, bringen jedoch neue Probleme mit sich: Durch die Anhebung der Vorlauftemperatur erfolgt eine Temperaturanhebung im gesamten Gebäude, was einen höheren Energiebedarf zur Folge hat. Außerdem bleibt die Rücklauftemperatur hoch, weshalb ältere Heizungsanlagen öfters in den Ruhemodus fahren und kurz darauf wieder anfahren müssen. Dieses »Stop-and-go« (Takten) ist für viele Anlagenkomponenten nicht nur energetisch ungünstig, sondern verringert auch deren Lebensdauer. Durch die Erhöhung der Pumpenleistung werden der Volumenstrom und der Förderdruck erhöht, damit das Wasser auch bis in die letzten Ecken des Heizungsnetzes gelangt. Die Pumpe benötigt dafür mehr Energie. Durch höhere Volumenströme sinkt die Regelgüte der Thermostate, und die Raumtemperatur lässt sich schwerer Regeln, da die Thermostate dafür nicht konzipiert sind. Bereits überheizte Räume nahe der Wärmequelle und Umwälzpumpe erhalten zu viel heißes Heizungswasser und werden noch stärker überheizt, sodass die hohen Raumtemperaturen meist nur durch übermäßiges Lüften angepasst oder gesenkt werden können. Dies hat ebenfalls einen höheren Energieverbrauch zur Folge. Durch einen hohen Volumenstrom entstehen Fließ- und Knackgeräusche im Heizungssystem. Die Knackgeräusche entstehen besonders beim Aufheizen, da heißes Wasser mit hoher Geschwindigkeit transportiert wird, sodass sich alle im Heizungsnetz befindlichen Komponenten temperaturbedingt zu schnell ausdehnen. Da sich das Wasser mit hohen Volumenströmen seinen eigenen Weg sucht, nicht geleitet wird und immer den geringsten Widerstand nimmt, treten stark schwankende Druckdifferenzen im Heizungsnetz auf. Dies ist ebenfalls ungünstig für Regelarmaturen wie Thermostatventile und verschlechtert deren Regelgüte.

Optimierte Heizung mit einem hydraulischen Abgleich In einem hydraulisch abgeglichenen System sind das Fließverhalten des Heizwassers und die Verteilung der Wärme optimiert. Die Optimierung bezieht sich dabei auf das gesamte Heizsystem, beginnend beim Wärmeerzeuger über die Wärmeverteilung hin zur Wärmeübergabe an der Heizfläche. Dadurch haben Sie keine bevorteilten oder benachteiligten Heizkörper, optimieren das Regelverhalten der Thermostate und senken Ihren Energieverbrauch. Der hydraulische Abgleich ist somit eine ausgezeichnete Maßnahme zur Energieeinsparung und zur Verbesserung der Behaglichkeit. In Abbildung 20.3 ist beispielhaft eine Zweirohrheizungsanlage mit und ohne hydraulischen Abgleich zu sehen.

Abbildung 20.3: Heizungsanlage mit und ohne hydraulischen Abgleich

In Schwerkraftheizungen (siehe Kapitel 5 im gleichnamigen Abschnitt) musste das Fließverhalten des Heizwassers bereits früher mittels Rohrnetzberechnung genau ermittelt werden, da die Heizung nach dem Schwerkraftprinzip sonst nicht funktionierte. Schwerkraftheizungen sind jedoch schwer regelbar und benötigen viel Energie für die hohen Systemtemperaturen. Mit der Einführung der Umwälzpumpen konnten die Systemtemperaturen reduziert und Wasser konnte effizienter im Gebäude verteilt werden. Gleichzeitig wurden viele Rohrnetzberechnungen vernachlässigt und Heizungssysteme »wild« gebaut. Es galt das Motto: »Die Pumpe wird's schon richten.« Mit steigenden Energiepreisen, Behaglichkeitseinbußen und einer schlechten Regelgüte schlug die Geburtsstunde des hydraulischen Abgleichs.

Statischer, dynamischer- und automatischer hydraulischer

Abgleich Wenn Sie sich über den hydraulischen Abgleich informieren, werden Sie verschiedene Möglichkeiten, Vorgehensweisen und Philosophien finden. Viele sind erprobt, manche sind neu und unbekannt, und einige funktionieren eher schlecht als recht. Dennoch haben alle das gleiche Ziel: die Optimierung der Wärmeverteilung und des Fließverhaltens vom Heizungswasser. Im Allgemeinen wird bei Zweirohrheizungen zwischen dem statischen und dem dynamischen hydraulischen Abgleich unterschieden, welche nachfolgend beschrieben werden. Zum automatischen hydraulischen Abgleich finden Sie zudem eine Anmerkung. Die vielleicht wichtigsten Bauteile bei einem hydraulischen Abgleich sind voreinstellbare Heizkörperventile, die den Volumenstrom (Wassermenge) am Heizkörper und dadurch die Wärmemenge begrenzen. Die Technik für voreinstellbare Heizkörperventile hat sich positiv weiterentwickelt. So gibt es heutzutage neben normalen voreinstellbaren Heizkörperventilen auch druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile (kurz: druckunabhängige Heizkörperventile), die von allen namhaften Herstellern, wie zum Beispiel Danfoss, IMI Heimeier, Oventrop oder Honeywell, angeboten werden. Da sich die Druckverhältnisse im Heizungsnetz im Teillastfall ändern und die Volumenströme Schwankungen unterliegen, besitzen druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile eine interne Differenzdruckregelung und halten den Druckverlust sowie den voreingestellten Volumenstrom über dem Ventil jederzeit konstant. In Kapitel 21 im Abschnitt »Der Unterschied zwischen druckunabhängigen und druckabhängigen Heizkörperventilen« werden die Unterschiede genauer beschrieben.

Statischer hydraulischer Abgleich Beim statischen hydraulischen Abgleich wird der Volumenstrom über voreinstellbare Heizkörperventile am Heizkörper eingestellt. In größeren Gebäuden kommen zusätzlich manuelle Strangregulierventile zum Einsatz. Über diese wird bereits im Strang eine Voreinstellung vorgenommen, sodass zu den dahinterliegenden Heizkörpern eine reduzierte Wassermenge strömt. In Abbildung 20.4 ist beispielhaft ein Strangregulierventil im Rücklauf (1) eines Heizungsstrangs dargestellt. Im Vorlauf befindet sich ein Absperrventil (2). Über die Einstellkulisse (3) kann die Voreinstellung vorgenommen und abgelesen werden.

Abbildung 20.4: Strangregulierarmatur mit Einstellkulisse

Bei einem statischen hydraulischen Abgleich ist das Heizungsnetz für den Volllastfall (Auslegungsfall) berechnet. Im Teillastfall und bei sich ändernden Bedingungen im Heizungsnetz erfolgt jedoch keine Anpassung der hydraulischen Gegebenheiten. Der statische hydraulische Abgleich ist zwar besser als kein hydraulischer Abgleich, aufgrund der technischen Entwicklung jedoch nicht mehr zu empfehlen. Es gibt Vorgehensweisen und Anleitungen, um den statischen hydraulischen Abgleich über die Rücklaufverschraubung eines Heizkörpers durchzuführen. In Abbildung 20.5 ist beispielhaft die Rücklaufverschraubung eines Heizkörpers eingekreist. Die eigentliche Aufgabe einer Rücklaufverschraubung ist es, einen Heizkörper schnell abzusperren, zu leeren oder zu befüllen, wenn Reparaturen an diesem durchgeführt werden müssen. Die Voreinstellung über die Rücklaufverschraubung ist für einen hydraulischen Abgleich nicht zu empfehlen, da die Voreinstellung nur schwer nachvollziehbar und sehr ungenau ist. Zudem lässt sich der Vorgang kaum dokumentieren.

Abbildung 20.5: Rücklaufverschraubung an einem Heizkörper – Quelle: vladdeep, Stock.Adobe.com

Dynamischer hydraulischer Abgleich Bei einem dynamischen hydraulischen Abgleich kommen druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile zum Einsatz, über die der Volumenstrom ebenfalls voreingestellt wird. In den Ventilen befindet sich zusätzlich ein interner Differenzdruckregler, der den Druckverlust und den Volumenstrom über dem Ventil im Voll- und Teillastbetrieb konstant hält. Somit gibt es bei sich ändernden Drücken und Volumenströmen im Heizungsnetz keine über- oder unterversorgten Heizkörper. In größeren Gebäuden mit einem verzweigten Heizungsnetz werden zudem automatische Strangregulierventile (engl. differential pressure control valves, DPCV) für jeden Heizungsstrang eingesetzt. Diese sorgen für eine Volumenstrombegrenzung sowie einen konstanten Differenzdruck in den jeweiligen Strängen im Voll- und Teillastfall. Der Einsatz von automatischen Strangregulierventilen wird ab einer Pumpenförderhöhe von 1,5 Metern Wassersäule (mWS) empfohlen (mehr zur Pumpenförderhöhe erfahren Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Die Förderhöhe einer Pumpe«). Automatische Strangregulierventile bestehen aus einem Strangregulierventil und einem Differenzdruckregler. In Abbildung 20.6 ist ein automatisches Strangregulierventil, bestehend aus Strangregulierventil und Differenzdruckregler, abgebildet. Das Strangregulierventil besteht aus einem Voreinstellventil im Rücklauf (1) und einem Partnerventil im Vorlauf (2). Zwischen Vor- und Rücklauf gibt es eine Impulsleitung (4) sowie einen sichtbaren Membranteller (3) für die Differenzdruckreglung. Automatische Strangregulierventile

werden nur in Zweirohrheizungen eingesetzt!

Abbildung 20.6: Automatisches Strangregulierventil, bestehend aus Strangregulierventil und Differenzdruckregler

In kleineren Gebäuden wie Ein- und Zweifamilienhäusern sind hingegen druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile ausreichend. Diese sorgen im Vollund Teillastfall für einen konstanten Differenzdruck über den Ventilen und verbessern die Regelgüte der Thermostatköpfe. Wenn Sie einen hydraulischen Abgleich durchführen möchten, sollten Sie die Komponenten für einen dynamischen hydraulischen Abgleich wählen, welche später in diesem Kapitel vorgestellt werden.

Automatischer hydraulischer Abgleich In der Werbung wird oft vom automatischen hydraulischen Abgleich oder adaptiven hydraulischen Abgleich gesprochen. Geworben wird mit elektronischen beziehungsweise smarten Thermostaten, die den hydraulischen Abgleich aufgrund eines Regelalgorithmus von allein durchführen sollen. Für diese Systeme fehlen jedoch valide Erfahrungswerte. Es ist daher ratsam, sich genau zu informieren und bei solchen Aussagen kritisch zu bleiben. Eine vollständige Automatisierung des hydraulischen Abgleichs ist eine komplexe Aufgabe und selten ohne Weiteres umsetzbar.

Seriöse Hersteller weisen deshalb darauf hin, dass ein gut funktionierender hydraulischer Abgleich nur in Kombination mit Berechnung und Automatik erreicht werden kann. Dies würde dann einem dynamischen hydraulischen Abgleich mit elektronischen beziehungsweise smarten Thermostaten entsprechen. Eine Berechnung der Volumenströme ist somit weiterhin notwendig.

Bauteile für den hydraulischen Abgleich: Empfehlung zur Durchführung Ein hydraulischer Abgleich sollte in Zweirohrheizungen, Einrohrheizungen sowie Fußboden- und Flächenheizungen durchgeführt werden (siehe Kapitel 5 in den Abschnitten »Wärmeverteilungsarten« und »Wärmeübergabe«). Da diese Systeme unterschiedlich funktionieren, gibt es auch verschiedene Bauteile und Strategien für die hydraulische Optimierung. Nachfolgend sind Empfehlungen zur Durchführung eines hydraulischen Abgleichs für die verschiedenen Systeme vorgestellt.

Hydraulischer Abgleich in der Zweirohrheizung Die Heizkörper in einer Zweirohrheizung sind mit zwei separaten Heizungsrohren verbunden. Über den Vorlauf gelangt das warme Wasser zum Heizkörper, und über den Rücklauf fließt es zurück zum Wärmeerzeuger. Den hydraulischen Abgleich in Zweirohrheizungen erreichen Sie am besten durch die Voreinstellung von druckunabhängigen voreinstellbaren Heizkörperventilen an den Heizkörpern. Zudem werden elektronisch geregelte Umwälzpumpen eingesetzt. Die Einstellungswerte für die Heizkörperventile und die Umwälzpumpe werden berechnet. In Kapitel 21 lernen Sie dies anhand eines Beispiels. Bei der Durchführung eines hydraulischen Abgleichs lohnt sich der Einsatz elektronischer oder smarter Heizkörperthermostate. Dadurch steigern Sie ihr Energieeinsparpotenzial (siehe Kapitel 13 im Abschnitt »Alte Thermostatköpfe tauschen«). Nachfolgend sind die empfohlenen Komponenten für einen hydraulischen Abgleich in einer Zweirohrheizung aufgelistet. Druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile: Durch die Voreinstellung der Heizkörperventile an den Heizkörpern wird eine Volumenstrombegrenzung vorgenommen und damit die notwendige Wärmemenge festgelegt. Hier sind druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile zu empfehlen, da diese den Differenzdruck und den Volumenstrom über dem Ventil im Voll- und Teillastfall konstant halten. Neue Thermostatköpfe: Tauschen Sie Ihre alten Thermostatköpfe gegen neue aus. So erreichen Sie eine optimale Regelgüte der Raumtemperaturen. Durch den Einsatz

elektronischer oder smarter Thermostate steigern Sie zusätzlich ihr Energieeinsparpotenzial. Automatische Strangregulierarmaturen: In größeren Gebäuden kommen in jedem Strang automatische Strangregulierarmaturen zum Einsatz, wie im Abschnitt »Dynamischer hydraulischer Abgleich« in diesem Kapitel beschrieben. Elektronisch geregelte Umwälzpumpe: Eine energieeffiziente und elektronisch geregelte Umwälzpumpe spart bis zu 90 % Antriebsenergie im Vergleich zu einer stufengeregelten Umwälzpumpe. Sollten Sie noch eine alte Pumpe im Heizungskeller haben, lohnt sich daher der Austausch im Zusammenhang mit einem hydraulischen Abgleich. Mit der richtigen Einstellung sorgen Sie zudem für eine gleichmäßige und geräuscharme Verteilung des Heizwassers im Heizungsnetz. In Abbildung 20.7 sind die wichtigsten Bauteile für einen hydraulischen Abgleich in einer Zweirohrheizung abgebildet. Dazu gehören neue Thermostatköpfe, druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile und eine richtig eingestellte elektronisch geregelte Umwälzpumpe. Im Zuge eines hydraulischen Abgleichs werden diese von einer Fachfirma eingebaut.

Abbildung 20.7: Bauteile zur Durchführung eines hydraulischen Abgleichs in Zweirohranlagen

Hydraulischer Abgleich in Einrohrheizungen Anlagen mit Einrohrheizungen sind noch weit verbreitet, werden aber heutzutage nicht mehr gebaut, da die Warmwasserverteilung allein durch die Konstruktion der Einrohrheizung zu komplex ist. In einer Einrohrheizung sind Vor- und Rücklauf an einen

Strang angeschlossen, sodass der erste Heizkörper in einem Strang immer das wärmste und der letzte Heizkörper immer das kälteste Wasser bekommt. Bei der Planung einer Einrohrheizung muss die Wasserverteilung daher genau berechnet werden, damit diese funktioniert. Mehr Informationen zur Einrohrheizung und deren Funktion finden Sie in Kapitel 5 im gleichnamigen Abschnitt. Ein hydraulischer Abgleich ist auch in Einrohranlagen möglich. Die hydraulische Optimierung erfolgt jedoch nicht über die Heizkörperventile, sondern über die Einregulierung der einzelnen Stränge mit druckunabhängigen Regelventilen und thermostatischen Stellantrieben für die Rücklauftemperaturbegrenzung. In Abbildung 20.8 ist dies schematisch dargestellt.

Abbildung 20.8: Hydraulischer Abgleich für Einrohrheizungen

In Einrohrheizungen dürfen Sie keine druckunabhängigen voreinstellbaren Heizkörperventile einsetzen. Es lohnt sich auch nicht, normale voreinstellbare Heizkörperventile einzusetzen, da Sie diese offen lassen müssen. Sie brauchen daher die vorhandenen Heizkörperventile nicht auszutauschen, da der Abgleich über den Strang erfolgt. Sollten Sie dennoch die Ventile tauschen wollen, müssen diese den gleichen Kv-Wert (siehe Kapitel 21, Abschnitt »Der Unterschied zwischen druckunabhängigen und druckabhängigen Heizkörperventilen«) und das gleiche Verteilverhältnis haben. Einzig der Tausch alter Thermostatköpfe ist empfehlenswert. Nachfolgend sind die empfohlenen Komponenten für einen hydraulischen Abgleich in einer Einrohrheizung aufgelistet. Neue Thermostatköpfe: Auch bei einer Einrohrheizung lohnt sich der Tausch der

alten Thermostatköpfe gegen neue. Diese könne auch elektronisch oder smart sein. Die Heizkörperventile müssen Sie hingegen nicht tauschen. Strangweise druckunabhängige voreinstellbare Regelventile: Jeder Strang in der Einrohrheizung erhält im Rücklauf ein druckunabhängiges voreinstellbares Regelventil (engl. pressure independent control valves, PICV). Über diese wird ein fester Volumenstrom zur Wassermengenbegrenzung für den Strang eingestellt. Gleichzeitig sorgt ein interner Differenzdruckregler für stabile Druckverhältnisse im Strang. Rücklauftemperaturbegrenzer: Problematisch wird es im Teillastfall einer Einrohrheizung. Wird ein Heizkörper beispielsweise durch ein Thermostat geschlossen, steigt die Rücklauftemperatur an, und nachfolgende Räume können sich zu stark aufheizen. Dafür werden alle druckunabhängigen Regelventile mit einem zusätzlichen thermostatischen Stellantrieb für die Rücklauftemperaturregelung ausgestattet. Diese gibt es auch in elektronischer Ausführung. Elektronisch geregelt Umwälzpumpe: Auch bei einer Einrohrheizung sollten Sie ihre alte Pumpe gegen eine energieeffiziente und elektronisch geregelte Pumpe tauschen.

Hydraulischer Abgleich für Fußbodenheizungen Der hydraulische Abgleich einer Fußbodenheizung erfolgt über die Durchflussmengenanzeiger am Heizkreisverteiler. Hier können Sie die ermittelten Wassermengen für jeden Heizkreis einstellen. Je nach Heizkreismodell befinden sich diese im Vor- oder im Rücklauf. Für eine bessere Raumtemperaturregelung können Sie zudem elektrische Stellantriebe am Heizkreisverteiler anbringen, welche es auch von einigen Smart-Home-Anbietern gibt. Bei den Stellantrieben ist die Herstellerangabe zu beachten, ob diese sowohl für Vor- als auch für Rücklauf geeignet sind. In Abbildung 20.9 sehen Sie einen Heizkreisverteiler für Fußbodenheizungen mit elektrischen Stellantrieben im Vorlauf sowie Durchflussmengenanzeigern im Rücklauf.

Abbildung 20.9: Heizkreisverteiler einer Fußbodenheizung

Kosten, Förderung und Einsparpotenzial Da ungefähr 80 % aller Heizungsanlagen in Deutschland nicht hydraulisch abgeglichen sind und die Beheizung von Gebäuden einen großen Anteil am Gesamtwärmeverbrauch hat, wird die energieeffiziente Wärmeversorgung von Gebäuden staatlich gefördert. Dazu gehören auch der hydraulische Abgleich und der Tausch von alten Umwälzpumpen. Ein hydraulischer Abgleich lohnt sich in allen Gebäuden, bei allen Warmwasserheizsystemen und bei allen Wärmeerzeugern, die noch nicht abgeglichen sind. Sollte die Fachfirma Ihres Vertrauens versuchen, Ihnen den hydraulischen Abgleich madig zu machen, ist es Zeit, sich nach einer anderen Firma umzusehen. Eine gute Heizungsfachfirma wird Sie bei der Umsetzung des hydraulischen Abgleichs unterstützen und Ihnen mit Rat und Tat zur Seite stehen. Es kann sich zudem lohnen, darauf zu achten, ob tatsächlich jemand von Ventil zu Ventil geht und die berechneten Werte an den Ventilen einstellt, denn auf dem Papier ist das Häkchen »Hydraulischer Abgleich durchgeführt« schnell angekreuzt. Alternativ können Sie stichprobenartig Thermostate demontieren und die Voreinstellung an den Ventilen überprüfen.

Förderung des hydraulischen Abgleichs im Bestand

Der hydraulische Abgleich wird in Bestandsgebäuden vom Staat gefördert. Je nachdem, welche Sanierungsmaßnahme Sie an Ihrem Gebäude durchführen möchten, sind zwei verschiedene Vorgehensweisen für den hydraulischen Abgleich möglich: das Verfahren A und das Verfahren B. Die aktuellen Förderprogramme, Anforderungen und deren Konditionen finden Sie auf den Webseiten der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW, www.kfw.de) und des Bundesamts für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA, www.bafa.de). Verfahren A: Bei diesem Verfahren handelt es sich um ein Näherungsverfahren für den hydraulischen Abgleich. Hier werden viele Daten aufgrund von Erfahrungswerten überschlägig ermittelt. Das Verfahren ist bei Nutzflächen bis zu 500 m2 je Heizkreis zulässig, wenn dieser mit einer Pumpe oder einer Strangregulierarmatur ausgestattet ist. Das Verfahren A ist für die Förderung zum Austausch von Wärmeerzeugern und der Heizungsoptimierung zulässig. In Kapitel 21 wird das Verfahren A anhand eines Beispiels erklärt. Verfahren B: Dieses Verfahren ist wesentlich genauer und bedarf einer aufwendigen Datenaufnahme sowie einer Berechnung der Heizlast, Heizflächen und Voreinstellwerte. Aufgrund der Komplexität erfolgt die Berechnung mittels Software. Wenn Sie vorhaben, Ihr Gebäude nachträglich zu dämmen, und die Dämmmaßnahme fördern lassen wollen, ist das Verfahren B für den hydraulischen Abgleich erforderlich.

Einsparpotenzial durch einen hydraulischen Abgleich Je nach Zustand der Heizungsanlage lassen sich durch einen hydraulischen Abgleich zwischen 5 und 15 % an Heizenergie einsparen. Dabei ist das Einsparpotenzial in Altbauten mit veralteter Technik wesentlich höher als in modernen Bestandsgebäuden. Auch wenn in Ihrem Gebäude voreinstellbare Heizkörperventile und elektronisch geregelte Pumpen verbaut sind, heißt das noch nicht, dass diese auch optimal eingestellt sind. Das Energieeinsparpotenzial ist in einem modernen Gebäude mit den genannten Komponenten zwar geringer als in einem Altbau ohne diese Anlagenteile, aber nur durch die richtige Einstellung verbessern Sie die Funktion Ihrer Heizungsanlage und sorgen für mehr Behaglichkeit sowie einen effizienten Energieeinsatz.

Kosten für einen hydraulischen Abgleich Wenn Sie neu bauen, brauchen Sie sich keine Gedanken zu machen, denn in Neubauten ist der hydraulische Abgleich verpflichtend umzusetzen. Für die Umsetzung im Bestand können je nach Zustand der Heizungsanlage verschiedene Kosten anfallen. Das Teuerste an einem hydraulischen Abgleich sind die Datenaufnahme, die Komponenten und deren Einbau. Für die Berechnung des hydraulischen Abgleichs nutzen Fachfirmen moderne Software, die es auch für Bestandsgebäude gibt. In der Regel beinhaltet die Durchführung

eines hydraulischen Abgleichs die nachfolgend aufgelisteten Komponenten und Dienstleistungen: Kosten und Anfahrt der Fachfirma Datenaufnahme: Aufmaß der Räume, der Heizkörper und des Rohrnetzes Berechnung der Pumpengröße, Systemtemperaturen und Voreinstellwerte für die Komponenten Materialkosten für Komponenten: Thermostatventile (Thermostatköpfe + Heizkörperventile), Umwälzpumpen, gegebenenfalls Strangregulierarmaturen Einbau und Einstellung der Komponenten: Thermostatventile, Umwälzpumpen, gegebenenfalls Strangregulierarmaturen Entleerung, Spülung, Befüllung und Entlüftung der Heizungsanlage Aufgrund der aktuellen Preis- und Inflationsentwicklung ist es schwierig, validierte Kosten für die Durchführung eines hydraulischen Abgleichs anzugeben. Ein hydraulischer Abgleich ist jedoch eine geringinvestive Maßnahme, sodass die Amortisationszeit je nach Einsparung zwischen fünf und zehn Jahren liegt. Manche Fachfirmen »vergessen«, die Voreinstellung an den Ventilen und den Umwälzpumpen vorzunehmen. Bevor die Leistung von Ihnen abgenommen wird, gehen Sie durch alle Räume, demontieren Sie nach dem Zufallsprinzip zwei bis drei Thermostatköpfe, und vergleichen Sie die überreichten Voreinstellungswerte. In der Liste sollten der Raum, die Heizkörpernummer, der Voreinstellungswert sowie die Wassermenge stehen. Steht in der Liste für den ausgewählten Heizkörper die Voreinstellung 2, könnte dies wie in Abbildung 20.10 aussehen. Die Voreinstellung steht dann auf Höhe der Einstellmarkierung am Ventil. Weichen Voreinstellungswerte ab (manchmal ist sogar nichts voreingestellt), bemängeln Sie diesen Zustand, und lassen Sie die Voreinstellung erneut von der Fachfirma durchführen.

Abbildung 20.10: Voreinstellung am Heizkörperventil

Vorgehensweise: In wenigen Schritten zum hydraulischen Abgleich Egal, ob Neu- oder Altbau, die Vorgehensweise für einen hydraulischen Abgleich ist ähnlich, mit dem Unterschied, dass in Neubauten genaue Daten vorliegen. In Bestandsgebäuden fehlen diese Daten oft. Aufgrund von Erfahrungswerten können Sie die Daten jedoch vereinfacht ermitteln und erreichen damit gute Ergebnisse. Dabei gilt: Ein hydraulischer Abgleich auf Basis eines vereinfachten Verfahrens ist besser als kein hydraulischer Abgleich. In den nachfolgenden Schritten ist der Ablauf für Zweirohrheizungen in Bestandsgebäuden geschildert (in Neubauten erfolgen der hydraulische Abgleich und die Rohrnetzberechnung softwarebasiert). In Kapitel 21 können Sie die vereinfachte Vorgehensweise anhand einer Beispielrechnung nachvollziehen. Sehen Sie den hydraulischen Abgleich als eine langfristige Optimierungsmaßnahme. Wenn mit Erfahrungs- und Näherungswerten gerechnet wird, kann es nach der ersten hydraulischen Optimierung immer sein, dass der ein oder andere Raum mit Wärme über- oder unterversorgt ist. Lassen Sie sich davon nicht entmutigen. Besprechen Sie dies mit einer Fachfirma, gehen Sie die berechneten Werte durch, und passen Sie diese gegebenenfalls an. Es wird sich lohnen, und Sie lernen Ihr Gebäude besser kennen.

Wichtig ist, dass Sie den ersten Schritt gemacht und die notwendigen Komponenten von einer Fachfirma haben einbauen lassen. Diese wird Ihnen bei Fragen zum hydraulischen Abgleich zur Verfügung stehen.

Schritt 1: Ermittlung der Raumheizlast Im ersten Schritt wird die Heizlast jedes einzelnen Raumes ermittelt. In Neubauten wird diese berechnet, in Altbauten können Sie diese überschlägig anhand von Baualtersklassen bestimmen. In Kapitel 5 im Abschnitt »Wie viel Wärme braucht ein Haus? – Die Heizlast« erfahren Sie mehr zum Thema Heizlast. Alternativ zur Ermittlung der Raumheizlast über Baualtersklassen gibt es auch Apps und Online-Auslegungsprogramme, die Ihnen bei der Heizlastberechnung in Bestandsgebäuden helfen können. Hier hinterlegen Sie Schritt für Schritt die Daten Ihres Gebäudes und können anschließend die Heizlast berechnen. Diese Programme sind in der Regel allerdings auch nur vereinfachte Verfahren, die heute nach Norm nicht mehr anerkannt sind. Für kleinere, einfachere Gebäude mit einheitlicher Nutzung ergeben sich allerdings gute Annährungen. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht der spezifischen Heizlast Gebäudetypen, mit der Sie rechnen können:

verschiedener

15–30 W/m2 Ultra-Niedrigenergiehaus (Drei-Liter-Haus) 25–40 W/m2 Niedrigenergiehaus 30–50 W/m2 Gebäude nach EnEV 2002 40–60 W/m2 Gebäude nach Wärmeschutzverordnung von 1995 60–100 W/m2 Gebäude nach Wärmeschutzverordnung von 1982 70–130 W/m2 Gebäude nach Wärmeschutzverordnung von 1977 130 – > 200 W/m2 Gebäude ohne Wärmeschutz vor 1977 Alternativ können auch vereinfachte Gebäudeklassen verwendet werden. Die Werte sind ähnlich: 10 W/m2 Passivhaus 30–50 W/m2 Neubau nach Wärmeschutz (Niedrigenergiehaus) 40–60 W/m2 Neubau nach Wärmeschutzverordnung 1995 60–100 W/m2 Gebäude mit leichter Wärmedämmung

> 120 W/m2 Altbau ohne besondere Wärmedämmung Anhand dieser Werte können Sie die Heizlast aller Räume in Ihrem Gebäude ermitteln. Hierfür nehmen Sie eine spezifische Heizlast in Watt pro Quadratmeter (W/m2) an, multiplizieren diese mit der Raumfläche ( Raumheizlast (

) und erhalten die spezifische

).

Die Raumheizlast berechnen Sie nun für alle Räume. Durch die Summierung erhalten Sie die Gesamtheizlast für Ihr Gebäude, was für die Auslegung eines Wärmeerzeugers wichtig ist. Sie können den Vorgang der Heizlastberechnung noch weiter verfeinern, indem Sie einen Aufschlag von 10 % auf die Raumheizlast für Eckräume, Räume mit großer Fensterfläche oder Räume mit höherer Temperatur (zum Beispiel Bäder) geben, da diese mehr Wärme benötigen als Räume mit kleinen Fenstern oder nur einer Außenwand.

Schritt 2: Datenaufnahme der Heizflächen Im zweiten Schritt nehmen Sie die Heizflächen und die Ventiltypen in Ihrem Gebäude raumweise auf. Dies ist für die Berechnung der Volumenströme notwendig und gibt Ihnen ein Verständnis für die Heizungsanlage. Folgende Daten werden benötigt: Heizkörpertyp (Flachheizkörper, Röhrenradiator, Badheizkörper usw.) Heizkörpermaße (Tiefe, Höhe, Länge in Millimetern) Ventiltyp (voreinstellbar ja/nein, Fabrikat, Anschlussdurchmesser) In größeren Gebäuden: Strang, an dem der Heizkörper hängt Anschließend ermitteln Sie die Systemtemperaturen, welche Sie über die Parameter der Heizkurve in der Heizungsregelung einsehen können (mehr Informationen zur Heizkurve finden Sie in Kapitel 13 im Abschnitt »Die Heizkennline optimieren«). Die Vorlauftemperaturen sind dort für den Vollastfall hinterlegt. Typische Vorlauftemperaturen (je nach Wärmeerzeuger und hinterlegter Heizkurve) sind 75 °C, 60 °C oder 50 °C. Mit einem hydraulischen Abgleich in Bestandsgebäuden versuchen Sie, für Niedertemperatur- und Brennwertheizungen eine Temperaturspreizung von 15 bis 20  Kelvin zwischen Vor- und Rücklauf anzustreben, denn je höher die Spreizung bei gleichem Volumenstrom ist, desto höher der Wärmestrom. Bei Brennwertgeräten wird außerdem versucht, möglichst niedrige Rücklauftemperaturen (daher hohe

Spreizung) zu erreichen. Wärmepumpen laufen hingegen bei niedrigeren Vorlauftemperaturen effizienter (daher niedrige Spreizung), sodass eine Spreizung von fünf bis zehn Kelvin angestrebt wird. In Tabelle 20.1 sind beispielhafte Systemtemperaturen für verschiedene Wärmeerzeuger gezeigt. Wärmeerzeuger

Vorlauf

Niedertemperaturkessel 75 °C

Rücklauf Spreizung Systemtemperaturen 55 °C

20 K

75/55

Brennwertkessel

50–75 °C 35–55 °C 15–20 K

50/35, 60/40, 75/55

Wärmepumpe

35–55 °C 30–45 °C 5–10 K

35/30, 45/35, 55/45

Tabelle 20.1: Beispielhafte Systemtemperaturen verschiedener Wärmeerzeuger

Schritt 3: Überprüfung der Heizkörperleistung Im dritten Schritt wird die Leistung der vorhandenen Heizkörper überprüft. Dieser Vorgang ist etwas aufwendig, hilft jedoch dabei, abzuschätzen, ob die vorhandene Heizkörperleistung in allen Räumen ausreichend ist. In der Regel können Sie davon ausgehen, dass Heizkörper in Bestandsgebäuden überdimensioniert verbaut wurden. Wenn Sie jedoch planen, eine Wärmepumpe im Bestandsgebäude einzusetzen, kann aufgrund der geringeren Systemtemperaturen die Heizkörperleistung einzelner Heizkörper nicht mehr ausreichen. Heizkörper mit geringer Leistung können Sie dann von einer Fachfirma austauschen lassen. Mehr Informationen dazu und wann sich eine Wärmepumpe im Altbau lohnt, lesen Sie in Kapitel 14.

Schritt 4: Berechnung der Volumenströme Im vierten Schritt wird der Volumenstrom für jeden Heizkörper berechnet. Hier kommt die goldene Formel der Gebäudetechnik zum Einsatz, welche in Kapitel 5 beschrieben wird. Anhand des notwendigen Wärmestroms , der Temperaturspreizung (ermittelt aus den Systemtemperaturen) und dem Faktor 0,86, welcher sich aus der Dichte und der spezifischen Wärmekapazität von Wasser ergibt (siehe Kapitel 5 im Abschnitt »Faktoren zur Vereinfachung der Berechnung«) können Sie den Volumenstrom berechnen. Der Volumenstrom wird in Litern pro Stunde (l/h) angegeben.

Als Wärmestrom kann entweder die vorhandene Heizkörperleistung oder die

Raumheizlast (aufgeteilt auf die vorhandenen Heizkörper im Raum) gewählt werden. Die Heizkörperleistung ist in vielen Altbauten überdimensioniert, sodass Sie die Raumheizlast als Größe für den Wärmestrom nehmen sollten.

Schritt 5: Voreinstellung der Heizkörperventile Durch die Voreinstellung voreinstellbarer Heizkörperventile nehmen Sie an jedem Heizkörper eine Begrenzung der Wassermenge vor. Die Ermittlung der Voreinstellungswerte für druckunabhängige- und konventionelle voreinstellbare Heizkörperventile erfolgt jedoch unterschiedlich. Druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile: An diesen Ventilen müssen Sie nur den Volumenstrom, also die Menge in Litern pro Stunde (l/h), einstellen. Die Ventile halten den Volumenstrom konstant, unabhängig von sich ändernden Druckdifferenzen im Heizungsnetz. Voreinstellbare Heizkörperventile: Bei normalen voreinstellbaren Heizkörperventilen ist der eingestellte Volumenstrom nur für den Vollastfall gültig und ändert sich bei sich ändernden Differenzdrücken im Heizungsnetz. Zur Ermittlung des Voreinstellungswerts muss daher ein Differenzdruck von beispielsweise 100 mbar über dem Ventil angenommen werden. Der Voreinstellungswert wird dann aus einem Auslegungsdiagramm abgelesen. Diese Auslegungsdiagramme finden Sie auf den Webseiten der Ventilhersteller.

Die Erfahrungswerte zu Differenzdrücken über Heizkörperventilen sind unterschiedlich. Die einen gehen von 100 mbar als gutem Wert aus, andere von 50  mbar. Auch hier gilt: Arbeiten Sie sich mit der Zeit an die optimalen Werte heran. Mehr Informationen dazu finden Sie in Kapitel 21 im Abschnitt »Der Unterschied zwischen druckunabhängigen und druckabhängigen Heizkörperventilen«.

Schritt 6: Umwälzpumpe berechnen Im letzten Schritt ermitteln Sie die Förderhöhe (siehe Kapitel 5 im Abschnitt »Die Förderhöhe einer Pumpe«) und den Förderstrom für die Umwälzpumpe. Für den Förderstrom summieren Sie die Volumenströme aller Heizkörper. Zur Berechnung der Förderhöhe machen Sie eine überschlägige Rohrnetzberechnung für den ungünstigsten Strang. Anhand der Daten können Sie anschließend die Umwälzpumpe für Ihr Heizungsnetz bestimmen.

Kapitel 21

Beispielrechnung für einen hydraulischen Abgleich IN DIESEM KAPITEL Erfahren Sie, wie ein hydraulischer Abgleich anhand eines überschlägigen Berechnungsverfahrens durchgeführt wird. Erfahren Sie, wie eine überschlägige Heizlastberechnung, die Berechnung der Heizkörperleistung sowie die Berechnung der Volumenströme erfolgt. Lernen Sie, wie die Voreinstellwerte für Heizkörperventile ermittelt werden und die Größe der Umwälzpumpe bestimmt wird.

Das Verfahren A für den hydraulischen Abgleich ist ein Näherungsverfahren, welches gute Ergebnisse liefert und für die Förderung von einigen Sanierungs- und Energiesparmaßnahmen zulässig ist. In Kapitel 20 im Abschnitt »Förderung des hydraulischen Abgleichs im Bestand« werden die beiden Verfahren A und B für den hydraulischen Abgleich vorgestellt. Fachfirmen nutzen auch für das Verfahren A in Bestandsgebäuden Berechnungssoftware, welche Zeit spart und für kleinere Gebäude kostenlos von Ventilherstellern zur Verfügung gestellt wird. Dazu gehören: OVplan von Oventrop, DanBasic von Danfoss oder EasyPlan von IMI Heimeier. Über diese Softwaretools lassen sich zudem in der Regel alle notwendigen Daten und Angaben für Förderanträge bei der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) und dem Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) ermitteln. Die Berechnung des hydraulischen Abgleichs für Zweirohr- und Einrohranlagen sowie Fußboden- und Flächenheizungen in Bestandsgebäuden stellt somit für eine gute Fachfirma kein Problem dar. Um den hydraulischen Abgleich besser zu verstehen, erfahren Sie in diesem Kapitel Schritt für Schritt, wie das Verfahren A händisch durchgeführt werden kann. Dazu gehören eine überschlägige Heizlastberechnung, die Überprüfung der Heizkörperleistung, die Berechnung der Volumenströme und Voreinstellwerte für die Heizkörperventile sowie die Auslegungsparameter der Umwälzpumpe.

Beispielgebäude für die Berechnung

Für die Berechnung ist folgendes Beispielgebäude definiert: Es handelt sich um ein frei stehendes Einfamilienhaus, welches 1935 gebaut und 2005 saniert wurde. Bei der Sanierung wurden die Fassade sowie das Dach gedämmt und alle Fenster erneuert. Als Heizsystem wurde eine Gasbrennwertheizung installiert. Das Gebäude hat eine beheizte Fläche von 100 m2 mit elf Heizkörpern, die auf alle Räume verteilt sind. Ein hydraulischer Abgleich wurde während der Sanierung nicht durchgeführt. Das Beispielgebäude sieht ähnlich aus wie das, das in Abbildung 21.1 zu sehen ist.

Abbildung 21.1: Beispielgebäude für den hydraulischen Abgleich

Überschlägige Heizlastberechnung In einem Neubau erfolgt die Heizlastberechnung mit den realen Gebäudedaten. In Bestandsgebäuden ist eine nachträgliche Heizlastberechnung oft nur über die Baualtersklasse von Gebäuden oder eine App möglich. In diesem Beispiel wird zur Vereinfachung die Heizlast über Baualtersklassen ermittelt. Die Heizlastberechnung mit einer App ist dem Rechnen mit spezifischen Werten vorzuziehen, da Sie hier mehr Daten hinterlegen können und genauere Ergebnisse

erhalten. Eine bekannte kostenlose App für die Heizlastberechnung in Bestandsgebäuden ist die App »Resido Heizlastberechnung«, welche ursprünglich von der Firma Honeywell entwickelt wurde. Das Unternehmen Resido ist heute ein ausgegliedertes Unternehmen von Honeywell.

Vorbereitung für die Heizlastberechnung Für die Heizlastberechnung werden ein paar Gebäudedaten zusammengestellt und die Grundrisse des Gebäudes benötigt. Sie oder die Fachfirma können dann aus diesen Daten eine Raumliste erstellen. In die Raumliste können zudem die Anzahl der Außenwände und der Fenster aufgenommen werden. Das Beispielgebäude hat die nachfolgenden Daten: Einfamilienhaus, unbeheizter Keller Baujahr 1935, saniert 2005 (Fassade, Dach, Fenster, Heizung) Gesamtfläche (beheizt): 100 m2 Auslegungsaußentemperatur (wurde früher Norm-Außentemperatur genannt) nach Postleitzahl: −14 °C Diese Daten reichen für die spezifische Ermittlung der Heizlast aus. In der überschlägigen Berechnung wird die Auslegungsaußentemperatur nicht berücksichtigt. Wenn Sie die Berechnung jedoch in einer App durchführen, können Sie durch die Eingabe des Standorts die Genauigkeit der Heizlastberechnung erhöhen. Alternativ können Sie die Auslegungsaußentemperatur über eine Postleitzahlensuche auf der folgenden Webseite des Bundesverbands Wärmepumpe e. V. finden: https://www.waermepumpe.de/normen-technik/klimakarte/

Raumliste Untergeschoss Die Raumliste für das Untergeschoss können Sie wie Tabelle 21.1 aufbauen. Diese ist aus dem Grundriss für das Erdgeschoss aus Abbildung 21.2 entstanden. Nummer Bezeichnung Außenwände Fenster Außentür Raumfläche 1

Vorraum

2

1

1

 6 m2

2

Gäste-WC

1

1

–

 1 m2

3

Waschraum

1

1

–

3,5 m2

4

Küche

1

1

–

10 m2

5

Wohnzimmer

3

3

1

27 m2

6

Flur

1

1

–

6,5 m2

Tabelle 21.1: Raumliste fürs Erdgeschoss

Raumliste Obergeschoss Die Raumliste für das Obergeschoss bauen Sie ähnlich auf, sodass Sie die Ergebnisse wie in Tabelle 21.2 auflisten. Der Grundriss für das Obergeschoss sieht aus wie in Abbildung 21.3.

Abbildung 21.2: Grundriss Erdgeschoss – Beispielgebäude Nummer Bezeichnung Außenwände Fenster Außentür Raumfläche  7

Schlafzimmer

2

1

–

 8 m2

 8

Bad

2

1

–

 6 m2

 9

Büro

2

1

–

13 m2

10

Gästezimmer

2

1

1

9 m2

11

Flur

2

2

–

10 m2

Tabelle 21.2: Raumliste fürs Untergeschoss

Abbildung 21.3: Grundriss Obergeschoss – Beispielgebäude

Wahl der spezifischen Heizlast nach Gebäudeklasse Als Nächstes erfolgt eine Einschätzung der Bausubstanz des Gebäudes, um eine spezifische Heizlast zu erhalten. Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Gängig ist die Wahl nach der energetischen Klasse von Gebäuden auf Basis der Baualtersklassen, wie sie in Kapitel 20 im Abschnitt »Schritt 1: Ermittlung der Raumheizlast« aufgelistet sind. Da es sich bei dem Beispielgebäude um einen sanierten Altbau handelt, ist die Gebäudeklasse nicht ganz so einfach zu ermitteln. Es sind beispielsweise erhöhte Wärmeverluste über die nicht sanierten Bereiche wie Keller oder Türen zu verzeichnen. Die Annahme der spezifischen Heizlast wird daher mit 60 bis 80 W/m2 bestimmt. Räume mit wenigen Außenbauteilen erhalten eine spezifische Heizlast von 60 W/m2, Räume mit einem hohen Außenwand- und Fensteranteil eine spezifische Heizlast von 80 W/m2. Wenn Sie mit Tabellenkalkulationsprogrammen wie »Microsoft Excel«, »OpenOffice Calc« oder »Google Spreadsheet« arbeiten, lohnt es sich bereits ab

diesem Punkt, eine Berechnungstabelle aufzubauen. Die nachfolgenden Formeln können Sie dann in die Tabelle integrieren und dort die Ergebnisse schneller ausrechnen und jederzeit anpassen.

Berechnung der Raumheizlast Mit den festgelegten Werten für die spezifische Heizlast und den ermittelten Raumflächen können Sie die Raumheizlast berechnen. Hierfür nehmen Sie die spezifische Heizlast ( ) in Watt pro Quadratmeter (W/m2), multiplizieren diese mit der Raumfläche ( ) in Quadratmeter (m2) und erhalten die spezifische Raumheizlast ( (W).

) in Watt

Die berechneten Raumheizlasten aller Räume finden Sie in Tabelle 21.3. Durch die Summierung der Raumheizlast erhalten Sie die überschlägig ermittelte Gebäudeheizlast. In Summe ergeben die Raumheizlasten eine Gesamtheizlast von 7.380 W, was bei einer Fläche von 100 m2 einer spezifischen Heizlast von 73,80 W/m2 entspricht. Mit diesen Daten ist es nun möglich, den nächsten Schritt für den hydraulischen Abgleich vorzubereiten und die Heizkörperdaten aufzunehmen. Nummer Raum

Fläche

Spez. Heizlast

Raumheizlast

 1

Vorraum

 6 m2

80 W/m2

 480 W

 2

Gäste-WC

 1 m2

60 W/m2

  60 W

 3

Waschraum

3,5 m2

60 W/m2

 210 W

 4

Küche

10

60 W/m2

 600 W

 5

Wohnzimmer

27 m2

80 W/m2

2.160 W

 6

Flur

6,5 m2

60 W/m2

 390 W

 7

Schlafzimmer

 8 m2

80 W/m2

 640 W

 8

Bad

 6 m2

80 W/m2

 480 W

 9

Büro

13 m2

80 W/m2

1.040 W

10

Gästezimmer

 9 m2

80 W/m2

 720 W

11

Flur

10 m2

60 W/m2

 600 W

Tabelle 21.3: Raumheizlasten für Beispielgebäude

Datenaufnahme der Heizkörperflächen

Als Nächstes werden die vorhandenen Heizkörperflächen und Ventile aufgenommen. Anhand der Heizkörperfläche können Sie die Heizkörperleistung (Betriebswärmeleistung) berechnen, welche Sie für den Vergleich mit der ermittelten Heizlast benötigen. In der Regel sind Heizkörper in Bestandsgebäuden überdimensioniert. Wenn Sie die Systemtemperaturen Ihrer Heizungsanlage jedoch senken wollen, kann die Heizkörperleistung in einzelnen Räumen nicht mehr ausreichend sein, da die Leistung mit niedrigeren Systemtemperaturen sinkt. Zu kleine Heizkörper können Sie dann von einer Fachfirma austauschen lassen.

Verschiedene Heizflächenarten Bei der Datenaufnahme werden Sie in Ihrem Gebäude möglicherweise verschiedene Heizflächenarten vorfinden (siehe Kapitel 5 den Abschnitt »Wärmeübergabe«). In Abbildung 21.4 sind die am weitesten verbreiteten dargestellt und nachfolgend die wichtigsten aufgelistet: Flachheizkörper (Plattenheizkörper) Gliederheizkörper (Stahl- und Gussradiatoren) Röhrenradiatoren (inkl. Handtuchheizkörper) Rohr- und Rippenheizkörper Konvektoren Sonderbauten

Abbildung 21.4: Weitverbreitete Heizflächenarten

Falls Sie die Heizkörpertypen in Ihrem Gebäude nicht erkennen oder zuordnen können, gibt es im Internet verschiedene Anlaufstellen und Datenblätter, die Ihnen bei der Identifizierung alter Heizkörper im Bestand helfen. Auf der Webseite https://www.delta-q.de/ finden Sie beispielsweise Datenblätter mit Heizkörpertypen. Die Webseite »Delta-Q« behandelt Themen der technischen Gebäudeausrüstung und wird von Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff (Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften) und Prof. Dr.-Ing. Kati Jagnow (Hochschule Magdeburg-Stendal) betrieben. Falls Sie die Datenblätter nicht direkt auf der Seite finden, versuchen Sie es mit der folgenden Suchabfrage über eine Suchmaschine Ihres Vertrauens: »Delta Q Heizflächenarten Recknagel Sprenger«.

Vorbereitung für die Datenaufnahme Für die Datenaufnahme der Heizkörper und Ventile benötigen Sie einen Zollstock, einen Stift, einen Schreibblock sowie eine Kopie der Grundrisse. Falls Sie ein Tablet besitzen, können Sie die Daten digital aufnehmen und direkt in eine Tabelle eintragen. Die Tabelle sollte für jeden Raum die nachfolgenden Spalten besitzen: Heizkörpernummer (HK-Nr.): Diese ist für die Identifizierung im Grundriss notwendig, damit Sie den Heizkörper schnell zuordnen und wiederfinden können. Heizflächenart (HK-Art): Bei einem Flachheizkörper erfolgt die Angabe über die Anzahl der Platten und Konvektoren (zum Beispiel PKP21) und bei einem Gliederheizkörper über die Anzahl der Heizkörperglieder. Maße: Sie benötigen die Tiefe, Höhe und Breite der Heizkörper in Millimetern. Strangnummer (optional): In größeren Gebäuden mit mehreren Heizsträngen sind zahlreiche Heizkörper einem Strang zugewiesen. Sie müssen die Stränge daher nummerieren und die daran hängenden Heizkörper zuordnen. Neben den Heizkörpern müssen Sie zudem einige Daten für die Ventile aufnehmen. Dazu gehören beispielsweise der Ventiltyp, die Anschlussnennweite, die Ventilart und der Hersteller. Als typische Bauformen für Heizkörperventile gibt es Durchgangsventile, Eckventile und Einbauventile (in Heizkörpern verbaute Ventile). Bei einem Durchgangsventil fließt das Heizwasser gerade durch das Ventil hindurch, und bei einem Eckventil fließt das Heizwasser im rechten Winkel. In Abbildung 21.5 sind jeweils ein Durchgangs-, ein Eck- und ein verbautes Ventil zu sehen.

Abbildung 21.5: Ventilbauform: Durchgangsventil, Eckventil und im Heizkörper verbaut

Für die Aufnahme der Ventile sollte Ihre Tabelle die nachfolgenden Spalten besitzen: Ventil voreinstellbar (VE): Ja/Nein – hat den Hintergrund, dass in Bestandsgebäuden vereinzelte alte Heizkörper gegen neue Heizkörper mit voreinstellbaren Ventilen getauscht werden, die Ventile jedoch nicht voreingestellt sind. Ventiltyp (Typ): Durchgangsventil (D), Eckventil (E) oder Einbauventil (EBV), wie in Abbildung 21.5 dargestellt. Ventilhersteller (VHS): Wenn Sie den Ventilhersteller ermitteln können, tragen Sie ihn in die Tabelle ein. Die Hersteller können wie folgt abkürzen: Oventrop (O), Danfoss (D), Heimeier (HM), Honeywell (HW), unbekannt (U) oder die Initialen anderer Hersteller. Anschlussnennweite (DN): Die Rohrnennweite können Sie über den Außendurchmesser des Rohres am Ventil ermitteln. In Tabelle 21.4 sind die Nennweiten in Zoll und Außendurchmesser angegeben. Die Angabe der Nennweite erfolgt in DN (franz. diamètre nominal), entfällt jedoch bei Ventilheizkörpern. Nennweite DN Nennweite Zoll Außendurchmesser DN 6

1/8“

10,2 mm

DN 8

1/4“

13,5 mm

DN 10

3/8“

17,2 mm

DN 15

1/2“

21,3 mm

DN 20

3/4“

26,9 mm

DN 25

1“

33,7 mm

DN 32

1 1/4“

42,4 mm

Tabelle 21.4: Anschlussnennweiten und Rohrdurchmesser

Tipp 1: Im Beispielgebäude befinden sich überwiegend Flachheizkörper. Wenn in Ihrem Gebäude überwiegend Gliederheizkörper oder Rohrradiatoren installiert sind, müssen Sie zusätzlich die Anzahl der Heizkörperglieder, -säulen oder -rohre aufnehmen. Diese werden für die anschließende Leistungsbestimmung der Heizkörper benötigt. Tipp 2: Die Anschlussnennweite des Rohres am Ventil (entfällt bei Einbauventilen in Ventilheizkörpern) ist für die Ermittlung der Voreinstellungswerte wichtig. Sind noch keine voreinstellbaren Ventile verbaut, können Sie mit der Anschlussnennweite im Nachhinein einfacher eine passende Einkaufsliste für die zu tauschenden Ventile erstellen. Tipp 3: In größeren Gebäuden mit mehreren Heizkreisen ist es zudem wichtig, die Heizkörper dem jeweiligen Strang und dem jeweiligen Heizkreis zuzuordnen. Dafür fügen Sie Ihrer Tabelle zwei weitere Spalten hinzu.

Datenaufnahme Während der Datenaufnahme zeichnen Sie die Heizkörper in die Kopie des Grundrisses ein und nummerieren diese. Dabei sollten Sie von jedem Heizkörper und jedem Ventil zusätzlich ein Foto für Ihre eigene Dokumentation anfertigen. Im Beispielgebäude sind überwiegend Flachheizkörper als Heizflächenart verbaut. Diese erhalten ihre Bezeichnung anhand der Anzahl von Konvektoren- und Plattenelementen. Flachheizkörper Nr. 1 im Vorraum hat beispielsweise die Abkürzung PKP21 und besteht aus einer Platte, einem Konvektor und einer weiteren Platte. In Abbildung 21.6 (links) sind die verschiedenen Typen dargestellt.

Abbildung 21.6: Bezeichnung für Flachheizkörper ermitteln

Die Daten der ermittelten Heizkörper und Ventile tragen Sie dann, wie in Tabelle 21.5 zu sehen ist, ein. In Abbildung 21.7 sind die Heizkörper in die Kopie der Grundrisse eingezeichnet.

Abbildung 21.7: Grundrisse Erd- und Obergeschoss mit eingezeichneten Heizkörpern

Nr.

Raum

HK Nr.

HK-Art

VE Typ DN VHS Tiefe [mm] Höhe [mm] Breite [mm]

 1 Vorraum

 1

PKP21

Ja EBV

–

D

 80

 500

800

 2 Gäste WC

 2

PKP21

Ja EBV

–

D

 80

 500

400

 3 Waschraum

 3

PK11

Ja EBV

–

D

 60

 600

400

 4 Küche

 4

Glieder HK (10) Ja D

15

D

110

 580



 5 Wohnzimmer

 5

PKKP22

Ja EBV

–

D

100

 600

1.100

 5 Wohnzimmer

 6

PKKP22

Ja EBV

–

D

100

 600

1.100

 6 Flur

 7

PKP21

Ja EBV

–

D

 60

 900

400

 7 Schlafzimmer

 8

PKKP22

Ja EBV

–

D

100

 600

800

 8 Bad

 9

Handtuch HK

Ja E

15

D



1900

500

 9 Büro

10

PKKP22

Ja EBV

–

D

100

 600

600

10 Gästezimmer

11

PKP21

Ja EBV

–

D

 80

 600

900

Tabelle 21.5: Datenaufnahme Heizkörper in Beispielgebäude

Überprüfung der Heizkörperleistung Nun haben Sie alle wichtigen Daten aufgenommen und können mit der Überprüfung der vorhandenen Heizkörperleistung beginnen. Die Wärmeleistung von Heizkörpern wird unter Normbedingungen ermittelt, damit diese untereinander vergleichbar sind. Die sogenannte Normwärmeleistung wird Ihnen daher von Heizkörperherstellern in Produktkatalogen zur Verfügung gestellt. Alle Heizkörper werden unter den Systemtemperaturen 75/65/20 geprüft, was Nachfolgendes bedeutet: Normtemperatur Vorlauf: Normtemperatur Rücklauf: Normtemperatur Raumlufttemperatur: Die Systemtemperaturen 75/65/20 für Normbedingungen werden Sie in der Realität nur in wenigen Gebäuden vorfinden. Aus diesem Grund müssen Sie einen Umrechnungsfaktor auf Basis der Systemtemperaturen in Ihrem Gebäude ermitteln. In vielen Bestandsgebäuden liegen keine Daten zur Normwärmeleistung der Heizkörper vor. Diese können Sie dann anhand der Heizkörpermaße berechnen. Im Beispielgebäude sind die Normwärmeleistungen ebenfalls nicht bekannt, sodass Sie später in diesem Kapitel die Berechnung nachvollziehen können.

Systemtemperaturen für das Heizsystem

Bei dem Beispielgebäude handelt es sich um einen sanierten Altbau mit einer GasBrennwertheizung (mehr Infos zur Brennwertheizung finden Sie in Kapitel 5). In der Heizungsregelung ist eine Vorlauftemperatur ( ) von 75 °C hinterlegt, welche der Wärmeerzeuger bei der Auslegungsaußentemperatur von −14 °C bereitstellen soll. Mehr Informationen zur Heizkurve erfahren Sie in Kapitel 13 im Abschnitt »Die Heizkennline optimieren«. Für einen hydraulischen Abgleich bei einer Brennwertheizung wird eine hohe Temperaturspreizung angestrebt. Diese soll nach dem hydraulischen Abgleich 20 Kelvin betragen, was einer Rücklauftemperatur ( ) von 55 °C entspricht. Mehr Informationen zu typischen Systemtemperaturen erhalten Sie in Kapitel 20 im Abschnitt »Schritt 2: Datenaufnahme der Heizflächen«. Die Raumlufttemperatur ( ) in Ihrem Gebäude soll in allen Räumen bei maximal 22 °C liegen. Für Ihre Berechnung haben Sie nun die Systemtemperaturen von 75/55/22 definiert: Vorlauf: Rücklauf: Raumlufttemperatur:

In manchen Bestandsgebäuden können noch alte Gas- und Ölkessel verbaut sein, die nicht für Rücklauftemperaturen unter 60 °C geeignet sind. Sprechen Sie im Vorfeld mit Ihrer Fachfirma. Diese prüft die möglichen Systemtemperaturen für den vorhandenen Wärmeerzeuger. Mehr Informationen finden Sie in Kapitel 5 im Abschnitt »Heizwert und Brennwert«.

Umrechnungsfaktor für die Heizkörpernormleistung ermitteln Mit den gegebenen Systemtemperaturen können Sie nun den Umrechnungsfaktor für die Heizkörper im Beispielgebäude berechnen. Der Umrechnungsfaktor ergibt sich aus den sogenannten logarithmischen Übertemperaturen ( ) von Normtemperatur und angestrebter Betriebstemperatur, welche mit der folgenden Formel berechnet werden:

Wenn Sie nun die Normtemperaturen sowie die Systemtemperaturen des Beispielgebäudes in diese Formel eingeben, erhalten Sie die logarithmischen Übertemperaturen für beide Werte. Logarithmische Übertemperatur mit Normtemperaturen:

Logarithmische Übertemperatur mit Betriebstemperaturen:

Aus den nun ermittelten logarithmischen Übertemperaturen erhalten Sie den Umrechnungsfaktor für die Umrechnung der Normwärmeleistung. Diesen errechnen Sie mit der nachfolgenden Formel:

Der Umrechnungsfaktor für das Beispielgebäude beträgt f = 0,847.

Berechnung der Heizkörperleistung Im Beispielgebäude befinden sich überwiegend Flachheizkörper, ein Handtuchheizkörper im Bad sowie ein Gliederheizkörper in der Küche. Für diese gilt es nun die Betriebswärmeleistung ( ) zu berechnen. Für die Berechnung benötigen Sie die nachfolgenden Größen: Normwärmeleistung : Die Normwärmeleistung der Heizkörper wird aus Datenblättern entnommen oder überschlägig berechnet.

Umrechnungsfaktor f: Faktor zur Ermittlung der Betriebswärmeleistung unter Berücksichtigung der vorhandenen Systemtemperaturen, wie im vorherigen Abschnitt berechnet (f = 0,847). Heizkörperexponenten n: Verschiedene Heizflächenarten haben unterschiedliche Strahlungs- und Konvektionsanteile (siehe Kapitel 5 im Abschnitt »Wärmeübergabe«). So hängt die Wärmeabgabe von Konvektoren wesentlich stärker von der Umgebungstemperatur ab als bei Heizflächen mit hohem Strahlungsanteil. Diese Abhängigkeit wird über den Heizkörperexponenten n ausgeglichen. Der Heizkörperexponent bei Konvektoren liegt beispielsweise wesentlich höher (n = 1,4) als bei Fußbodenheizungen (n = 1,1), die einen hohen Strahlungsanteil haben. Die Betriebswärmeleistung wird nun mit der nachfolgenden Formel berechnet:

Da im Beispielgebäude keine Unterlagen oder Produktkataloge für die Heizkörper vorliegen, müssen Sie zunächst die Normwärmeleistung ( ) überschlägig ermitteln. Die nachfolgenden Beispielrechnungen zeigen die Ermittlung für Flachheizkörper, Handtuchheizkörper und Gliederheizkörper. Das Auflisten der Daten verschiedener Heizkörper und ihrer Normwärmeleistungen würde den Umfang dieses Buches sprengen. Für alte Heizkörper gibt es aber auf der Webseite https://www.delta-q.de/ Tabellen mit Angaben für die Normwärmeleistung verschiedenster Heizflächenarten und -größen. Falls Sie die Daten nicht direkt auf der Seite finden, versuchen Sie es mit der folgenden Suchabfrage über eine Suchmaschine Ihres Vertrauens: »Delta Q Heizflächenarten Recknagel Sprenger«. Sie werden dann zu einer guten Übersicht auf der Webseite von »Delta Q« mit Normwärmeleistungen der verschiedensten Heizflächenarten weitergeleitet.

Berechnung für die Flachheizkörper Bei der Heizfläche Nr. 1 im Vorraum handelt es sich um einen Flachheizkörper, der die nachfolgenden Maße aufweist: Typ: Ventilheizkörper PKP 21 Bautiefe: 80 mm Höhe: 500 mm Breite: 800 mm

Umrechnungsfaktor f: 0,847 Die Daten für die Normwärmeleistung profilierter Flachheizkörpern sind beispielhaft in Tabelle 21.6 aufgeführt. Da der vorhandene Heizkörper eine Bautiefe von 80 mm aufweist und diese nicht in der Tabelle aufgeführt wird, fällt die Wahl auf den nächstgrößeren Wert. Höhe H in mm 500

Nabenabstand N in mm

Typ

Bautiefe T in mm

Heizkörperexponent n

Normwärmeleistung (75/65/20 °C) in W/m

450

10

 65

1,25

586

11

 65

1,27

808

21

100

1,30

1.212

22

100

1,29

1.461

33

155

1,31

2.124

Tabelle 21.6: Beispielrechnung für profilierte Flachheizkörper aus Datenblättern von »Delta-Q«

Der Heizkörper im Vorraum hat somit eine Normwärmeleistung von 1.212 Watt pro Meter (W/m) und einen Heizkörperexponenten von 1,3. Da sich die Leistungsangabe auf Watt pro Meter bezieht, müssen Sie die Heizkörperbreite von 800 mm in der Berechnung der Betriebsleistung berücksichtigen. Die Berechnung führen Sie nun mit der folgenden Formel durch:

Nun berücksichtigen Sie noch die Heizkörperbreite von 0,8 m (800 mm) und erhalten die Betriebswärmeleistung des Heizkörpers:

Der Vergleich mit der Raumlast von 480 W für den Vorraum aus Tabelle 21.3 zeigt, dass die Heizkörperleistung von 781 W bei den Systemtemperaturen 75/55/22 ausreichend dimensioniert ist und der Heizkörper nicht getauscht werden muss. In Tabelle 21.7 sind die Betriebswärmeleistungen aller Flachheizkörper aufgelistet. Hinweis für den Einsatz von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden: Der Tausch eines alten Wärmeerzeugers gegen einen neuen und effizienten Wärmeerzeuger ist zunächst einmal eine gute Idee. Gerade in Bestandsgebäuden sollten Sie dabei jedoch das vorhandene System genau betrachten. Wenn Sie Ihren alten Wärmeerzeuger gegen eine Wärmepumpe tauschen, ist die Überprüfung der Heizkörperleistung enorm wichtig. Weitere Tipps zum Einsatz von Wärmepumpen im Altbau finden Sie

in Kapitel 14. Nr.

Raum

HK Nr. HK-Art Tiefe [mm] Höhe [mm] Breite [mm] HK

Raumheizlast

1

Vorraum

1

PKP21

80

500

800

781 W

480 W

2

Gäste-WC

2

PKP21

80

500

400

391 W

60 W

3

Waschraum

3

PK11

60

600

400

281 W

210 W

5

Wohnzimmer (2 Heizkörper) 5

PKKP22

100

600

1.100

1.501 W

2.160 W

6

PKKP22

100

600

1.100

1.501 W



6

Flur

7

PKP21

60

900

400

433 W

390 W

7

Schlafzimmer

8

PKKP22

100

600

800

1.092 W

640 W

9

Büro

10

PKKP22

100

600

600

891 W

1.040 W

11

PKP21

80

600

900

1.019 W

720 W

10 Gästezimmer

Tabelle 21.7: Übersicht der Betriebswärmeleistungen aller Flachheizkörper

Für den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe sind niedrigere Systemtemperaturen notwendig. Wenn die Systemtemperaturen beispielsweise bei 55/45/22 liegen, fällt die logarithmische Übertemperatur für den Betriebsfall wesentlich geringer aus, was einen Einfluss auf den Umrechnungsfaktor und die Heizkörperleistung hat. Dies soll das nachfolgende Beispiel zeigen. Berechnung der logarithmischen Übertemperatur mit Systemtemperaturen für eine Wärmepumpe von 55/45/22:

Wenn Sie den Umrechnungsfaktor f mit diesem neuen Wert berechnen, werden Sie feststellen, dass dieser sinkt, was einen Einfluss auf die Heizkörperleistung im Betriebszustand hat.

Wenn Sie die Betriebswärmeleistung des Heizkörpers 1 aus dem Vorraum nun mit diesem Faktor berechnen, kommen Sie auf die nachfolgenden Leistungswerte.

Unter Berücksichtigung der Heizkörperbreite von 0,8 m erhalten Sie die Betriebswärmeleistung des Heizkörpers für den Betrieb mit einer Wärmepumpe.

Das ist etwas mehr als die Hälfte dessen, was mit der Systemtemperatur 75/55/22 berechnet wurde. Beim Vergleich der ermittelten Raumheizlast von 480 W und der Heizkörperleistung von 452 W ist zu erkennen, dass der Heizkörper beim Einsatz einer Wärmepumpe knapp bemessen ist und gegebenenfalls getauscht werden müsste. Merken Sie sich deshalb die nachfolgenden Punkte: Beim Wärmeerzeugertausch im Bestand ist das gesamte System zu betrachten. Wärmepumpen laufen mit niedrigen Systemtemperaturen und kleiner Spreizung effizienter. Beim Tausch des Wärmeerzeugers gegen eine Wärmepumpe kann die vorhandene Heizkörperleistung nicht ausreichend sein. Prüfen Sie diese! Gegebenenfalls müssen Sie vereinzelt Heizkörper gegen größere tauschen lassen. Sprechen Sie mit Ihrer Fachfirma vor Ort. Diese wird Sie bei Problemen unterstützen und beraten.

Berechnung für den Gliederheizkörper in der Küche Beim Heizkörper Nr. 4 in der Küche handelt es sich um einen Gliederheizkörper als Gussradiator, der die nachfolgenden Maße aufweist. In Tabelle 21.8 sind die Normwärmeleistungen für Gussradiatoren beispielhaft aufgeführt. Typ: Gussradiator Tiefe: 110 mm Höhe: 580 mm Gliederanzahl: 10 Umrechnungsfaktor f: 0,847 Höhe H in mm 580

Nabenabstand N in mm

Bautiefe T in mm

Heizkörperexponent n

Normwärmeleistung (75/65/20 °C) in W/Glied

500

 70

1,3

 51

110

1,3

 69

160

1,3

 95

220

1,3

122

Tabelle 21.8: Beispielrechnung für Gussradiator in der Küche aus Datenblättern von »Delta Q«

Auch diese und weitere Tabellen finden Sie auf der Webseite https://www.deltaq.de/ mit Angaben für die Normwärmeleistung verschiedenster Heizflächenarten und -größen. Der Gussradiator in der Küche hat somit eine Normwärmeleistung von 69 W/pro Glied und einen Heizkörperexponenten von 1,3. Nun können Sie die Betriebswärmeleistung pro Glied berechnen und anschließend mit der Gliederanzahl multiplizieren.

Anschließend multiplizieren Sie die Leistung mit der Gliederanzahl und erhalten die Betriebswärmeleistung des Heizkörpers.

Der Vergleich der Raumheizlast von 600 W für die Küche aus Tabelle 21.3 und der ermittelten Betriebswärmeleistung von 556 W zeigt, dass die Heizkörperleistung bei den Systemtemperaturen 75/55/22 nicht ausreichend dimensioniert ist. Der Heizkörper kann demnach zu klein sein und muss gegebenenfalls ausgetauscht werden.

Berechnung für den Handtuchheizkörper im Bad Heizkörper Nr. 8 im Bad ist als Handtuchheizkörper ein Kompaktheizkörper, der die nachfolgenden Maße aufweist. In Tabelle 21.9 sehen Sie die Normwärmeleistung für Kompaktheizkörper beispielhaft aufgeführt. Typ: Kompaktheizkörper Höhe: 1.900 mm Breite: 500 mm Umrechnungsfaktor f: 0,847 Höhe H in mm 1852

Nabenabstand N in mm

Breite L in mm

Heizkörper-exponent n

Normwärmeleistung (75/65/20 °C) in W

451

 516

1,26

  934

551

 616

1,25

1.108

701

 766

1,23

1.368

951

1.016

1,21

1.798

Tabelle 21.9: Beispielrechnung für Handtuchheizkörper im Bad aus Datenblättern von »Delta Q«

Da der vorhandene Heizkörper eine Höhe von 1.900 mm und eine Breite von 500 mm aufweist, diese Werte jedoch nicht in der Tabelle aufgeführt werden, fällt die Wahl auf die nächstgelegenen Werte. Auch diese und weitere Tabellen finden Sie auf der Webseite https://www.deltaq.de/ mit Angaben für die Normwärmeleistung verschiedenster Heizflächenarten und -größen. Der Handtuchheizkörper hat eine Normwärmeleistung von 934 W und einen Heizkörperexponenten von 1,26. Sie können nun die Betriebswärmeleistung des Heizkörpers berechnen:

Wenn Sie anschließend die Raumheizlast des Badezimmers von 480 W aus Tabelle 21.3 mit der ermittelten Betriebswärmeleistung des Heizkörpers von 758 W vergleichen, ist die Heizkörperleistung bei den Systemtemperaturen 75/55/22 ausreichend dimensioniert.

Übersicht der berechneten Heizkörperleistungen Herzlichen Glückwunsch, Sie haben nun die Heizkörperleistung aller Heizkörper im Beispielgebäude ermittelt! Anhand der Tabelle 21.10 erkennen Sie, welche Heizkörper bei der gewünschten Systemtemperatur zu klein dimensioniert sind und gegebenenfalls getauscht werden müssen. Dokumentieren Sie dies in einer weiteren Spalte der Tabelle. Nummer

Raum

Raumheizlast HK

Heizkörpertausch

1

Vorraum

480 W

781 W

Nein

2

Gäste-WC

60 W

391 W

Nein

3

Waschraum

210 W

281 W

Nein

4

Küche

600 W

556 W

Ja, gegebenenfalls ausreichend

5

Wohnzimmer (2 Heizkörper) 2.160 W

1.501 W

Nein

1.501 W

Nein

6

Flur

390 W

433 W

Nein

7

Schlafzimmer

640 W

1.092 W

Nein

8

Bad

480 W

758 W

Nein

9

Büro

1.040 W

891 W

Ja

10

Gästezimmer

720 W

1.019 W

Nein

11

Flur

600 W

–

Kein Heizkörper, gegebenenfalls nachrüsten

Tabelle 21.10: Übersicht Heizkörperleistung und Raumheizlast im Vergleich

Im Beispielgebäude sind die Heizflächen, bis auf die Heizkörper in der Küche und im Büro, ausreichend dimensioniert. Da im Flur des Obergeschosses kein Heizkörper installiert ist, könnte im Zuge des hydraulischen Abgleichs dort ein Heizkörper nachgerüstet werden.

Berechnung der Volumenströme für jeden Heizkörper Für die Berechnung der Volumenströme aller Heizkörper nutzen Sie die in Kapitel 5 vorgestellte »goldene Formel der Gebäudetechnik«. Dafür benötigen Sie den Wärmestrom ( ) in Watt, den Faktor 0,86 (ermittelt aus Dichte und spezifischer Wärmekapazität von Wasser) sowie die Temperaturspreizung ( ) in Kelvin (K) zwischen Vor- und Rücklauf. Das Ergebnis wird in Litern pro Stunde (l/h) angegeben.

Da Sie mit dem hydraulischen Abgleich neben der Optimierung des Heizungsnetzes auch Energie sparen möchten, nehmen Sie als Wärmestrom ermittelte Raumheizlast (

die

) an.

Wie Sie in Tabelle 21.10 sehen können, ist diese in fast allen Fällen niedriger als die mögliche Betriebswärmeleistung der Heizkörper ( ) und ausreichend für die Erwärmung der Räume. Somit wenden Sie deutlich weniger Energie für die Beheizung Ihres Gebäudes auf. Sollte der Wärmestrom nicht ausreichend sein, können Sie dies im Nachhinein anpassen. Falls Sie die zu klein dimensionierten Heizkörper nicht tauschen möchten, sondern erst einmal schauen wollen, ob die Leistung an kalten Wintertagen ausreicht, rechnen Sie mit der ermittelten Betriebswärmeleistung der Heizkörper. Nach diesem Prinzip wird in der Beispielrechnung weiter vorgegangen: Beim Vergleich zwischen Raumlast und Betriebswärmeleistung wird der kleinere Wert gewählt.

Übersicht der berechneten Volumenströme Die Berechnung der Volumenströme ist mit den bereits ermittelten Daten recht einfach

möglich. Sie setzen diese in die »goldene Formel der Gebäudetechnik« ein und erhalten die Volumenströme der jeweiligen Heizkörper. Als Beispiel folgt die Berechnung für Heizkörper Nr. 1 im Vorraum. Wahl des Wärmestrom für die Berechnung: Die Raumheizlast (480 W) ist kleiner als die Betriebswärmeleistung (781 W). Die Wahl fällt somit auf die Raumheizlast mit 480 W. Raumheizlast

: 480 W

Temperaturspreizung K

berechnet aus Vorlauf (75 °C) − Rücklauf (55 °C): 20

Der Volumenstrom für den Heizkörper Nr. 1 im Vorraum beträgt 21 l/h. Nach dieser Vorgehensweise berechnen Sie die Volumenströme aller Heizkörper. Sie können sich ein weiteres Mal auf die Schultern klopfen, denn Sie haben die Volumenströme aller Heizkörper berechnet. Notieren Sie sich diese nach dem Muster von Tabelle 21.11. Die kursiven Wärmeströme in Tabelle 21.11 sind die gewählten Wärmeströme für die Berechnung des Volumenstroms. Dabei wurde immer der niedrigere Wert beim Vergleich der Raumheizlast mit der Betriebswärmeleistung gewählt. Da es im Flur (Raum 11) keinen Heizkörper gibt, soll nachträglich einer eingebaut werden. Nr.

Raum

HK-Nr.

Raumheizlast

HK

Volumenstrom

1

Vorraum

1

480 W

781 W

21 l/h

2

Gäste-WC

2

60 W

391 W

3 l/h

3

Waschraum

3

210 W

281 W

9 l/h

4

Küche

4

600 W

556 W

24 l/h

5

Wohnzimmer (2 Heizkörper)

5

1.080 W

1.501 W

46 l/h

6

1.080 W

1.501 W

46 l/h

6

Flur

7

390 W

433 W

17 l/h

7

Schlafzimmer

8

640 W

1.092 W

28 l/h

8

Bad

9

480 W

758 W

21 l/h

9

Büro

10

1.040 W

891 W

38 l/h

11

720 W

1.019 W

31 l/h

10 Gästezimmer

11

Flur

12 – neu

600 W

–

26 l/h

Tabelle 21.11: Übersicht der berechneten Volumenströme

In Räumen mit mehreren Heizkörpern teilen Sie den Wärmestrom auf die Anzahl der Heizkörper auf. In Raum Nr. 5 (Wohnzimmer) sind beispielsweise zwei Heizkörper mit einer Betriebswärmeleistung von je 1.501 W installiert. Dies ergibt in Summe eine Leistung von 3.002 W. Die notwendige Raumheizlast liegt jedoch bei nur 2.160 W. Wenn Sie die Raumheizlast auf die beiden Heizkörper aufteilen, können Sie die Volumenströme mit einer Leistung von 1.080 W je Heizkörper berechnen. Mit den berechneten Volumenströmen können Sie im nächsten Schritt die Voreinstellwerte für die Heizkörperventile ermitteln. Sie sind fast am Ziel!

Voreinstellung für die Heizkörperventile ermitteln Mit der Ermittlung der Voreinstellwerte für die Heizkörperventile sind Sie auf der Zielgeraden für den hydraulischen Abgleich angelangt. Die Voreinstellung erfolgt mit einem Voreinstellschlüssel, wie er in Abbildung 21.8 zu sehen ist, oder per Hand. Mit der Voreinstellung wird der Wasserdurchfluss im Ventil auf den berechneten Volumenstrom begrenzt. Dazu drehen Sie die Einstellkulisse des Ventils, bis die Voreinstellung (zum Beispiel Stufe 2) über der Einstellmarkierung am Ventil steht.

Abbildung 21.8: Voreinstellung des Heizkörperventils mit Voreinstellschlüssel

Nachfolgend erfahren Sie, wie Sie die Voreinstellwerte für druckabhängige- und herkömmliche voreinstellbare Heizkörperventile ermitteln, da dies unterschiedlich erfolgt.

Der Unterschied zwischen druckunabhängigen und druckabhängigen Heizkörperventilen. In jedem Heizungssystem stellen Heizkörperventile Widerstände für das Wasser dar, die überwunden werden müssen. Beim Überwinden dieser Widerstände geht Wasserdruck verloren. Dieser Druckverlust wird als Differenzdruck Δp (Delta P) angeben und ergibt sich aus dem Druck vor dem Ventil abzüglich des Drucks nach dem Ventil. Nun gibt es ein entscheidendes Problem in Heizungsnetzen: Bei schwankenden Differenzdrücken im Heizungsnetz, zum Beispiel wenn ein Heizkörper vom zugehörigen Thermostat geschlossen oder geöffnet wird, ändern sich die Volumenströme in anderen Bereichen des Heizungsnetzes, sodass ein ermittelter Voreinstellwert für einen Heizkörper nur den Auslegungsfall abbildet, was nicht optimal ist. Mit dem Einzug druckunabhängiger voreinstellbarer Heizkörperventile wird diesem Problem begegnet. Druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile: Diese Ventile haben eine interne Differenzdruckregelung und den Vorteil, dass sie den Differenzdruck über dem Ventil konstant halten, was auch zu einem konstanten Volumenstrom führt. Voreinstellbare Heizkörperventile: Diese »normalen« voreinstellbaren Ventile

können Differenzdrücke nicht ausgleichen und funktionieren daher nur im Auslegungsfall (Volllastfall) optimal. Diese Ventile haben einen Kvs-Wert und mehrere Kv-Werte. Kvs- und Kv-Werte werden in Kubikmeter pro Stunde (m3/h) angegeben. Kvs-Wert: Der Kvs-Wert gibt den maximalen Volumenstrom an, der bei einem voll geöffneten Ventil und einem Nenndruck von Δp = 1 bar durch das Ventil fließen kann. Kv-Wert: Der Kv-Wert wird auch Durchflussfaktor genannt und gibt den maximalen Volumenstrom für jede Voreinstellstufe (zum Beispiel 1 – 6) an, die bei dem festgelegten Nenndruck von Δp = 1 bar über dem Ventil gemessen wird. Somit wird der maximale Durchfluss über dem Ventil bei jeder Voreinstellstufe ermittelt. Jedes voreinstellbare Heizkörperventil, das nicht druckunabhängig ist, hat somit mehrere Kv-Werte (für jede Stufe einen), aber nur einen Kvs-Wert (den höchsten Einstellwert). In Abbildung 21.9 ist der Querschnitt eines herkömmlichen voreinstellbaren Heizkörperventils mit mehreren Voreinstellstufen zu sehen. Bei Stufe 6 ist das Ventil komplett geöffnet, was dem Kvs-Wert des abgebildeten Ventils entspricht.

Abbildung 21.9: Voreinstellstufen mit Kv- und Kvs-Werten für ein voreinstellbares Heizkörperventil (Hersteller: Oventop, Typ: AV6)

Da über einem Heizkörperventil während des Betriebs ein wesentlich niedrigerer Differenzdruck zu verzeichnen ist als Δp = 1 bar, müssen Sie für die Ermittlung der Voreinstellwerte mit einem angenommenen Differenzdruck rechnen (zum Beispiel 50 mbar). Die nachfolgende Berechnung soll Ihnen zeigen, warum druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile mit einem konstanten Differenzdruck über dem Ventil herkömmlichen voreinstellbaren Heizkörperventilen vorzuziehen sind. Dafür berechnen Sie die Kv-Werte eines herkömmlichen voreinstellbaren

Heizkörperventils bei verschiedenen Differenzdrücken. Für die Berechnung sind die nachfolgenden Werte gegeben: Benötigter Wärmestrom: Temperaturspreizung:

= 900 W = 20 K

Differenzdruck 1: Δp1 = 30 mbar = 0,03 bar Differenzdruck 2: Δp2 = 50 mbar = 0,05 bar Differenzdruck 3: Δp3 = 70 mbar = 0,07 bar Differenzdruck 4: Δp3 = 100 mbar = 0,1 bar Nun ermitteln Sie mit der »goldenen Formel der Gebäudetechnik« den Volumenstrom.

Zur Berechnung der Kv-Werte nehmen Sie die nachfolgende Formel und setzen die jeweiligen Differenzdrücke ein.

Differenzdruck 1: Δp1 = 0,03 bar:

Differenzdruck 2: Δp2 = 0,05 bar:

Differenzdruck 3: Δp3 = 0,07 bar:

Differenzdruck 1: Δp4 = 0,1 bar:

Anhand dieser Berechnung ergeben sich bei unterschiedlichen Differenzdrücken unterschiedliche Volumenströme und somit auch unterschiedliche Voreinstellwerte. Wenn Sie die Kv-Werte des Oventrop-Ventils AV6 aus Abbildung 21.9 in Tabelle 21.12 übertragen, ergeben sich die nachfolgenden Voreinstellwerte. Wenn Sie nun die berechneten Volumenströme mit den Kv-Werten vergleichen, kommen Sie auf unterschiedliche Voreinstellungen: Differenzdruck 1: Δp1 = 0,03 bar ergibt einen Kv-Wert von 0,225 m3/h. Da dieser Wert größer 0,221 m3/h (Einstellung 3) und kleiner 0,247 m3/h (Einstellung 4) ist, entspricht dies der Voreinstellung 4. Differenzdruck 2: Δp2 = 0,05 bar ergibt einen Kv-Wert von 0,0174 m3/h. Da dieser Wert größer 0,141 m3/h (Einstellung 2) und kleiner 0,221 m3/h (Einstellung 3) ist, entspricht dies der Voreinstellung 3. Differenzdruck 3: Δp3 = 0,07 bar ergibt einen Kv-Wert von 0,147 m3/h. Da dieser Wert größer 0,141 m3/h (Einstellung 2) und kleiner 0,221 m3/h (Einstellung 3) ist, entspricht dies der Voreinstellung 3. Differenzdruck 4: Δp4 = 0,1 bar ergibt einen Kv-Wert von 0,123 m3/h. Da dieser Wert größer 0,055 m3/h (Einstellung 2) und kleiner 0,141 m3/h (Einstellung 3) ist, entspricht dies der Voreinstellung 2. Die schwankenden Differenzdrücke in einem Heizungsnetz und die sich damit ändernden Volumenströme sind schlecht für die Regelgüte von Heizkörperthermostaten und die Wärmeverteilung. Ein konstanter Differenzdruck über dem Ventil ist somit von Vorteil. Ziel sollte es für Sie daher immer sein, einen dynamischen hydraulischen Abgleich mit druckunabhängigen voreinstellbaren Heizkörperventilen durchzuführen (siehe Kapitel 20 im Abschnitt »Statischer, dynamischer und automatischer hydraulischer Abgleich«). Einstellwert

1

2

3

4

5

6

Kv-Wert in m3/h 0,055 0,141 0,221 0,247 0,28 0,32

Tabelle 21.12: Beispielhafte Voreinstellwerte für druckabhängiges Heizkörperventil

Voreinstellung für druckunabhängige Heizkörperventile Druckunabhängige Heizkörperventile haben einen internen Differenzdruckregler, was Ihnen die Ermittlung der Voreinstellwerte wesentlich erleichtert. Auf den Heizkörperventilen ist meist eine Skala mit die Einheit Liter pro Stunde (l/h) abgebildet, sodass Sie nur noch den berechneten Volumenstrom einstellen müssen. In Tabelle 21.13 ist beispielhaft eine Skala aufgelistet, die wie in Abbildung 21.10 auf einem druckunabhängigen Ventil dargestellt sein kann. Einstellwert 1 l/h

2

3

4

5

6

7

8

9

10

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Tabelle 21.13: Beispielhafte Voreinstellwerte für druckunabhängiges Heizkörperventil

Abbildung 21.10: Draufsicht auf druckunabhängiges Heizkörperventil mit Einstellskala

Anhand dieser Tabelle können Sie nun die Voreinstellwerte ermitteln und, wie in Tabelle 21.14 (auf der nächsten Seite) dargestellt, eintragen. Die Voreinstellung muss immer auf den nächstgrößeren Wert zum berechneten Volumenstrom vorgenommen werden, auch wenn der berechnete Volumenstrom näher an dem kleineren Wert liegt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Heizkörper ausreichend Wärme erhält.

Voreinstellung für voreinstellbare Heizkörperventile (nicht druckunabhängig) Für herkömmliche voreinstellbare Heizkörperventile, die nicht druckunabhängig sind, müssen Sie die Kv-Werte aller Heizkörper berechnen und einen Differenzdruck für den

Auslegungsfall annehmen. Hier liegen die Angaben der Hersteller zwischen 50 und 100 mbar. Nr.

Raum

HK-Nr.

Volumenstrom

Voreinstellung

1

Vorraum

1

21 l/h

3

2

Gäste-WC

2

3 l/h

1

3

Waschraum

3

9 l/h

1

4

Küche

4

24 l/h

3

5

Wohnzimmer (2 Heizkörper)

5

46 l/h

5

6

46 l/h

5

6

Flur

7

17 l/h

2

7

Schlafzimmer

8

28 l/h

3

8

Bad

9

21 l/h

3

9

Büro

10

38 l/h

4

11

31 l/h

4

12 – neu

26 l/h

3

10 Gästezimmer 11

Flur

Tabelle 21.14: Voreinstellwerte für Beispielgebäude mit druckunabhängigen Heizkörperventilen

Für das Beispielgebäude wird ein Differenzdruck von 50 mbar über jedem Ventil angenommen. Für die Berechnung der Kv-Werte benötigen Sie die bereits berechneten Volumenströme. Anschließend müssen Sie die Voreinstellung aus den Ventildiagrammen oder Tabellen ablesen.

Berechnung der Kv-Werte Nachfolgend können Sie die Berechnung für Heizkörper Nr. 1 anhand eines Beispiels nachvollziehen. Diese Berechnung führen Sie anschließend für alle anderen Heizkörper durch. Heizkörper Nr. 1 hat einen Volumenstrom von 21 l/h. Diesen setzen Sie in die nachfolgende Formel zur Berechnung des Kv-Wertes ein. Als Differenzdruck nehmen Sie 50 mbar an. Volumenstrom Heizkörper Nr. 1: Differenzdruck:

= 21 l/h = 0,021 m3/h

= 50 mbar = 0,05 bar

Der Kv-Wert für Heizkörper Nr. 1 liegt bei 0,094 m3/h. Nun rechnen Sie die Kv-Werte aller Heizkörper aus und notieren diese, wie es in Tabelle 21.15 zu sehen ist. Nr.

Raum

HK-Nr.

Volumenstrom

Differenzdruck

Kv-Wert

 1

Vorraum

 1

21 l/h

50 mbar

0,094 m3/h

 2

Gäste-WC

 2

 3 l/h

50 mbar

0,013 m3/h

 3

Waschraum

 3

 9 l/h

50 mbar

0,040 m3/h

 4

Küche

 4

24 l/h

50 mbar

0,107 m3/h

 5

Wohnzimmer

 5

46 l/h

50 mbar

0,206 m3/h





 6

46 l/h

50 mbar

0,206 m3/h

 6

Flur

 7

17 l/h

50 mbar

0,076 m3/h

 7

Schlafzimmer

 8

28 l/h

50 mbar

0,125 m3/h

 8

Bad

 9

21 l/h

50 mbar

0,094 m3/h

 9

Büro

10

38 l/h

50 mbar

0,170 m3/h

11

31 l/h

50 mbar

0,139 m3/h

12 – neu

26 l/h

50 mbar

0,116 m3/h

10 Gästezimmer 11

Flur

Tabelle 21.15: Kv-Werte für Heizkörper im Beispielgebäude bei druckabhängigen Ventilen

Den AP-Bereich der Thermostate nicht vergessen Nun haben Sie alle Kv-Werte berechnet und können theoretisch die Voreinstellwerte der Ventile aus den Datenblättern der Ventile ermitteln. Bei einem Blick in die Datenblätter wird Ihnen jedoch schnell auffallen, dass es unterschiedliche Kv-Werte für ein und dasselbe Ventil gibt. An dieser Stelle müssen Sie den Auslegungsproportionalbereich (APBereich) Xp für den Thermostatkopf festlegen. Der Auslegungsproportionalbereich Xp eines Thermostatkopfes ist keine Produkteigenschaft, sondern eine Annahme für das zeitverzögerte Öffnen und Schließen des Thermostats (wird auch Hysterese genannt). Bei Thermostaten handelt es sich um Proportionalregler, sodass diese in einem Regelbereich arbeiten und nicht von einem Moment auf den anderen schließen. Regelbereiche für Thermostate werden beispielsweise mit Xp = 1 Kelvin oder Xp = 2 Kelvin angenommen.

Bei der Wahl von Xp = 1 Kelvin ergibt sich das folgende Szenario: Das Thermostat ist auf eine Raumtemperatur (Sollwert) von 20 °C eingestellt. Wenn die Raumtemperatur nun ansteigt, schließt sich das Thermostat langsam und ist bei 21 °C komplett geschlossen. Sinkt die Temperatur unter 20 °C, ist es bei 19 °C komplett geöffnet. Bei einer Annahme von Xp = 2 Kelvin wäre das Thermostat erst bei einer Raumtemperatur von 22 °C komplett geschlossen und bei 18 °C komplett geöffnet. Die Wahl des Auslegungsproportionalbereichs hat somit eine Auswirkung auf die KvWerte der Ventile, wie Sie in Tabelle 21.16 sehen können. Dort sind die Kv-Werte eines beispielhaften Ventils für zwei unterschiedliche Auslegungsproportionalbereiche aufgelistet.        Kv-Werte in m3/h mit unterschiedlichen Auslegungsproportionalbereichen AP

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Stufe 5

Stufe 6

Stufe 7

Stufe N

Xp = 1 K

0,04

0,09

0,14

0,21

0,23

0,27

0,28

0,34

Xp = 2 K

0,04

0,09

0,16

0,25

0,32

0,38

0,42

0,56

Tabelle 21.16: Kv-Werte eines Ventils mit unterschiedlichen AP-Bereichen

Für eine hohe Energieeinsparung wird ein Xp = 1 K empfohlen. Die Wahl fällt somit auf den Auslegungsproportionalbereich: Xp = 1K.

Die Wahl des richtigen Heizkörperventils Falls in Ihrem Gebäude bereits voreinstellbare Heizkörperventile verbaut sind, können Sie die Voreinstellwerte aus den Datenblättern Ihrer Ventile entnehmen. Datenblätter für Heizkörperventile finden Sie auf den Webseiten der Ventilhersteller. Sollten diese nicht auffindbar sein, scheuen Sie sich nicht, den Support oder Service der Hersteller zu kontaktieren. Dieser wird Ihnen gerne weiterhelfen. Falls in Ihrem Gebäude noch keine voreinstellbaren Heizkörperventile installiert sind, müssen diese ausgewählt werden. Hierfür kommen verschiedene Ventilhersteller wie beispielsweise Oventrop, Danfoss, IMI Heimeier, Herz und viele andere in Frage. Wenn Sie noch keine voreinstellbaren Ventile verbaut haben, können Sie sich für druckunabhängige voreinstellbare Ventile entscheiden und brauchen sich um die KvWerte nicht mehr zu kümmern.

Es wird von Ventilherstellern empfohlen, kleine Voreinstellwerte zu vermeiden und die Ventile so zu wählen, dass der berechnete Kv-Wert so nah wie möglich am Kvs-Wert liegt. Dadurch können Sie eine höhere Voreinstellung erreichen. Merken Sie sich daher die beiden folgenden Punkte: Vermeiden Sie kleine Voreinstellwerte am Ventil. Ermittelte Kv-Wert sollten so nah wie möglich am Kvs-Wert der Ventile liegen.

Sie haben beispielsweise einen Kv-Wert von 0,224 m3/h ermittelt und von einer Firma zwei Heizkörperventile zur Auswahl erhalten. Beide Ventile haben sieben Voreinstellstufen, jedoch unterschiedliche Kv-Werte. Die Frage ist: Welches Ventil wählen Sie? Gegeben: = 50 l/h, Δp = 50 mbar, Xp = 1K, Kv-Wert = 0,224 m3/h. Aus den Unterlagen erhalten Sie Voreinstellwerte wie in Tabelle 21.17 gezeigt. Wenn Sie mit diesen Daten die Voreinstellwerte im Datenblatt der Ventile vergleichen, kommen Sie auf verschiedene Voreinstellstufen: Ventil Nr. 1: Kv = 0,224 m3/h entspricht der Voreinstellung: 5 Ventil Nr. 2: Kv = 0,224 m3/h entspricht der Voreinstellung: 6 Sie entscheiden sich für Ventil Nr. 2, da die Voreinstellung höher ist und somit näher am Kvs-Wert liegt. Zur Erinnerung: Der Kvs-Wert ist die höchste Voreinstellung. Kv-Werte in m3/h mit unterschiedlichen Auslegungsproportionalbereichen Ventil Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Stufe 5 Stufe 6 Stufe 7 Stufe N (Kvs) Nr. 1

0,04

0,09

0,14

0,21

0,23

0,27

0,28

0,34

Nr. 2

0,02

0,06

0,10

0,16

0,20

0,25

0,28

0,31

Tabelle 21.17: Zwei Ventile mit unterschiedlichen Kv-Werten

Voreinstellwerte für die Heizkörperventile Im Beispielgebäude sind bereits voreinstellbare Heizkörperventile installiert. Die Ermittlung eines Voreinstellwertes können Sie anhand des Heizkörpers Nr. 5 im Wohnzimmer nachvollziehen. Diese Vorgehensweise soll Ihnen das Prinzip für die Ermittlung der Voreinstellwerte zeigen. Behalten Sie in Erinnerung, dass die Heizkörperventile verschiedener Hersteller

unterschiedliche Kv-Werte haben. Auch bei einem Ventiltyp eines Herstellers kann es vorkommen, dass dessen Einbauventile, Durchgangs- und Eckventile unterschiedliche Kv-Werte und somit eigene Datenblätter besitzen. Im Beispielgebäude sind drei Ventiltypen verbaut: Ventil 1 (EBV 1): Bei Ventil 1 handelt es sich um ein Einbauventil mit großem Durchfluss. Ventil 2 (EBV 2): Bei Ventil 2 handelt es sich um eine Einbauventil mit kleinem Durchfluss. Ventil 3 (V3 DN15): Bei Ventil 3 handelt es sich um ein Durchgangs- und ein Eckventil mit der Nennweite DN15, wobei die Kv-Werte für beide Ventile gleich sind. In Tabelle 21.18 sind die Kv-Werte der drei Ventile für den Auslegungsproportionalbereich von Xp= 1 K hinterlegt. Anhand dieser Tabelle können Sie nun die Voreinstellungen der Ventile vornehmen. Kv-Werte in m3/h mit unterschiedlichen Auslegungsproportionalbereichen Ventil

Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Stufe 5 Stufe 6 Stufe 7 Stufe N (Kvs)

EBV 1

0,11

0,15

0,20

0,25

0,31

0,37

0,44

0,57

EBV 2

0,03

0,04

0,06

0,08

0,10

0,16

0,20

0,23

V3 DN15

0,04

0,09

0,14

0,21

0,23

0,27

0,28

0,34

Tabelle 21.18: Verbaute Ventile mit unterschiedlichen Kv-Werten

Auch hier gilt: Die Voreinstellung muss immer auf den nächstgrößeren Wert zum berechneten Volumenstrom vorgenommen werden, auch wenn der berechnete Volumenstrom näher an dem kleineren Wert liegt. Heizkörper Nr. 5 im Wohnzimmer ist ein Ventilheizkörper mit Einbauventil. Es handelt sich um das Ventil EBV 1. Der ermittelte Kv-Wert für den Heizkörper liegt bei 0,206 m3/h (siehe Tabelle 21.15). Wenn Sie sich nun die Kv-Werte aus Tabelle 21.18 anschauen, kommen Sie zu folgendem Ergebnis: Der Kv-Wert 0,206 m3/h ist größer als 0,20 m3/h (Stufe 3) und kleiner als 0,25 m3/h (Stufe 4). Somit erhält das Ventil im Heizkörper Nr. 5 die Voreinstellstufe 4. Wie im Beispiel gezeigt, ermitteln Sie nun die Voreinstellwerte aller weiteren Heizkörperventile und tragen diese in Ihre Tabelle, ähnlich der Tabelle 21.19, ein. Gratulation! Sie haben den schwierigsten Teil des hydraulischen Abgleichs geschafft. Mit

den ermittelten Werten kann die Voreinstellung an Ihren Heizkörperventilen vorgenommen werden. Nr.

Raum

HK-Nr.

Ventiltyp

Kv-Wert

Voreinstellstufe

1

Vorraum

1

EBV 1

0,094 m3/h

1

2

Gäste-WC

2

EBV 2

0,013 m3/h

1

3

Waschraum

3

EBV 2

0,040 m3/h

2

4

Küche

4

V3 DN15 0,107 m3/h

3

Wohnzimmer

5

EBV 1

0,206 m3/h

4

6

EBV 1

0,206 m3/h

4

5

6

Flur

7

EBV 2

0,076 m3/h

4

7

Schlafzimmer

8

EBV 1

0,125 m3/h

2

8

Bad

9

V3 DN15 0,094 m3/h

3

9

Büro

10

EBV 1

0,170 m3/h

3

11

EBV 2

0,139 m3/h

6

12 – neu EBV 2

0,116 m3/h

6

10 Gästezimmer 11

Flur

Tabelle 21.19: Voreinstellwerte für Beispielgebäude mit voreinstellbaren Heizkörperventilen)

Auslegung der Umwälzpumpe Im letzten Schritt des hydraulischen Abgleichs werden die Daten für die Umwälzpumpe ermittelt, damit diese effizient und energiesparend betrieben werden kann. Dafür benötigen Sie die Förderhöhe (H) der Pumpe (mehr dazu in Kapitel 5 im Abschnitt »Die Förderhöhe einer Pumpe«) und den Pumpenförderstrom . Förderhöhe H: Bei der Förderhöhe handelt es sich um den Förderdruck, den die Umwälzpumpe bereitstellen muss, um alle Heizkörper mit Warmwasser zu versorgen. Die Förderhöhe wird noch heute in der veralteten Druckeinheit Meter Wassersäule (mWS) angegeben. Förderstrom : Der Förderstrom der Pumpe ist die Summe aller Volumenströme, die Sie berechnet haben. Sie können diesen auch mit der »goldenen Formel der Gebäudetechnik« ermitteln. Dafür nehmen Sie als Wärmestrom die ermittelte Heizlast des Gebäudes beziehungsweise die Summe der verwendeten Raumheizlasten und Betriebswärmeleistungen der Heizkörper. Der Förderstrom wird in Kubikmeter pro Stunde (m3/h) angegeben.

Auf Herstellerseiten wird der Förderstrom oft mit Lassen Sie sich davon nicht irritieren.

anstatt mit

angegeben.

Wie in Kapitel 5 beschrieben, werden in internationalen Normen (Europanormen, EN) und deutschen Richtlinien Wärmestrom und Volumenstrom meist mit unterschiedlichen Formelzeichen verwendet. International: Volumenstrom Wärmestrom National: Volumenstrom

oder

, thermische Raumlast bzw.

, thermische Raumlast bzw. Wärmestrom

Zur Vereinfachung werden in diesem Buch die nationalen Varianten verwendet.

und

Berechnung der Förderhöhe In einem Neubau wird die Förderhöhe anhand der Rohrnetzberechnung für das Heizungsnetz ermittelt. Da diese Daten in Bestandsgebäuden oft fehlen, können Sie für die Ermittlung der Förderhöhe eine überschlägige und stark vereinfachte Rohrnetzberechnung anstellen. Für die überschlägige Berechnung benötigen Sie die Abmessungen Ihres Gebäudes und treffen zwei Annahmen, wie nachfolgend beschrieben. Rohrreibungsverlust R: Fließt Heizungswasser durch ein Heizungsrohr, verliert es durch die Wandreibung mit jedem Meter Druck. Dieser Rohrreibungsverlust liegt bei etwa 50 bis 150 Pascal pro Meter (Pa/m) und ist bei Rohren mit kleinem Durchmesser größer als bei Rohren mit großem Durchmesser. In Altbauten sind meist Rohre mit größerem Durchmesser als in Neubauten verbaut. Mit Einzug der Wärmepumpe ändert sich dies jedoch wieder, sodass auch in Neubauten Rohre mit großem Durchmesser vorzufinden sind. Für das Beispielgebäude wird ein Rohrreibungsverlust von 120 Pa/m angenommen. Länge der Strangleitung L: Die Länge des ungünstigsten Stranges ist in Bestandsgebäuden meist nur schwer zu ermitteln. Von daher wird vereinfacht die Summe der Maße des Gebäudes (Länge + Breite + Höhe) verwendet. Da das Wasser zum Heizkörper und auch wieder zurückfließen muss, wird die Stranglänge mit zwei multipliziert (Vor- und Rücklauf). Das Beispielgebäude hat die nachfolgenden Abmessungen: Länge = 6 m Breite = 9 m

Höhe = 5 m Zuschlagsfaktor ZF: Jeder Bogen, jede Armatur und jede Verengung im Rohrnetz stellt einen Widerstand im Heizungssystem dar. Da Sie all diese Faktoren in einem Altbau nicht kennen, nehmen Sie einen Zuschlagsfaktor für diese an. Im Beispielgebäude sind Formstücke, Armaturen und Thermostatventile verbaut, sodass ein Zuschlagsfaktor (ZF) von 2,2 angenommen wird. ZF für Formstücke und Armaturen: 1,3 ZF für Thermostatventile: 1,7 ZF für Mischer/Schwerkraftbremse (Rückschlagventil hinter der Pumpe): 1,2 ZF für Formstücke und Armaturen + Thermostatventile: 2,2 ZF für Formstücke, Armaturen, Thermostatventile + Mischer/Schwerkraftbremse: 2,6 Für das Beispielgebäude werden als Druckverlust R = 120 Pa/m sowie ein Zuschlagsfaktor von 2,2 angenommen. Die Länge der Strangleitung ergibt 40 Meter. R = 120 Pa/m L = 2*(6 m + 9 m + 5 m) = 40 m ZF = 2,2 Die Werte setzen Sie nun in die nachfolgende Formel ein und erhalten als Ergebnis die Pumpenförderhöhe.

Der Faktor 10.000 in der Formel ist der Faktor zur Umrechnung der Förderhöhe von Pascal in Meter Wassersäule, da diese Einheit überwiegend verwendet wird. Zur Vereinfachung können Sie sich die folgende Umrechnung merken: 1 mWS ≈ 0,1 bar ≈ 100 mbar ≈ 10.000 Pa.

Berechnung des Förderstroms Für die Ermittlung des Förderstroms summieren Sie alle berechneten Volumenströme, wie es in Tabelle 21.20 zu sehen ist.

Nr.

Raum

HK-Nr.

Volumenstrom

 1

Vorraum

 1

 21 l/h

 2

Gäste-WC

 2

  3 l/h

 3

Waschraum

 3

  9 l/h

 4

Küche

 4

 24 l/h

 5

Wohnzimmer

 5

 46 l/h





 6

 46 l/h

 6

Flur

 7

 17 l/h

 7

Schlafzimmer

 8

 28 l/h

 8

Bad

 9

 21 l/h

 9

Büro

10

 38 l/h

11

 31 l/h

12 – neu

 26 l/h

Summe

310 l/h

10 Gästezimmer 11

Flur





Tabelle 21.20: Summierung der Volumenströme aller Heizkörper

Der ermittelte Förderstrom beträgt 310 l/h, was 0,31 m3/h entspricht. Alternativ können Sie den Förderström über die »goldene Formel der Gebäudetechnik« berechnen, wie es im nachfolgenden Beispiel gezeigt wird. Ermitteln Sie die Summe aus verwendeter Raumheizlast und verwendeter Betriebswärmeleistung der Heizkörper, und ermitteln Sie daraus den Gesamtwärmestrom. In Tabelle 21.21 finden Sie die Summen der beiden Größen abgebildet. Die Summe aus verwendeter Raumheizlast und Betriebswärmeleistung ergibt den Wärmestrom (5.740 + 1.447 = 7.187 W). Diesen setzen Sie nun in die »goldene Formel der Gebäudetechnik« ein. Wärmestrom

: 7.187 W

Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf Nr.

Raum

HK-Nr.

Raumheizlast

HK

 1

Vorraum

 1

 480 W



 2

Gäste-WC

 2

  60 W



 3

Waschraum

 3

 210 W



 4

Küche

 4



 556 W

: 20 K

 5

Wohnzimmer

 5

1.080 W





 6

1.080 W



 6

Flur

 7

 390 W



 7

Schlafzimmer

 8

 640 W



 8

Bad

 9

 480 W



 9

Büro

10



 891 W

11

 720 W



10 Gästezimmer 11

Flur

12 – neu

 600 W







Summe

5.740 W

1.447 W

Tabelle 21.21: Summierung der verwendeten Raumheizlasten und Betriebswärmeleistungen

Der ermittelte Förderstrom beträgt 310 l/h, was 0,31 m3/h entspricht.

Wahl der Heizungspumpe Sie haben nun die Förderhöhe H und den Förderstrom für Ihre Umwälzpumpe ermittelt und können diese bei einem Pumpenanbieter auslegen lassen. Förderhöhe H = 1,06 mWS Förderstrom

= 0,31 m3/h

Anbieter von Umwälzpumpen sind beispielsweise Wilo, Grundfos, KSB oder Biral. Die meisten Hersteller haben auf Ihren Webseiten Online-Auslegungsprogramme, in die Sie die Daten eingeben können und von denen Sie dann einen Vorschlag für eine Pumpe erhalten. Hier haben Sie auch die Möglichkeit, sich die Pumpenkennline genauer anzuschauen. Wenn Sie eine geeignete Pumpe auswählen, schauen Sie sich dazu das dazugehörige Pumpendiagramm an. Jede Pumpe hat ein eigenes Pumpendiagramm. Auf der Abszissenachse (x-Achse) befindet sich der Förderstrom beziehungsweise Q und auf der Ordinatenachse (y-Achse) die Förderhöhe H. Im Pumpendiagramm wird der Arbeitsbereich einer Pumpe (in Abbildung 21.11 beispielhaft grau dargestellt) gezeigt. Hier können Sie ablesen, welche Förderhöhe bei welchem Förderstrom möglich ist. Zudem können Sie Ihren

Auslegungsbetriebspunkt bei berechneter Förderhöhe und berechnetem Förderstrom ablesen. Der Betriebspunkt sollte sich immer im Arbeitsbereich der Pumpe sowie im zweiten Drittel der Pumpenkennline befinden. Erstes Drittel (I): Befindet sich Ihr Betriebspunkt in diesem Bereich, sollte eine kleinere Pumpe gewählt werden. Zweites Drittel (II): Ist der Betriebspunkt in diesem Bereich, kann die Pumpe überwiegend in ihrem optimalen Bereich arbeiten. Drittes Drittel (III): Befindet sich der Betriebspunkt im dritten Feld, sollte eine größere Pumpe gewählt werden.

Abbildung 21.11: Bereich in der Pumpenkennlinie für den Auslegungsbetriebspunkt

Wie geht es weiter Herzlichen Glückwunsch! Sie haben eine Beispielrechnung für den hydraulischen Abgleich nachvollzogen und ein umfangreiches Verständnis für Ihre Heizungsanlage erworben. Sie können nun die berechneten Daten Ihrer Fachfirma verstehen und vergleichen. Zudem können Sie gezielt Angebote von Fachfirmen einholen und bewerten.

Sind in Ihrem Gebäude noch keine voreinstellbaren Heizkörperventile installiert, sollten Sie sich beim Ventiltausch für druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile entscheiden. Hier sind die Voreinstellwerte einfacher zu ermitteln, und die Regelgüte der Thermostate ist im Voll- und Teillastfall sehr viel besser, da der Differenzdruck über dem Ventil konstant gehalten wird. Falls Sie etwas mutiger sind und schon voreinstellbare Heizkörperventile in Ihrem Gebäude verbaut sind, können Sie sich vielleicht sogar an Ihren eigenen hydraulischen Abgleich wagen.

Nachbetrachtung Sie fragen sich vielleicht, ob Sie mit dem hydraulischen Abgleich schon fertig sind? Die Antwort ist leider: Nein. Ab jetzt gilt es, das Heizsystem zu beobachten und zu prüfen, ob die getroffenen Annahmen gut gewählt wurden. Falls nicht, müssen Sie etwas nachjustieren. Wenn es beispielsweise in manchen Räumen zu kalt oder zu warm ist und Sie Fließ- und Knackgeräusche wahrnehmen, müssen die Voreinstellwerte angepasst werden. Zudem ist es wichtig, eine Erfolgskontrolle durchzuführen und die Energieverbräuche zu beobachten. Ein hydraulischer Abgleich ist erfolgreich, wenn die gewünschten Raumtemperaturen in jedem Raum des Gebäudes erreicht werden, das Heizwasser entspannt und ruhig seine Wärme an das Gebäude abgibt und die Heizungsanlage energiesparend läuft.

Dokumentation des hydraulischen Abgleichs Mit der Beispielrechnung haben Sie eine erste Grundlage für die Dokumentation eines hydraulischen Abgleiches kennengelernt. Sie haben Ihre Heizkörper und Ventile aufgenommen, diese in Ihren Grundriss eingezeichnet und fotografiert. Damit können Sie immer nachvollziehen, welche Annahmen auf welcher Grundlage getroffen wurden, und im Nachhinein an den richtigen Stellschrauben nachjustieren. Speichern Sie dazu Ihre Fotos, Tabellen und Daten ab, sodass Sie weitere Änderungen jederzeit leicht dokumentieren können.

Hilfe durch einen Fachbetrieb Gerade in Bestandsgebäuden sind für den hydraulischen Abgleich Erfahrung und Augenmaß gefragt. Ein guter Fachbetrieb wird Sie daher bei einem hydraulischen Abgleich unterstützen, Ihnen ein faires Angebot machen und den hydraulischen Abgleich umsetzen. Sobald Ihnen eine Fachfirma sagt, dass der hydraulische Abgleich keine sinnvolle Maßnahme sei, schauen Sie sich nach einer anderen Fachfirma um. Wie Sie eine gute Fachfirma finden, erfahren Sie in Kapitel 19.

Teil V

Der Top-Ten-Teil

 

IN DIESEM TEIL … Finden Sie zehn Internetadressen zum Thema Gebäudetechnik, die Sie kennen müssen.

Kapitel 22

Zehn Webseiten zur Gebäude- und Energietechnik IN DIESEM KAPITEL Finden Sie hervorragende Webseiten zum Thema Gebäudetechnik. Von Experten aufbereitetes Wissen für Sie Anlaufstellen bei Fragen und Problemen

Wenn Sie Ihr Wissen über Gebäudetechnik weiter vertiefen möchten, finden Sie im Internet viele Webseiten zum Thema Gebäudetechnik. In diesem Kapitel bekommen Sie daher zehn empfehlenswerte Webseiten zum Thema Gebäudetechnik aufgelistet. Die Informationsflut im Internet kann überwältigend sein, daher sollten Sie nicht sofort alles glauben, was Sie dort finden. Vergleichen Sie erst die gefundenen Informationen auf mehreren Webseiten, oder halten Sie Rücksprache mit Ihrer Fachfirma. Achten Sie dabei nicht unbedingt auf das Design der Webseiten, denn interessanterweise finden Sie gerade im Bereich der Gebäudetechnik viele gute Webseiten mit wertvollen Informationen, die vom Design einfach gehalten sind.

Bosy-Online Die Webseite von Bruno Bosy ist wahrscheinlich die umfangreichste Webseite im Bereich Sanitär-, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik, die Sie finden können. Hier erhalten Sie einzigartige Informationen, die auch stets aktualisiert werden. Das Hauptmotto von Bruno Bosy ist: »Wähle einen Beruf, den du liebst, und du brauchst keinen Tag in deinem Leben mehr zu arbeiten.« (Konfuzius) Diese Leidenschaft merken Sie an den vielen Informationen auf seiner Webseite. Eine wertvolle Quelle, die Sie sich merken sollten. http://www.bosy-online.de/

Hydraulischer Abgleich

Bernd Scheithauer hat auf seiner Webseite eine umfangreiche Wissens- und Datenbank zum hydraulischen Abgleich aufgebaut. Wenn Sie sich mit dem hydraulischen Abgleich intensiver beschäftigen möchten, kommen Sie nicht um diese Webseite herum. Hier finden Sie verschiedene Abgleichstrategien für verschiedene Heizungssysteme, notwendige Komponenten, Tipps und auch die neuesten Erkenntnisse zum hydraulischen Abgleich. https://www.hydraulischer-abgleich.de/

RP-Energie-Lexikon In Rüdiger Paschottas Energie-Lexikon finden Sie Grundbegriffe, Fakten und Zusammenhänge zu den Themen Energie, Energieeffizienz und Umwelttechnik verständlich aufbereitet. Da Energie auch in der Gebäudetechnik eine wichtige Rolle spielt, finden Sie dort hervorragende und praxisnah geschriebene Beiträge zu Wärmepumpen, Heizkesseln, Lüftungsanlagen und Photovoltaik. Auf dem Blog des »Energie-Lexikons« finden Sie zudem Beiträge zu aktuellen Themen. Eine hervorragende Webseite mit umfangreichen Informationen. https://www.energie-lexikon.info/

Elektronik-Kompendium Falls Sie sich intensiver mit Elektronik und Elektrotechnik auseinandersetzen möchten, finden Sie auf Patrick Schnabels Elektronik-Kompendium einen riesigen Fundus an Informationen, die für Anfänger und Profis geeignet sind. Hier erhalten Sie Erklärungen zu elektronischen Bauteilen, Schaltungen und deren Funktion sowie Minikurse, in denen Sie Ihr erworbenes Wissen in der Praxis testen können. https://www.elektronik-kompendium.de/

Delta-Q Die Webseite Delta-Q wird von Prof. Dr.-Ing. Dieter Wolff und Prof. Dr.-Ing. Kati Jagnow betrieben, die auf Themen der technischen Gebäudeausrüstung spezialisiert sind. Auf der Webseite von »Delta Q« finden Sie weiterführende und fachspezifische Themen zur technischen Gebäudeausrüstung, Energieeinsparung und Energieberatung. In unzähligen Skripten können Sie dort Ihr Fachwissen vertiefen und ausbauen. https://www.delta-q.de/

IKZ-Onlineportal Im IKZ-Onlineportal finden Sie ausgewählte Beiträge aus den Fachzeitschriften IKZ-

Haustechnik, IKZ-Fachplaner, IKZ-Energy und IKZ-Praxis. Besonders hervorzuheben ist das Archiv, welches bis in das Jahr 1996 zurückgeht. Im Bereich Fachwissen werden zudem verschiedene Technologien, Bauteile und Systeme verständlich vorgestellt, sodass Sie Ihr Wissen ergänzen können. https://www.ikz.de/

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Energieblogger Die Energieblogger sind ein Zusammenschluss deutschsprachiger Blogger, YouTuber und Podcaster, die über die Energiewende, Klimaschutz und die dahintersteckenden Technologien berichten. Die Energieblogger stehen für eine Energiewende in Bürgerhand sowie einen schnellen Umstieg auf erneuerbare Energien. Auf der Seite finden Sie viele interessante Webseiten, Beiträge und Informationen, die sich mit dem Klimaschutz und der Energiewende beschäftigen. https://www.energieblogger.net/

Verbraucherzentrale Die Webseite der Verbraucherzentrale ist eine hervorragende Anlaufstelle für Informationen rund um die Gebäudetechnik, das Energiesparen und Probleme bei Stromund Heizkostenabrechnungen. Dort sind besonders die beiden Bereiche »Energie« und »Umwelt & Haushalt« hervorzuheben. Die Verbraucherzentralen bieten zudem Beratungen und Information zu Fragen des Verbraucherschutzes an, helfen bei Rechtsproblemen und vertreten die Interessen der Verbraucher auf Landesebene. https://www.verbraucherzentrale.de/

CO2online CO2online ist eine gemeinnützige Beratungsgesellschaft, der über die CO2-Einsparung im Gebäudesektor informiert. Dort finden Sie unzählige Informationen zum Strom- und

Heizenergiesparen, Modernisieren und Bauen. Zudem gibt es verschiedene Tools wie Onlinerechner, Datenbanken und Schritt-für-Schritt-Anleitungen, wie Sie passende Fördermittel finden. https://www.co2online.de/

Deutscher Mieterbund Die Liste der zehn Webseiten ist voll, doch es gibt noch einen Bonus für Sie mit dieser elften Webseite: Falls Sie zur Miete wohnen, lohnt sich eine Mitgliedschaft im Deutschen Mieterbund (DMB). Als Mitglied haben Sie Anspruch auf persönliche Rechtsberatungen, wenn Sie beispielsweise Ihre Betriebskostenabrechnung nicht verstehen, sich gegen eine Mieterhöhung wehren müssen oder nicht wissen, wie Sie sich bei Mängeln zu verhalten haben. Die Rechtsberatungen sind für Sie als Mitglied kostenlos und die Beiträge liegen zwischen 50 und 90 € pro Jahr (Stand 2022). https://www.mieterbund.de/

Abbildungsverzeichnis Abbildung 2.1: Behaglichkeitsfeld für Raumlufttemperatur und relative Luftfeuchte Abbildung 2.2: Behaglichkeitsfeld für Raumlufttemperatur und Luftgeschwindigkeit Abbildung 3.1: Strömungsgeschwindigkeit in einem Rohr Abbildung 3.2: Kontinuitätsgesetz und verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten Abbildung 3.3: Änderungen der Aggregatzustände von Substanzen Abbildung 3.4: Freie Konvektion an einem Heizkörper Abbildung 3.5: Heizkörper mit Wärmestrahlen Abbildung 3.6: T,S- und p,V-Diagramm eines Carnot-Kreisprozesses Abbildung 3.7: Linksdrehender Carnot-Kreisprozess links: Wärmepumpe; rechts: Kältemaschine Abbildung 3.8: Vereinfachtes Atommodell mit Atomkern und Elektronenbahnen Abbildung 3.9: Elektroleitung mit Leiter im Kern und Isolator als Ummantelung – Quelle: demarco, Stock.Adobe.com Abbildung 3.10: Einfacher Stromkreis mit allen wichtigen Bauteilen (Spannungsquelle, Leitung, Verbraucher, Schalter) Abbildung 3.11: Ohm-Dreieck mit Spannung, Widerstand und Stromstärke Abbildung 3.12: Reihenschaltung eines Stromkreises Abbildung 3.13: Parallelschaltung Stromkreis Abbildung 3.14: Kondensatoren auf einer Leiterplatine – Quelle: Stocksnapper, Stock.Adobe.com

Abbildung 3.15: Symbol für Gleichstrom (DC) Abbildung 3.16: Technische und physikalische Stromrichtung Abbildung 3.17: Symbol für Wechselstrom (AC) Abbildung 3.18: Spule mit Eisenkern auf Leiterplatine – Quelle: KPixMining, Stock.Adobe.com

Abbildung 3.19: Elektromagnetische Felder in Stromkreisen Abbildung 3.20: Funktionsprinzip eines Induktionsherds im Wechselstromkreis Abbildung 3.21: Fahrraddynamo für die Stromproduktion – Quelle: Juan, Stock.Adobe.com

Abbildung 3.22: Magnet bewegt sich durch eine Spule und induziert Strom Abbildung 4.1: Energiefluss von der Primärenergie zur Nutzenergie Abbildung 4.2: Entwicklung des Gebäudeenergiegesetzes von 1976 bis 2020 Abbildung 4.3: A/V-Verhältnis für zwei Beispiele Abbildung 4.4: Iglus sind sehr kompakt und haben das beste A/V-Verhältnis – Quelle: Volodymyr Shevchuk, Stock.Adobe.com Abbildung 4.5: Beispielhafter Außenwandaufbau mit Wärmedämmung – Quelle: sveta, Stock.Adobe.com

Abbildung 4.6: Gedämmte Heizungsrohre mit Metallummantelung Abbildung 4.7: Blower-Door-Test über einer Tür – Quelle: StockMediaProduction, Stock.Adobe.com

Abbildung 4.8: Außen liegender Sonnenschutz – Quelle: Kara, Stock.Adobe.com Abbildung 4.9: Energieausweis für ein Wohngebäude – Quelle: vegefox.com, Stock.Adobe.com

Abbildung 5.1: Aufbau einer Heizungsanlage mit zentraler Wärmeerzeugung, -verteilung und -übergabe Abbildung 5.2: Einfaches Schema eines dezentralen Heizungssystems Abbildung 5.3: Fernwärmeheizung vom Heizkraftwerk zum Gebäude Abbildung 5.4: Wärmeverluste und Wärmegewinne eines Gebäudes Abbildung 5.5: Zentralheizung mit zwei größeren Öl-Heizkesseln – Quelle: Marcel Wittmann, Stock.Adobe.com Abbildung 5.6: Querschnitt eines Heizkessels mit Heizkreis und Heizkörper Abbildung 5.7: Brennwertkessel – Querschnitt und Funktion Abbildung 5.8: Außenbauteil einer Luftwärmepumpe – Quelle: Hermann, Stock.Adobe.com

Abbildung 5.9: Energiefluss der Wärmepumpe Abbildung 5.10: Funktionsschema einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe Abbildung 5.11: Verschiedene Wärmequellen für Wärmepumpen Abbildung 5.12: Betriebsweisen von Wärmepumpen Abbildung 5.13: Solardusche im Sommer – Quelle: Sir_Oliver, Stock.Adobe.com Abbildung 5.14: Röhrenkollektor einer Solarthermieanlage – Quelle: Christian, Stock.Adobe.com

Abbildung 5.15: Überirdische Fernwärmeleitungen in einem Stadtgebiet – Quelle: focus finder, Stock.Adobe.com Abbildung 5.16: Geöffnetes Mikro-BHKW für Ein- und Zweifamilienhäuser – Quelle: Senertec Abbildung 5.17: Nachspeicherheizung ohne Frontabdeckung – Quelle: Jürgen Fälchle, Stock.Adobe.com

Abbildung 5.18: Aufbau und Funktion einer Brennstoffzelle Abbildung 5.19: Kachelofen mit Holzbefeuerung – Quelle: Photolifestyle, Stock.Adobe.com

Abbildung 5.20: Funktionsskizze eines Luft-Abgas-Systems (LAS) Abbildung 5.21: Heizkreisverteiler einer Pumpenheizung mit vier Heizkreisen und vier Heizungspumpen Abbildung 5.22: Leitungen in einem Heizungssystem Abbildung 5.23: Schwerkraftheizung mit oberer Verteilung Abbildung 5.24: Elektronisch geregelte Heizungspumpe (Umwälzpumpe) Abbildung 5.25: Pumpenheizung mit oberer Verteilung Abbildung 5.26: Offenes Ausdehnungsgefäß während einer Demontage Abbildung 5.27: Prinzipielles Schema eines offene Heizungssystems Abbildung 5.28: Offenes Ausdehnungsgefäß – schematische Darstellung bei unterschiedlichen Temperaturen Abbildung 5.29: Membranausdehnungsgefäß (MAG) in einem Heizungskeller Abbildung 5.30: Geschlossenes Heizungssystem mit MAG Abbildung 5.31: Sicherheitsventil einer Heizungsanlage Abbildung 5.32: Membranausdehnungsgefäß (MAG) bei unterschiedlichen Temperaturen Abbildung 5.33: Zweirohrheizung mit separatem Vor- und Rücklauf Abbildung 5.34: Einrohrheizung mit einem Strang für Vor- und Rücklauf Abbildung 5.35: Anschlussmöglichkeiten für Einrohrheizungen Abbildung 5.36: Obere Verteilung einer Zweirohrheizung Abbildung 5.37: Untere Verteilung einer Zweirohrheizung Abbildung 5.38: Einrohrheizung horizontal in ringförmiger Anordnung Abbildung 5.39: Zweirohrheizung horizontal in ringförmiger Anordnung

Abbildung 5.40: Zweirohrheizung horizontal in zentraler Anordnung Abbildung 5.41: Zweirohrheizung horizontal in sternförmiger Anordnung Abbildung 5.42: Zweirohrheizung horizontal im Tichelmann-System Abbildung 5.43: Plattenheizkörper mit zwei Platten und zwei Konvektorblechen (PKKP) Abbildung 5.44: Gliederheizkörper mit 21 Gliedern Abbildung 5.45: Eingehauster Konvektor mit feinen Lamellen im Bodenbereich Abbildung 5.46: Anschlussarten für Vor- und Rücklauf an Heizkörpern Abbildung 5.47: Thermostatkopf (links) und Heizkörperventil (rechts) Abbildung 5.48: Links manuelles Thermostat, rechts ein elektronisches Thermostat Abbildung 5.49: Heizkörperventile – nicht voreinstellbar, voreinstellbar, voreinstellbar und druckunabhängig Abbildung 5.50: Wärmeübergabe im Heizkreisverteiler für eine Fußbodenheizung – Quelle: Wolfilser, Stock.Adobe.com Abbildung 5.51: Intelligente Heizungssteuerung als Nachrüstset für Fußbodenheizung Abbildung 5.52: Aufbauschema einer Fußbodenerwärmung Abbildung 5.53: Rücklauftemperaturbegrenzer – RTL-Thermostat Abbildung 5.54: Flächenheizung in einer Wand Abbildung 6.1: Funktionsschema einer Kompressionskältemaschine Abbildung 6.2: Kompressionskältemaschine mit zwei Turboverdichtern (die Geräte oben auf der Maschine) und einer Kälteleistung von 1 MW Abbildung 6.3: Funktionsschema einer Absorptionskältemaschine Abbildung 6.4: Funktionsschema einer Adsorptionskältemaschine mit zwei aufeinanderfolgenden Zyklen Abbildung 6.5: Split-Klimagerät – Innen- und Außeneinheit Abbildung 6.6: Funktionsschema eines Split-Klimagerätes Abbildung 6.7: Einschlauch-Monoblock-Klimagerät Abbildung 6.8: Funktionsschema Einschlauch- und Zweischlauch-Monoblock-Klimagerät Abbildung 6.9: Beispielhafte Darstellung einer indirekten Kühlung mit Kälteerzeugung und Übergabe an einen Wärmeübertrager in einer Lüftungsanlage Abbildung 6.10: Rückkühler in Tischform zur Abfuhr von Wärme – Quelle: Klemenso, Stock.Adobe.com

Abbildung 6.11: Funktionsschema für Rückkühler in indirekten Systemen Abbildung 7.1: Steuerung als Steuerkette (offener Wirkungsweg) Abbildung 7.2: Heizungssteuerung mit offenem Wirkungsweg (Steuerkette) Abbildung 7.3: Regelung als Regelkreis (geschlossener Wirkungsweg) Abbildung 7.4: Heizungsregelung mit geschlossenem Wirkungsweg (Regelkreis) Abbildung 7.5: Hydraulischer Heizkreis mit verschiedenen Bauteilen und Sensoren Abbildung 7.6: Motorventile an einem Heizungsverteiler Abbildung 7.7: Mischregelung mit Ventiltoren Abbildung 7.8: Symbolische Darstellung von Umwälzpumpen und zwei Beispiele Abbildung 7.9: Primär- und Sekundärkreis einer hydraulischen Schaltung Abbildung 7.10: Darstellungsmöglichkeiten hydraulischer Kreise Abbildung 7.11: Regelszenarien bei verschiedenen Raumtemperaturen Abbildung 7.12: Drosselschaltung mit unterschiedlichen Ventilstellungen Abbildung 7.13: Umlenkschaltung mit unterschiedlichen Ventilstellungen Abbildung 7.14: Beimischschaltung mit unterschiedlichen Ventilstellungen Abbildung 7.15: Einspritzschaltung mit unterschiedlichen Ventilstellungen Abbildung 7.16: Symbolische Darstellung von Absperrarmaturen und zwei Beispiele Abbildung 7.17: Symbolische Darstellung von Thermometern und zwei Beispiele Abbildung 7.18: Symbolische Darstellung von Temperaturfühlern mit zwei Beispielen Abbildung 7.19: Symbolische Darstellung von Manometern und zwei Beispiele Abbildung 7.20: Symbolische Darstellung von Schmutzfängern und zwei Beispiele Abbildung 7.21: Symbolische Darstellung von Einstell-/Drosselarmaturen mit zwei Beispielen Abbildung 7.22: Symbolische Darstellung von Rückschlagklappen mit zwei Beispielen – Quelle links: TUVISION, Stock, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: psgxxx, Stock.Adobe.com

Abbildung 7.23: Symbolische Darstellung von Druckausdehnungsgefäßen mit zwei Beispielen Abbildung 7.24: Symbolische Darstellung von Sicherheitsventilen mit zwei Beispielen Abbildung 7.25: Symbolische Darstellung von Wärmeübertragern und zwei Beispiele Abbildung 7.26: Symbolische Darstellung für eine hydraulische Weiche mit zwei

Beispielen Abbildung 7.27: Symbolische Darstellung von Pufferspeichern mit zwei Beispielen Abbildung 7.28: Symbolische Darstellung von Verteilern mit zwei Beispielen Abbildung 7.29: Symbolische Darstellung von Energiezählern mit zwei Beispielen Abbildung 8.1: Lüftungszentrale mit mehreren raumlufttechnischen Anlagen – Quelle: Kuznietsov Dmitriy, Stock.Adobe.com Abbildung 8.2: Gliederung und Einteilung der Raumlufttechnik Abbildung 8.3: Schachtlüftungssysteme Berliner Lüftung, Kölner Lüftung, Dortmunder Lüftung und Sammelschachtlüftung Abbildung 8.4: Dachaufsatzlüftung in zwei Industriehallen – Quelle links: athio, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Marco Becker, Stock.Adobe.com Abbildung 8.5: Luftkanäle einer RLT-Anlage mit Beschriftung der Luftart Abbildung 8.6: Luftarten in RLT-Anlagen Abbildung 8.7: Funktionsprinzip von RLT-Anlagen mit und ohne Lüftungsfunktion Abbildung 8.8: Druckverhältnisse in Räumen durch RLT-Anlagen Abbildung 8.9: Schematische Darstellung einer Außenluft-Vollklimaanlage Abbildung 8.10: Lüftungstürme zur Versorgung eines Gebäudes mit Luft und zum Abtransport verbrauchter Luft Abbildung 8.11: Wärmerückgewinnung mit Kreuzstrom-Wärmeübertrager – Quelle: Studio Harmony, Stock.Adobe.com Abbildung 8.12: Übersicht verschiedener Wärmerückgewinnungssysteme Abbildung 8.13: Tausch eines Faserfilters in einer RLT-Anlage – Quelle: Ilja, Stock.Adobe.com

Abbildung 8.14: Filterwächter mit Differenzdruckmessung in einer RLT-Anlage Abbildung 8.15: Rohrschalldämpfer mit größerem Querschnitt als das Kanalnetz – Quelle: Nikita Rublev, Stock.Adobe.com Abbildung 8.16: Volumenstromregler, links ist geschlossen und rechts geöffnet – Quelle: Nikita Rublev, Stock.Adobe.com Abbildung 8.17: Axial-, Radial- und Querstromventilator – Quelle links: Grispb, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: New Africa, Stock.Adobe.com Abbildung 8.18: Wärmeübertrager als Heiz- oder Kühlregister für RLT-Gerät mit zwei Wasseranschlüssen für Vor- und Rücklauf an der Seite – Quelle: Nikita Rublev, Stock.Adobe.com

Abbildung 8.19: Verschiedene Typen von Luftbefeuchtern Abbildung 8.20: Möglichkeiten für die Be- und Entlüftung – Quelle links: R_Yosha, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte: Volodymyr, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: alhim, Stock.Adobe.com

Abbildung 8.21: Wohnungsgrundriss mit dezentraler Be- und Entlüftung Abbildung 8.22: Wohnungsgrundriss mit zentraler Be- und Entlüftung Abbildung 8.23: RLT-Gerät einer zentralen kontrollierten Wohnraumlüftung – Quelle: Gerd, Stock.Adobe.com Abbildung 8.24: Nur-Luft-Klimaanlage – einfache Darstellung mit Wärme- und Kälteerzeugung Abbildung 8.25: Großes zentrales RLT-Gerät in einer Technikzentrale – Quelle: vladdeep, Stock.Adobe.com

Abbildung 8.26: Luftkanalnetze in verschiedenen Dimensionen – Quelle links: Ewa Leon, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Robert Kneschke, Stock.Adobe.com Abbildung 8.27: Luftdurchlässe für Zu- und Abluft in verschiedenen Größen – Quelle links: tl6781, Stock.Adobe.com Abbildung 8.28: Schematische Darstellung eines Einkanalsystems mit mehreren Räumen Abbildung 8.29: Schematische Darstellung eines Zweikanalsystems mit mehreren Räumen Abbildung 8.30: Schematische Darstellung eines Zweileiter-Rohrsystems mit Umschaltventilen in Vor- und Rücklauf Abbildung 8.31: Schematische Darstellung eines Vierleiter-Rohrsystems Abbildung 8.32: Induktionsgerät im Deckenkoffer eines Hotelzimmers – Quelle: Jirawatfoto, Stock.Adobe.com (bearbeitet) Abbildung 8.33: Luftkanalnetz für die Primärluft und Gebläse-Konvektor zur Temperierung der Sekundärluft – Umluftbetrieb möglich – Quelle: Zdena Venclik, Stock.Adobe.com (bearbeitet) Abbildung 8.34: Verändertes Erscheinungsbild des Gebäudes durch die Außeneinheiten der Split-Klimageräte – Quelle: Cyrill, Stock.Adobe.com Abbildung 8.35: Schematische Darstellung und Übersicht von Split-Klimageräten Abbildung 8.36: Prinzip einer Strahlungskühldecke Abbildung 8.37: Prinzip einer Konvektionskühldecke Abbildung 8.38: Bei diesem Gebäude hätte sich eine gute Planung bezahlt gemacht. Quelle: Danila Shtantsov, Stock.Adobe.com

Abbildung 8.39: Diagramm mit Darstellung der Temperatur, absoluter- und relativer Feuchte sowie der spezifischen Enthalpie Abbildung 8.40: Diagramm – Lufterwärmung und Luftbefeuchtung im Winterfall Abbildung 8.41: Diagramm Luftkühlung und Entfeuchtung im Sommer-Fall Abbildung 9.1: Die Leistungen in der Wechselstromtechnik – Quelle rechts: alekseyvanin Stock.Adobe.com

Abbildung 9.2: Prinzipieller Aufbau eines Wechselstromgenerators Abbildung 9.3: Prinzipieller Aufbau eines Drehstromgenerators mit DreiphasenWechselstrom und einem Neutralleiter mit Schutzfunktion (PEN) Abbildung 9.4: Dampfturbine in einem Kraftwerk – Quelle links: agnormark, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: photosoup, Stock.Adobe.com Abbildung 9.5: Windräderbauformen: Widerstandsläufer und Auftriebsläufer – Quelle links: Get Lost Mike, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Björn Wylezich, Stock.Adobe.com

Abbildung 9.6: Windkraftanlagen als Vertikal- und Horizontalanlage – Quelle links: embeki, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: altitudedrone, Stock.Adobe.com Abbildung 9.7: Beispielhafter Aufbau des Wegs von der Windkraftanlage ins Stromnetz Abbildung 9.8: Stauwasserkraftwerk und Pumpspeicherkraftwerk – Quelle links: travelview, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Aufwind-Luftbilder, Stock.Adobe.com Abbildung 9.9: Laufwasserkraftwerk in einem Fluss – Quelle: David Klein, Stock.Adobe.com

Abbildung 9.10: Unterschiedliche Gezeitenkraftwerke – Quelle links: Francois, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Alex Mit, Stock.Adobe.com Abbildung 9.11: Aufbau einer Photovoltaikanlage im Inselbetrieb Abbildung 9.12: Bauteile einer Solaranlage – Quelle links: tl6781, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte links: chaphot, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte rechts: costazzurra, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Zstock, Stock.Adobe.com Abbildung 9.13: Photovoltaikanlage als Solarpark mit Volleinspeisung – Quelle rechts: ake1150, Stock.Adobe.com Abbildung 9.14: Photovoltaikanlage mit Überschusseinspeisung und Eigenverbrauch Abbildung 9.15: Solarmodule mit unterschiedlichen Arten von Solarzellen – Quelle links: Linleo, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte: ls_design, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Soonthorn, Stock.Adobe.com Abbildung 9.16: Dotierte Siliziumschichten der Solarzelle

Abbildung 9.17: Solarzelle mit gebildeter Grenzschicht Abbildung 9.18: Querschnitt einer Solarzelle mit angeschlossenem Verbraucher Abbildung 9.19: Beispielhafter Aufbau einer Power-to-Gas-Versorgung mit Photovoltaik Abbildung 9.20: Höchstspannungsfreileitung und Hochspannungstransformator – Quelle links: Sascha, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: jakit17, Stock.Adobe.com Abbildung 9.21: Funktionsprinzip von Transformatoren Abbildung 9.22: Aufwärts- und Abwärtstransformator mit unterschiedlichen Windungen der Spulen Abbildung 9.23: Prinzipieller Stromlauf vom öffentlichen Stromnetz zum Stromkreis in ein Gebäude Abbildung 9.24: Vieradrige und fünfadrige Leitungen – Quelle links und rechts: demarco, Stock.Adobe.com

Abbildung 9.25: Verschiedene Leitungstypen für die Elektrotechnik – Quelle: mirkograul, Stock.Adobe.com

Abbildung 9.26: Netzformen nach Erdungsverhältnissen Abbildung 9.27: Beispielhafte Darstellung eines TN-C-S-Netzes für Neubauten Abbildung 9.28: Beispielhafter Anschluss eines Hausanschlusskastens Abbildung 9.29: Potenzialausgleichsschiene verbunden mit verschiedenen Anlagenteilen – Quelle: Hulshofpictures, Stock.Adobe.com Abbildung 9.30: Potenzialausgleichsschiene und Hauptpotenzialausgleich über Fundamenterder Abbildung 9.31: Anschlussfahnen für die Erdung – Quelle links: Jürgen Fälchle, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Schlegelfotos, Stock.Adobe.com Abbildung 9.32: Mechanische und digitale Stromzähler Abbildung 9.33: Stromkreisverteiler mit Zähleinrichtung – Quelle: Thomas Söllner, Stock.Adobe.com

Abbildung 9.34: Wohnungsverteiler mit verschiedenen Stromkreisen – Quelle: Ronald Rampsch, Stock.Adobe.com Abbildung 9.35: Schutzeinrichtungen in einem Verteilerkasten – Quelle links: dkfotowelt, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte und rechts: AndreiNN, Stock.Adobe.com Abbildung 9.36: Beispielhafte Stromkreisanordnung in einer Wohnung Abbildung 9.37: Leitungen für dreiphasigen und einphasigen Wechselstrom – Quelle links und rechts: demarco, Stock.Adobe.com

Abbildung 9.38: Spannung zwischen den Phasen und Neutralleiter mit verschiedenen Schaltungen Abbildung 9.39: Beispielhafte Installationszonen für Elektroleitungen Abbildung 9.40: Endpunkte in einem Stromkreis: Lichtauslässe, Lichtschalter und Steckdosen – Quelle links: Tobias, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte: atomicrooster, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: schaltwerk, Stock.Adobe.com Abbildung 9.41: Passende Stecker für Schuko-Steckdosen – Quelle links: IB Photography, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte links: Ana Belen Garcia, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte rechts: Robert Lehmann, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: photofluff.de, Stock.Adobe.com

Abbildung 9.42: Rote CEE-Steckverbindung mit Dreiphasen-Wechselstrom Abbildung 9.43: Typische Schalterarten für die Beleuchtung – Quellen Fotos: New Africa, Stock.Adobe.com

Abbildung 9.44: Verteilerkasten der Telekom mit Glasfaserwerbung Abbildung 9.45: All-IP-Anschluss mit Kupferleitung für DSL und VDSL Abbildung 9.46: All-IP-Anschluss mit Glasfaserleitung für FTTB, FTTH und FTTD Abbildung 9.47: Empfangsgeräte fürs Fernsehen – Quelle links: zilber42, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte links: Robert Kneschke, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte rechts: kiono, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Антон Скрипачев, Stock.Adobe.com Abbildung 10.1: Lichtstrom – Helligkeit einer Lichtquelle Abbildung 10.2: Lichtstärke – Helligkeit in einem bestimmten Raumwinkel Abbildung 10.3: Lichtstärkeverteilungskurve (LVK) im Polardiagramm Abbildung 10.4: Beleuchtungsstärke – Lichtstrom auf einer Fläche Abbildung 10.5: Digitale Luxmeter zur Messung der Beleuchtungsstärke – Quelle links: alexlmx, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: marco, Stock.Adobe.com Abbildung 10.6: Typische Temperaturstrahler als Glühlampe und Halogenlampe – Quelle links und rechts: atomicrooster, Stock.Adobe.com Abbildung 10.7: Hochdruckentladungslampen für Industriehallen und Straßenbeleuchtung – Quelle links: teptong, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Alex, Stock.Adobe.com Abbildung 10.8: Niederdruckentladungslampen als Leuchtstoff- und Energiesparlampen – Quelle links: Stocksnapper, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: zcy, Stock.Adobe.com Abbildung 10.9: Aufbau einer Leuchtdiode mit Symbol und LED-Chip Abbildung 10.10: LED-Lampen in Glühlampenform (links) und als Retrofit-Variante (rechts) – Quelle links: Maksim, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: praphant ravee/EyeEm,

Stock.Adobe.com

Abbildung 10.11: Möglichkeiten der direkten und indirekten Beleuchtung Abbildung 10.12: Verschiedene Leuchtentypen – Quellen v. l. n. r.: flucas, volody10, Aleks Kend, denisismagilov, fotofabrika – Stock.Adobe.com Abbildung 11.1: Aufbau Smart-Home-System – zentral und dezentral Abbildung 11.2: Beispielhafte Smart-Home-Teilnehmer Abbildung 11.3: Zentrale Steuereinheiten für verschiedene funkbasierte Smart-HomeSysteme Abbildung 11.4: Auswirkung unterschiedlicher Standards auf Smart-Home-Geräte Abbildung 11.5: Smart-Home-Geräte kommunizieren über einen einheitlichen Standard Abbildung 12.1: Kalkablagerung an einem Wasserhahn und in einem Wasserkocher – Quelle links: Rainer Fuhrmann, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: Daisy Daisy, Stock.Adobe.com

Abbildung 12.2: pH-Wert-Skala – sauer, neutral, basisch mit Anhaltswerten Abbildung 12.3: Natürlicher Wasserkreislauf Abbildung 12.4: Einfache schematische Darstellung der Wasserverteilung im Gebäude Abbildung 12.5: Wasserübergabestation in einem Gebäude Abbildung 12.6: Wasserfilter mit integriertem Druckminderer Abbildung 12.7: Altes Bleirohr vor einem Wasserzähler – Quelle: GDM photo and video, Stock.Adobe.com

Abbildung 12.8: Beispielhafte Geräte für die dezentrale Wasserversorgung Abbildung 12.9: Dezentrale Warmwasserbereitung – Einzel- und Gruppenversorgung Abbildung 12.10: Zentrale Warmwasserbereitung mit Zirkulationsleitung Abbildung 12.11: Warmwassererwärmung über das zentrale Heizsystem Abbildung 12.12: Solarthermieanlage unterstützend zum Heizsystem für die Warmwasserbereitung Abbildung 12.13: Warmwasserspeicher in Kombi-Heizkessel und als separate Ausführung Abbildung 12.14: Gesamtwasserverbrauch mit Einsparpotenzial Abbildung 12.15: Schilder mit dem Hinweis »Kein Trinkwasser« – Quelle links: fotohansel, Stock.Adobe.com, Quelle Mitte: Animaflora PicsStock, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: VS, Stock.Adobe.com Abbildung 12.16: Beispielhafte Regenwassernutzungsanlage

Abbildung 12.17: Grauwassernutzanlage mit vier Behältern und Membranfilter Abbildung 12.18: Geruchsverschlüsse für Abflussleitungen Abbildung 12.19: Übersicht der Abwasserleitungen in einem Gebäude Abbildung 12.20: Rückstauverschluss in der Grundleitung Abbildung 12.21: Hebeanlage unterhalb der Kanalisation Abbildung 12.22: Abwasseraufbereitung in mehreren Schritten – Quelle: Lars Neumann, Stock.Adobe.com

Abbildung 13.1: Heizwasser über Heizwassernachfüllstation befüllen Abbildung 13.2: Selbsttätiges Entlüftungsventil an einem Heizkörper Abbildung 13.3: Werkzeuge für die Entlüftung von Heizkörpern Abbildung 13.4: Heizkörper entlüften: Schritt für Schritt Abbildung 13.5: Lassen Sie Ihre Umwälzpumpe gegen eine neue tauschen Abbildung 13.6: Typisches Heizprofil in Altbauten Abbildung 13.7: Mögliches Heizprofil mit programmierbaren Thermostaten Abbildung 13.8: Wasserpumpenzange zum Lösen alter Thermostate Abbildung 13.9: Demontage des alten Thermostates Abbildung 13.10: Programmierbare Thermostate montieren Abbildung 13.11: Beispielhafter Adapter für ein Heizkörperventil Abbildung 13.12: Stopfbuchsenstift des Heizkörperventils klemmt Abbildung 13.13: Klemmenden Stopfbuchsenstift lösen Abbildung 13.14: Einstellungsmöglichkeiten für die Heizkennlinie Abbildung 13.15: Alte und neue Heizungsregelung mit Angabe zur Heizkennline Abbildung 13.16: Diagramm für eine Heizkennlinie Abbildung 13.17: Dämmung für Heizungsrohre – Quelle links: Photocrew, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: PhotoSG, Stock.Adobe.com Abbildung 15.1: Verschiedene Heizkostenverteiler – Quelle links: Kzenon, Stock.Adobe.com, Quelle rechts: aldorado, Stock.Adobe.com Abbildung 15.2: Energiemessgeräte – Quelle rechts: Robert Poorten, Stock.Adobe.com Abbildung 16.1: Dachboden mit und ohne Dämmung – Quelle beide Bilder: hanohiki, Stock.Adobe.com

Abbildung 16.2: Dachdämmung mit Dampfbremsfolie, Dämmplatten und Spanplatten –

Quelle: SKatzenberger, Stock.Adobe.com Abbildung 16.3: Beispielhaft gedämmte Kellerdecke Abbildung 16.4: Anbringen von Dämmplatten an der Kellerdecke – Quelle: schulzfoto, Stock.Adobe.com

Abbildung 16.5: Eingang zu einem Dachdrempel – Quelle: AVTG, Stock.Adobe.com Abbildung 16.6: Dämmung über Einblasdämmung in einen Dachdrempel – Quelle oberes Bild: Ingo Bartussek, Stock.Adobe.com Abbildung 16.7: Erster Schritt zum Umbau einer Zweischlauchanlage Abbildung 16.8: Befestigung des Kartons an der Klimaanlage Abbildung 16.9: Die Schläuche sind an der umgebauten Monoblock-Klimaanlage montiert Abbildung 16.10: Fensterabdichtung für mobile Klimaanlagen Abbildung 17.1: Funktion Stecker-Solargerät – Quelle rechts oben: Robert Poorten, Stock.Adobe.com, Quelle rechts unten: PixelboxStockFootage, Stock.Adobe.com Abbildung 17.2: Mini-Solaranlage im Inselbetrieb – Quelle Bild rechts: Robert Poorten, Stock.Adobe.com

Abbildung 17.3: Beispielhafte Komponenten eines Insel-Solar-Komplettsets Abbildung 17.4: Mobile Powerstationen verschiedener Anbieter Abbildung 17.5: Mobile Solar-Komplettsets mit faltbaren Solarmodulen Abbildung 18.1: Verschiedene Kreuz- und Schlitz-Schraubendreher Abbildung 18.2: Set für Präzisionsschraubendreher Abbildung 18.3: Kneifzange, Wasserpumpenzange, Kombizange und Spitzzange – Quelle rechts: olyasolodenko, Stock.Adobe.com Abbildung 18.4: Typischer Schlosshammer Abbildung 18.5: Feinsäge, Bügelsäge und Fuchsschwanz – Quelle rechts: luckylight, Stock.Adobe.com

Abbildung 18.6: Schlüsselsets, bestehend aus Inbusschlüssel, Schraubenschlüssel und Steckschlüssel Abbildung 18.7: Cuttermesser mit Klingen zum Abbrechen Abbildung 18.8: Entlüftungsschlüssel für Heizkörper Abbildung 18.9: Set, bestehend aus Schrauben, Dübeln und Nägeln Abbildung 18.10: Bleistift zur Markierung mit einem mittleren bis weichen Härtegrad

Abbildung 18.11: Gewebeklebeband und Isolierklebeband – Quelle rechts: Björn Wylezich, Stock.Adobe.com Abbildung 18.12: Vielseitig einsetzbare Kabelbinder Abbildung 18.13: Schutzausrüstung für Baustelle und Heimwerkstatt – Quelle: Rawf8, Stock.Adobe.com

Abbildung 18.14: Multifunktionsöl im Haushalt Abbildung 18.15: Große und kleine Akkuschrauber mit passenden Bits Abbildung 18.16: Schlagbohrmaschine mit passendem Bohrerset Abbildung 18.17: Kleine Wasserwaage aus dem Baumarkt Abbildung 18.18: Metermaß und Maßband Abbildung 18.19: Messschieber zur Feinmessung – Quelle: smuay, Stock.Adobe.com Abbildung 18.20: Multimeter zur Messung von elektrischen Größen Abbildung 18.21: Phasenprüfer zur Spannungsüberprüfung – Quelle: D. Ott, Stock.Adobe.com

Abbildung 18.22: Leitungsfinder zum Auffinden von Elektroleitungen in der Wand Abbildung 18.23: Energiemessgerät zur Messung des Energieverbrauchs und der Leistungsaufnahme Abbildung 20.1: Prinzip von Widerständen im Heizungsnetz Abbildung 20.2: Voreinstellbares Heizkörperventil mit sechs Voreinstellstufen zur Begrenzung der Wassermenge Abbildung 20.3: Heizungsanlage mit und ohne hydraulischen Abgleich Abbildung 20.4: Strangregulierarmatur mit Einstellkulisse Abbildung 20.5: Rücklaufverschraubung an einem Heizkörper – Quelle: vladdeep, Stock.Adobe.com

Abbildung 20.6: Automatisches Strangregulierventil, bestehend aus Strangregulierventil und Differenzdruckregler Abbildung 20.7: Bauteile zur Durchführung eines hydraulischen Abgleichs in Zweirohranlagen Abbildung 20.8: Hydraulischer Abgleich für Einrohrheizungen Abbildung 20.9: Heizkreisverteiler einer Fußbodenheizung Abbildung 20.10: Voreinstellung am Heizkörperventil Abbildung 21.1: Beispielgebäude für den hydraulischen Abgleich

Abbildung 21.2: Grundriss Erdgeschoss – Beispielgebäude Abbildung 21.3: Grundriss Obergeschoss – Beispielgebäude Abbildung 21.4: Weitverbreitete Heizflächenarten Abbildung 21.5: Ventilbauform: Durchgangsventil, Eckventil und im Heizkörper verbaut Abbildung 21.6: Bezeichnung für Flachheizkörper ermitteln Abbildung 21.7: Grundrisse Erd- und Obergeschoss mit eingezeichneten Heizkörpern Abbildung 21.8: Voreinstellung des Heizkörperventils mit Voreinstellschlüssel Abbildung 21.9: Voreinstellstufen mit Kv- und Kvs-Werten für ein voreinstellbares Heizkörperventil (Hersteller: Oventop, Typ: AV6) Abbildung 21.10: Draufsicht auf druckunabhängiges Heizkörperventil mit Einstellskala Abbildung 21.11: Bereich in der Pumpenkennlinie für den Auslegungsbetriebspunkt

Stichwortverzeichnis 1-Kanalsystem  300 2-Kanalsystem  301 3-Liter-Haus  121

A A/V Verhältnis  102 Abgasleitung  175 Abgassystem  148, 174 einschalige Schornsteine  176 gemauerte Schornsteine  176 Kamineffekt  175 Luft-Abgas-System  177 mehrschalige Schornsteine  176 raumluftabhängige Feuerstätten  175, 267 raumluftunabhängige Feuerstätten  175 Versottung  176 Abluft (ABL)  274 Abnahme  551 Abrechnungszeitraum  494 abschaltbare Steckerleisten  512 Abschlagszahlung  485 Abschlusspunkt des Leitungsnetzes (APL)  383 absolute Luftfeuchtigkeit  37 absoluter Nullpunkt  51 Absorber  219 Absorptionsgrad  394 Absorptionskältemaschine  219 Absorptionslösung  220 Absperrarmaturen  253

Absperrklappe  253 Absperrventil  253 Abwärtstransformator  355 Abwasseraufbereitung  451 biologische Wasseraufbereitung  452 chemische Wasseraufbereitung  453 mechanische Wasseraufbereitung  452 Adapter  468 Adapterset  468 Adern  358 adiabate Luftbefeuchtung, 266, 315 adiabatische Kühlung  313 Adsorber  221 Adsorptionskältemaschine  220 Aggregatzustände  63 AGM-Solar Batterie  524 Akkuschrauber  539 Aktivkohlefilter  286 Aktor (Antriebselement)  238, 240, 407 Allgemeinbeleuchtung  403 All-IP  381 Alternating Current (AC)  84 Amazon (Alexa)  414 Anbindeleitung  179 Anergie  48, 155 Anlagenerder  362 Anlagenfülldruck  185 Anomalie des Wassers  56 anorganische Kältemittel  234 Anschlussfahne  367 Anschlusskanal  449

Anschlussleitung (LA)  179, 448 Apple (Siri)  414 Arbeit  45 Arbeitskammer  220 Arbeitspaar  218 Arbeitsplatzbeleuchtung  403 Archimedis  55 arme Lösung  220 Atommodell  74 Aufheizleistung  141 Auftriebsläufer  337 Auftriebsprinzip  337 Aufwärtstransformator  355 Augmented Reality  421 Ausdehnungsgefäß  182, 185 Auslegungsaußentemperatur  34, 140 Auslegungsproportionalbereich (AP-Bereich)  603 Ausschalter  379 Außenbeleuchtung  404 Außenklima  34 Außenleiter  359 Außenluft (AUL)  274 Außenluftöffnung  281 Außentemperaturfühler  240, 244 außentemperaturgeführte Heizungssteuerung  239 Außenwandlüfter  293 äußere Kühllast  214 Ausstoßzeit  437 Autarkiegrad  114, 345 automatischer hydraulischer Abgleich  562 Axialventilatoren  289

B BACnet  412 Balkonkraftwerk  518 Batteriespeicher  343, 524 AGM-Solar Batterie  524 LiFePO4 Batterie  524 Baualtersklasse  579 Baualtersklassen  569 Baukörperform  102 Bedarfsausweis  124 befeuchten  266, 276 Behaglichkeit  35 Clo  39 nicht thermische Einflussgrößen  39 olf  40 PMV-Wert  35 PPD-Wert  35 thermische Einflussgrößen  36 Beimischschaltung  248, 251 Belebungsbecken  452 Beleuchtung  41, 128

Beleuchtungsarten  403 Allgemeinbeleuchtung  403 Arbeitsplatzbeleuchtung  403 Außenbeleuchtung  404 Dimmen  404 Effektbeleuchtung  403 Grundbeleuchtung  403 Notbeleuchtung  403 Stimmungsbeleuchtung  403 Tageslichtergänzungsbeleuchtung  404 Zonenbeleuchtung  403 Beleuchtungsstärke  391 Berliner Lüftung  268 beruhigter Ablauf  443 Betriebserder  362 Betriebswärmeleistung  480, 580, 588 Betriebswasser  425 Betriebswassernetz  446 BGB (Bürgerliches Gesetzbuch)  546 BHWK  169 bidirektionales Laden  357 Biermodell  330 Bimetallthermometer  254 biologische Wasseraufbereitung  452 Biomasse  94 Bits  539 Bivalent-Alternative Betriebsweise  165 Bivalent-Parallele Betriebsweise  165 Bivalent-Teilparallele Betriebsweise  165 Bivalente Betriebsweise  165, 482 Bivalenzpunkt  165, 482

Blauer Wasserstoff  352 Bleileitungen  433 Bleistift  536 Blindleistung  330 Blitzableiter  367 Blitzschutz  367 Blockheizkraftwerk (BHKW)  169, 336 Mikro-BHKW  170 Mini-BHKW  170 Nano-BHKW  170 Blower Door Test  109 Druckdifferenz-Messung  109 Bluetooth  412 Boiler  435 Brennkammer  147 Brennstoffkosten  487 Brennstoffzelle  171 Brennstoffzellenheizung  171 Brennwert  149 Brennwerteffekt  150 Brennwertkessel  149, 151 Brennwerttechnik  Last- und Rücklauftemperaturabhängig  153 Last- und Rücklauftemperaturunabhängig  153 Britisch Thermal Unit pro Stunde (BTU/h)  224 Bundesnetzagentur  521 Buskabel  410 Bussystem  408 Bypass  193

C

Carbonathärte  425 Carnot-Kreisprozess  69, 335 CEE-Steckervorrichtungen  378 Centennial Light Bulb  400 chemische Energie  47 chemische Wasseraufbereitung  453 CO2-Gehalt  40 CO2-Konzentration  40, 266 Connectivity Standard Alliance  414 COP (Coefficient of Performance)  157 Cuttermesser  535

D Dachaufsatzlüftung  269 Dachbodendämmung  500 Dachdrempel  505 DALI  412 Dämmmaterialien  106 Dämmplatten  502 Dämmung oberste Geschossdecke  127 Dampfbefeuchter  292, 315 Dampfbremse  110 Dampfbremsfolie  501 dampfdiffusionsdicht  107 Dampfreforming  352 Dampfturbinen  335 Dauerlüftung  268 Deckenheizungen  210 Deckenleuchten  402 DECT-ULE  412 Desorber  219, 221

dezentrale Heizung  137 dezentrale Zähleranordnung  369 dezentralen Warmwasserversorgung  434 Einzelversorgung  436 Gruppenversorgung  436 Dichte  55 Dichtungslippen  507 Differenzdruck  54, 180, 558, 597 Differenzdruckregler  256, 562 Digital Audio Broadcasting (DAB)  386 Digital Video Broadcasting (DVB)  384 digitaler Stromzähler  369 Dimmer  380, 404 Direct Current (DC)  83 direkte Beleuchtung  401 direkte Kühlung  222 Direktverdampfer-Systeme  224 Monoblock-Klimageräte  224, 509 Split-Klimageräte  222 Direktwasser  291 DIY  545 Do-It-Yourself  545 Dortmunder Lüftung  269 Drehstrom  334 Drehstromgeneratoren  334 Drehstromstecker  378 Drei-Liter-Regel  437 Dreieckschaltung  375 Dreiphasen-Wechselstrom  334, 358, 374 Dreiwegeventil  245 Drosselschaltung  249

Drosselventil  193 Druck  54, 61 dynamischer Druck  178 statischer Druck  185 Druckausdehnungsgefäß  188, 258 Druckdifferenz-Messung  109 Druckerhöhungsanlagen  433 Druckminderer  432 Druckseite  182 druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile  206, 560, 572, 598 druckunabhängiges voreinstellbares Regelventil  565 Druckverlust  54 Druckverluste  324 DSL (Digital Subscriber Line)  382 Dübel  536 Duct Tape  537 Dunkelflaute  357 Dünnschichtmodule  346 Dunstabzugshauben  293 Durchgangsventil  245, 582 Durchlauferhitzer (DLE)  435 dynamischer Druck  178 dynamischer hydraulischer Abgleich  561, 600

E Eckventil  582 Ecomodus  466 EER (Energy Efficiency Ratio)  230 Effektbeleuchtung  403 Eigenverbrauch  343 Eigenverbrauchsanteil  345

Einbauventil  582 Einbehalt  551 Einblasdämmung  505 Einfühler-Messverfahren  488 Einrohrheizung  192, 564 Bypass  193 Drosselventil  193 Nebenschlusssystem  192 ringförmige Wärmeverteilung  197 Saugfitting  193 Venturi-T-Stück  193 Zwangsumlaufsystem  192 einschalige Schornsteine  176 Einspritzschaltung  252 Einstell- und Drosselarmaturen (EDA)  256 Differenzdruckregler  256 Strangregulierarmaturen  256 Einstoffbrenner  146 Einstufiger Brenner  149 Einzelraumfeuerungsanlage  172 Einzel-Split-Klimagerät  307 Einzelversorgung  436 Eisspeicher  162 elektrische Energie  48 elektrische Leistung  50, 80 elektrische Potenzialdifferenz  76 elektrische Schaltungen  81 elektrischer Verbraucher  75, 79 elektrischer Widerstand  77 Elektrizität  73 Elektrolumineszenz  399

Elektrolyseverfahren  352 elektromagnetische Induktion  85, 87, 332 elektromagnetisches Feld  85 Elektronen  74 Elektronische Heizkörperthermostate  128 elektronische Vorschaltgeräte (EVG)  397 elektronisches Heizkörperthermostat  205 Endenergie  95 Endenergiebedarf  116 energetische Amortisationszeit  345 Energie  45 Anergie  48 Exergie  48 Energieausweis  121 Bedarfsausweis  124 Verbrauchsausweis  124 Energiebedarf  96, 523 Energieeffizienzklassen für Gebäude  122 Energieeffizienzlabel  400 Energieeinsparungsgesetz (EnEG)  98 Energieeinsparverordnung (EnEV)  99

Energieformen  47 chemische Energie  47 elektrische Energie  48 innere Energie  47 Kernenergie  47 kinetische Energie  48 mechanische Energie  48 potenzielle Energie  48 Strahlungsenergie  48 thermische Energie  47, 52 Wärme  47, 52 Energiekonzept  101 Energiemanagement  131 Energiemessgerät  495, 543 Energiemix  91 Energierücklaufzeit  345 Energiesparhäuser  119 Energiesparlampen (ESL)  396 Energieüberschuss  357 Energieverbrauch  48, 96 Energieverlust  48, 106 Energiewende  97 Energiezähler  262 Energy Harvesting  411 EnOcean  412 entfeuchten  266, 276 Enthalpie  313

Entladungslampen  396 Energiesparlampen (ESL)  396 Hochdruckentladungslampen  396 Kompaktleuchtstofflampen  396 Leuchtstofflampen  396 Niederdruckentladungslampen  396 Entlüftungsschlüssel  535 Entropie  67 Entwässerung  446 Erdanschluss  364 Erdgas  92 Erdkollektoren  161 Erdöl  92 Erdsonden  161 Erdung  365 Erdwärme  94 Erneuerbare Energien  117 Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG)  99 erstarren  63 Erzeugungszähler  344 Ethernet/ Netzwerk  410 Europäische Installationsbus (EIB)  412 europäisches Verbundnetz  353 Eurostecker  378 Exergie  48 Expansionsventil  155, 215

F Facility Management  31 Fallleitung  448 Farbgebung  41

Farbtemperatur  392 Farbwiedergabe  400 Farbwiedergabeindex  393 Faserfilter  286 Fassadendämmung  129 Faulturm  452 FCKW  233 Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen  371 Fehlerstrom-Schutzschalter  371 Fenster- und Türendichtung  127 Fenster- und Türerneuerung  129 Fenster- und Türkontakte  244 Fensterdichtung  507 Fensterlüftung  267 Dauerlüftung  268 Kipplüftung  268 Querlüften  267 Stoßlüftung  268 Fernwärmeheizung  138, 168 Ferraris-Zähler  368, 521 Feste Brennstoffe  146 Feuchteabtransport  266 entfeuchten  266, 276 Feuchtezuführung  266 befeuchten  266, 276 Feuerstätten  174 Feuerstättenschau  175 Feuerungsanlagen  174 F-Gase  233 F-Gase Verordnung  233 Filterwächter  283

FI-Schalter  372 Flächenheizung  207 Flachkollektoren  167 Fließgeschwindigkeit  59 Fluide  58 Flüssigkeiten  58 Gase  58 Flüssige Brennstoffe  146 Flüssigkeiten  58 Flüssigkeitsthermometer  254 Förderdruck  184 Förderhöhe  184, 573, 607 Förderprogramme  146 Förderstrom  573, 607, 609 Fortluft (FOL)  274 Fortluftöffnung  281 freie Lüftungssysteme  264, 266 Dachaufsatzlüftung  269 Fensterlüftung  267 Fugenlüftung  267 Schachtlüftung  268 Freileitungsanschluss  364 Frequenz  84, 333 Frequenzmodulation (FM)  386 Frischwasserstation  435 FTTB (Fibre to the building)  383 Fugenlüftung  267 Fundamenterder  367 Funkschalter  380 Fußbodenerwärmung  209 Fußbodenheizung  207, 208, 566

G Gaffer Tape  537 Gas-Durchlauferhitzer  435 Gase  58 Gasentladungslampen  396 Gas-Etagenheizungen  137 Gebäudeautomation (GA)  405 Gebäudeenergiegesetz (GEG)  98, 109, 117 Gebäudekategorie  123 Gebäudemanagement  31 Gebläse-Konvektoren (Fan-Coils)  305 geerdeter Neutralleiter (PEN)  334 Gegenstrom-Wärmeübertrager  281 gemauerte Schornsteine  176 geografische Darstellung  247 Geothermie  94 Hochenthalpie  94 Mittel- bis Hochenthalpie  94 Niedrigenthalpie  94 oberflächennahe Geothermie  94 geothermische Kraftwerke  335 geplante Obsoleszenz  400 geringinvestive Maßnahmen  127 geringinvestiven Energiesparmaßnahmen  499 Geruchsverschlüsse  447 geschlossener Verdunstungskühler  230 geschlossener Wirkungsweg  241 Gesetz von Amontons  63 Gesetz von Boyle und Mariotte  62 Gesetz von Gay-Lussac  62

Gewährleistung  546 Gewebeklebeband  537 Gewicht  54 Gezeitenkraftwerk  341 Glasfaserbox  384 Glasfaserkabel  381 Glasfasermodem  384 Gleichdrucklüftung  277 Gleichstrom  83 Gliederheizkörper  202 Glühlampen  394 Google (Google Assistant)  414 Grad Deutsche Härte (°dH),  425 Grauer Wasserstoff  352 Grauwasser  424 Grauwasserbehälter  446 Grauwassernutzungsanlagen  445 Grenzschicht  347 Grobfilter (Rechen)  452 Grundbeleuchtung  403 Grundleitung  449 Grundwasser  428 Grüner Wasserstoff  351 Gruppenversorgung  436 Gruppenverteilung  370 Gussradiatoren  202 GWP-Wert (Global Warming Potential)  233

H h,x Diagramm nach Mollier  38, 313 H2-ready  153

Hackschnitzelheizung  173 Halogenlampen  394 Hammer  534 Handsäge  534 Handtuch-Rohrheizkörper  203 Handwerksfirmen  545 hartes Wasser  426 Hauptfilter  283 Hauptleitung  360 Hauptverteilung  370 Hausanschlusskasten (HAK)  363 Erdanschluss  364 Freileitungsanschluss  364 Hauswasserfilter  432 Hauswasserwerk  444 Heatballs  395 Hebeanlagen  451 Heizanlagenverordnung (HeizAnlV)  99 Heizbalken  309 Heizdecke  309 Heizenergiebedarf  116 Heizkennline  471 Neigung  471 Niveau  472 Parallelverschiebung  472 Heizkessel  146

Heizkörper  201, 571 Gliederheizkörper  202 Gussradiatoren  202 Handtuch-Rohrheizkörper  203 Konvektoren  203 Plattenheizkörper  202 Röhrenradiatoren  203 Stahlradiatoren  202 Heizkörperanschlüsse  204 Heizkörperexponenten  588 Heizkörperleistung  571 Heizkörperventil  204, 572 druckunabhängige voreinstellbare Heizkörperventile,  206, 560, 572, 598 Durchgangsventil  582 Eckventil  582 Einbauventil  582 nichtvoreinstellbare Heizkörperventile  206 voreinstellbare Heizkörperventile  206, 557, 560, 572, 598 Heizkosten  487 Heizkostenabrechnung  486 HeizkostenV  486 Heizkostenverteiler  262, 488 Einfühler-Messverfahren  488 Zweifühler-Messverfahren  489 Heizkraftwerk  168 Heizkreisverteiler  177, 261 Heizlast  115, 480, 569 Übertemperaturdifferenz  322 Heizlastberechnung  34, 139, 569, 576 Heizmodus  466 Heiznebenkosten  487

Heizregister  289 Heizungsbetriebsverordnung (HeizBetrV)  99 Heizungspumpe  128 Heizungsregelung  127, 470 Heizungstausch  129 Heizwärmebedarf  116 Heizwassernachfüllstation  458 Heizwerk  168 Heizwert  149 HFCKW  233 Hochdruckentladungslampen  396 Hochdruck-Induktionsgeräte  304 Hochspannung  356 Höchstspannung  356 Holzheizung  172 Holzvergaserheizung  174 Horizontalanlagen  337 horizontale Heizungsverteilung  196 H-Rotoren  337 Hybridbefeuchter  292 hybride Trockenkühler  229 Hybridstecker  378 hydraulische Schaltung  244 Beimischschaltung  251 Beimisschaltung  248 Drosselschaltung  249 Einspritzschaltung  252 mengenkonstanter Betrieb  251 mengenvariabler Betrieb  249 Umlenkschaltung  250 hydraulische Weiche  152, 259

Hydraulischer Abgleich  128, 555, 575 automatischer hydraulischer Abgleich  562 dynamischer hydraulischer Abgleich  561, 600 Einrohrheizung  564 Fußbodenheizung  566 statischer hydraulischer Abgleich  560 Verfahren A  567 Verfahren B  567 Zweirohrheizung  563 hydraulischer Kreis  244 Hydrometer  185 Hygrometer  514

I Ideales Gas  61 Inbusschlüssel  535 indirekte Beleuchtung  401 indirekte Kühlung  222, 226, 298 Induktionsherd  86 Innenraumklima  34, 35 innere Energie  47 innere Kühllast  214 Insel-Solaranlage  521 Installationszonen  375 integrierte Raumheizflächen  207 Deckenheizungen  210 Fußbodenerwärmung  209 Fußbodenheizung  207 Wandheizung  210 intelligenter Stromzähler  369 intelligentes Stromnetz  357, 369

Internationales Einheitensystem  44 Internet  381 Internetfernsehen (IPTV)  385 IP (Internet-Protokoll)  381 ISDN (Integriertes Sprach- und Datennetz)  381 isentrope (Adiabatische) Expansion  70, 217 isentrope (Adiabatische) Kompression  71, 217 Isentrope Expansion  156 Isentrope Kompression  155 isobare Zustandsänderung  62 isochore Zustandsänderung  63 Isolatoren  74 Isolierklebeband  537 isotherme Befeuchtung  315 isotherme Expansion  69, 155, 217 isotherme Kompression  70, 156, 217 isotherme Zustandsänderung  62 IT-Netz  363

J Jahresarbeitszahl Wärmepumpe (JAZ)  159 Jahres-Heizwärmebedarf  116

K Kabelbinder  537 Kabelfernsehen (DVB-C)  385 Kachelofen  172 kalte Verbrennung  171 Kälteerzeugung  227 Kältekreisverteiler  261

Kältemaschinen  72 Absorptionskältemaschine  219 Adsorptionskältemaschine  220 Kompressionskältemaschinen  215 Sorptionskältemaschinen  218 Kältemaschinenöl  236 Kältemittel  216, 232 anorganische Kältemittel  234 Kältemittelübersicht  235 Kältemittelbezeichnung  234 Kältemittelwahl  236 organische Kältemittel  234 Kältemittelkreislauf  155 Kälteverteilung  228 Kaltwasser  227 Kamine  172 Kamineffekt  175 Kanalnetz  298 Kanalnetzberechnung  324 Kanalquerschnitt  324 Kellerdeckendämmung  127, 503 Kernenergie  47, 93 Kesselstein  425 KfW Effizienzhaus  119 Kilowatt Peak (kWp)  351 Kilowattstunde  494 kinetische Energie  48 Kipplüftung  268, 515 Kläranlage  451 Klärschlamm  452 Kleinkläranlagen  451

Kleinwindkraftanlagen  338 Klima  34 Außenklima  34 Innenraumklima  34, 35 Klimaanlage  277 Luft-Kältemittel-Anlagen  306 Luft-Wasser-Anlage  302 Nur-Luft-Anlage  297 Nur-Wasser-Anlagen  309 Teilklimaanlage  277, 297 Vollklimaanlage  277, 297 Klimawandel  96 Kneifzange  533 Kniestock  505 KNX  412 Kochendwassergeräte  435 Kohle  92 Kohlenstoffdioxid  352 Kohlenstoffdioxidgehalt  40 Kohlenstoffdioxidkonzentration  40, 266 Kölner Lüftung  269 Kombizange  534 Kompaktleuchtstofflampen  396 Kompressionskältemaschinen  215 Kompressionswärmepumpe  154 Kompressor  155, 215 Kondensationswärme  150 Kondensator  82, 155, 215 kondensieren  64

Kondenswasser  106 Schwitzwasser  106 Tauwasser  106 konstante Volumenstromregler (KVS-Regler)  287 Kontinuitätsgesetz  60 kontrollierte Wohnraumlüftung  289, 294 dezentrale Lüftungsanlage  294 Pendellüftungsgeräte  294 zentrale Lüftungsanlage  295 Konturenstecker  378 Konvektion  65 erzwungene Konvektion  65 natürliche Konvektion  65 Konvektoren  203 konventionelle Vorschaltgeräte (KVG)  397 Körper  362 kostenintensive Maßnahmen  128 Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)  169, 171, 336 Kraftwärmemaschinen  67 Kraftwerk  168 Kreislaufverbundsysteme (KVS-System)  282 Kreisprozesse  67, 155 Carnot-Kreisprozess  69, 335 irreversible Prozesse  68 Kältemaschine  72 Kraftwärmemaschinen  67 linksdrehender Carnot-Kreisprozess  72 reversible Prozesse  68 Wärmekraftmaschinen  67 Wärmepumpe  72 Kreuzstrom-Wärmeübertrager  281

Kristallisationswärme  162 Kugelhahn  253 Kühlbalken  309 Kühldecke  309 Kühllast  214 äußere Kühllast  214 innere Kühllast  214 Untertemperaturdifferenz  322 Kühllastberechnung  34 Kühlregister  289 Kühlwasser  229 künstliche Intelligenz (KI)  421 künstlicher Wasserkreislauf  429 Kupferkabel  381 Kurzschluss  371 Kv-Werte  598 KVS-Systeme – Volumenstrom  278 Kvs-Wert  598

L Laderegler  343, 526 MPPT-Regler  527 PWM-Regler  527 Lampe  388 Lampenhalterung  388 Lärm  40 Last- und Rücklauftemperaturabhängige Brennwerttechnik,  153 Last- und Rücklauftemperaturunabhängige Brennwerttechnik  153 latente Wärme  150, 162 Laufwasserkraftwerk  340 Lebensdauer  400

Lebenszykluskosten  114 LED  398 Legionärskrankheit  438 Legionellen  438 Leistung  49 Leistungsaufnahme  523   Leistungsdreieck  331 Leistungszahl  157, 230 COP (Coefficient of Performance)  157 EER (Energy Efficiency Ratio)  230 Wärmeverhältnis  230 Leiter  74 Leitung  358 Außenleiter  359 Neutralleiter  359 Neutralleiter mit Schutzfunktion  359 Schutzleiter  359 Leitungsdämpfung  381 Leitungsfinder  376, 542 Leitungsschutzschalter  372 Leuchtdiode  398 Leuchte  388 Leuchtentypen  402 Deckenleuchten  402 Pendelleuchten  402 Scheinwerfer  402 Spots  402 Stehleuchten  402 Strahler  402 Tischleuchten  402 Wandleuchten  403

Leuchtmittel  388 Leuchtstofflampen  396 Lichtausbeute  389, 400 Lichtauslässe  376 Lichtfarbe  392, 400 Lichtschalter  376, 379 Lichtstärke  390 Lichtstärkeverteilungskurve (LVK)  390 Lichtstrom  388, 400 Life Cycle Costing (LCC)  114 LiFePO4 Batterie  524 linksdrehender Carnot-Kreisprozess  72, 155 LNB-Converter  385 Löcher  347 logarithmische Übertemperatur  587 LON  412 Luft-Abgas-System  177 Luftarten  273 Abluft (ABL)  274 Außenluft (AUL)  274 Fortluft (FOL)  274 Mischluft (MIL)  274 Umluft (UML)  274 Zuluft (ZUL)  274 Luftbefeuchter  290 Dampfbefeuchter  292, 315 Hybridbefeuchter  292 Sprühbefeuchter  291, 315 Tropfenabscheider  292 Verdunstungsbefeuchter  292 Luftbewegung  38

luftdicht  108 luftdichte Bauweise  108 Luftdurchlässe  299 Luftdurchlässigkeit  109 Lufterhitzer  289, 298 Heizregister  289 Luftfeuchte  36 absolute Luftfeuchtigkeit  37 relative Luftfeuchtigkeit  37 Luftfilter  283 Aktivkohlefilter  286 Faserfilter  286 Filterwächter  283 Hauptfilter  283 Schwebstofffilter  283 Staubfilter  283 Vorfilter  283 Luft-Kältemittel-Anlage  306 Einzel-Split-Klimagerät  307 Multi-Split-Klimagerät  308 Split-Klimageräte  307 VRF-Mulit-Split-Klimagerät  308 Luftkühler  289, 298 Kühlregister  289 Luft-Luft-Wärmepumpe  163 Luftqualität  40 CO2-Gehalt  40 CO2-Konzentration  40 Kohlenstoffdioxidgehalt  40 Kohlenstoffdioxidkonzentration  40 Luftreinheit  266

Lüftungsanlage  276 Lüftungseffektivität  319 Lüftungskanäle  106 Lüftungsleitung  448 Lüftungstürme  280 Lüftungswärmeverluste  108, 139 Luft-Wasser-Anlage  302 Gebläse-Konvektoren (Fan-Coils)  305 Hochdruck-Induktionsgeräte  304 Vierleiter-Rohrsystem  304 Zweileiter-Rohrsystem  303 Luft-Wasser-Wärmepumpe  162 Luftwechselrate (LW)  109, 320 Luxmeter  392

M Magnetfeld  85 magnetische Flussdichte  85 Mängel  550 Manometer  185, 255 manuelles Heizkörperthermostat  205 Marktstammdatenregister  521 Maßband  541 Masse  54 Maßeinheiten  43 Massenstrom  59 Matter  414 mechanische Energie  48 mechanische Wasseraufbereitung  452 mechanischer Stromzähler  368 mehrschalige Schornsteine  176

Mehrstoffbrenner  146 Mehrstufige Brenner  149 Mehrtarif-Stromzähler  369 Membranausdehnungsgefäß (MAG)  188, 258 mengenkonstanter Betrieb  251 mengenvariabler Betrieb  249 Mesh  411 Messschieber  541 Messwandlerzähler  369 Meter Wassersäule (mWS)  184, 607 Metermaß  541 Mikro-BHKW  170 Mindestanforderungen des GEG  117 Mindestvolumenstrom  318 Mineralfaserwolle  502 Mini-BHKW  170 Mini-Solaranlagen  517 Mischarmaturen  437 Mischluft (MIL)  274 Mischsystem  450 Mischwasser  425 Mittelspannung  356 mobile Klimageräte  224 mobile Solaranlage  527 Modernisierungsmaßnahmen  126 Modernisierungsvorschläge  126 Modulierende Brenner  149 Mollier-h,x-Diagramm  313 Monoblock-Klimageräte  223, 509 monokristalline Solarzellen  346 Monovalente Betriebsweise  164

Motorventil  245 MPPT-Regler  527 MSR-Technik (Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik)  243 Multidetektor  376, 542 Multifunktionsöle  538 Multimeter  542 Multi-Split-Klimagerät  308 Multivalente Anlagen  174 Multivalente Betriebsweise  165

N Nachführsysteme  350 nachhaltiges Bauen  100 nachhaltiges Gebäude  100 Nachklärbecken  453 Nachtabsenkung  470 Nachtspeicherheizung  170 Nachtspeicherofen  170 Nägel  536 Nano-BHKW  170 natürliche Lüftung  264 natürlicher Wasserkreislauf  428 n-dotierte Schicht  347 Nebenschlusssystem  192 Neigung  471 Neigungswinkel  350 Nennleistung  351 Network Termination (NT)  384 Netzabschlussgerät (NTBA)  383, 384 Netzbetreiber  521 Netzeinspeisung  343

Netzformen  361 IT-Netz  363 TN-C-Netz  362 TN-C-S-Netz  362, 363 TN-S-Netz  362 TT-Netz  362 Netzfrequenz  84 Netzwerk  408 Neutralleiter  359 Neutralleiter mit Schutzfunktion  359 Neutronen  74 Next Generation Network  381 NH-Sicherung  364 Nichtcarbonathärte  425 Nichttrinkwasser  424 nichtvoreinstellbare Heizkörperventile  206 Nichtwohngebäude  123 Niederdruckentladungslampen  396 Niederspannung  356 Niederspannungsgruppenverteilung (NSGV)  371 Niederspannungshauptverteilung (NSHV)  370 Niederspannungsunterverteilung (NSUV)  370 Niedertemperatur-Brennwerttechnik  153 Niedertemperaturkessel  149 Niedrigenergiehaus  120 Niveau  472 Norm-Außentemperatur  140 Norm-Lüftungswärmeverluste  141 Norm-Transmissionswärmeverluste  141 Normwärmeleistung  586 Notbeleuchtung  403

Nulldruckpunkt  182, 188 Null-Energiehaus  120 Nur-Luft-Anlage  297 1-Kanalsystem  300 2-Kanalsystem  301 Nur-Wasser-Anlage  309 Heizbalken  309 Heizdecke  309 Kühlbalken  309 Kühldecke  309 Nutzenergie  95 Nutzenergiebedarf  116 Nutzerverhalten  132, 515 Nutzungsdauer  114

O obere Heizungsverteilung  194 oberer Heizwert  150 Oberflächenwasser  428 oberste Geschossdecke  500 offener Verdunstungskühler  230 offener Wirkungsweg  238 offenes Ausdehnungsgefäß  186 öffentliches Stromnetz  353 Offshore Windkraft  93 Ohm‘sche Gesetz  78 Ohm-Dreieck  78 Onshore Windkraft  93 Optical Network Termination (ONT)  384 Optimierungsmaßnahmen  126 organische Kältemittel  234

P Panzertape  537 Parallelschaltung  81 Parallelverschiebung  472 Passivhaus  120 p-dotierte Schicht  347 Pelletheizung  173 Pendelleuchten  402 Pendellüftungsgeräte  294 Performance Ratio  351 Perimeterdämmung  129 Phasenprüfer  542 Phasenumwandlung  63 Phasenverschiebung  330 Photovoltaik  93, 341 PV-Anlage  341 Photovoltaikanlage  130, 517 Photovoltaikmodul  342, 349 pH-Wert  427 Planungsprozess  100 Plattenheizkörper  202 Plus-Energiehaus  121 pneumatischer Abgleich  288 pn-Übergang  348 Polardiagramm  390 Polaritätswechsel  84 polykristalline Solarzellen  346 Potentialausgleich  365 Potentialausgleichsschiene  365 potenzielle Energie  48

Power-to-Gas  351 Powerline  410 Präzisionsschraubendreher  532 Primärenergie  92, 95 Primärenergiebedarf  116 Primärenergiefaktor  116 Primärenergieträger  92 Erneuerbare Energieträger  93 Konventionelle Energieträger  92 Primärkreis  247 Primärluft  302 Primärspule  355 protected earth  359 protective earth neutral  359 Protokoll  412 Protonen  74 Prozesslüftung  266 Pufferspeicher  260 Pumpendiagramm  611 Pumpenheizung  181 Pumpspeicherkraftwerke  339 PV-Anlage  341 PWM-Regler  527

Q Quellwasser  428 Querlüften  267 Querstromventilatoren  289

R Radialventilatoren  289

Raumladungszone  348 raumluftabhängige Feuerstätten  175, 267 Raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen)  265 Raumlufttemperatur  265 raumluftunabhängige Feuerstätten  175 Raumtemperaturfühler  244 raumtemperaturgeführte Heizungsregelung  241 Raumthermostate  244 Raumwinkel  390 Ra-Wert  393 RCD  372 Rebound-Effekt  114 Referenzgebäude  117 Reflexionsgrad  394 Refrigerant  234 Regel- und Steuereinrichtung  148 Regelgerät  240 Regelkreis  241 Regelung  238, 240, 243 Aktor (Antriebselement)  240 geschlossenen Wirkungsweg  241 raumtemperaturgeführte Heizungsregelung  241 Sensor  240 Regenfallleitung  449 Regenwasser  425 Regenwassernetz  444 Regenwassernutzanlage  443 reiche Lösung  220 Reihenschaltung  81 Reinräume  278 rekombinieren  348

rekuperative Wärmerückgewinnung  281 relative Luftfeuchtigkeit  37, 265 Reservetage  524 resublimieren  64 reversible Wärmepumpe  211 Revisionsschächte  449 RLT-Anlagen  264, 266, 270 Raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen)  265 RLT-Anlagen mit Lüftungsfunktion  275 RLT-Anlagen ohne Lüftungsfunktion  275 RLT-Gerät  298, 302 Rohrleitungen  106 Röhrenradiatoren  203 Rohrleitungsdämmung  127 Rohrnetzberechnung  607 Rohrquerschnitt  60 Rohwasser  429 Rotations-Wärmeübertrager  282 Rotor  332 Rotorumrichter  338 Rückflussverhinderer  432 Rückkühler  228 geschlossener Verdunstungskühler  230 hybride Trockenkühler  229 offener Verdunstungskühler  230 Trockenkühler  229 Rücklauf (RL)  136, 179 Rücklauftemperaturbegrenzer (RTL-Thermostat)  210 Rücklaufverschraubung  561 Rückschlagklappe  257 Rückstauebene (RSTE)  450

Rückstausperre  450 Rückstauverschlüsse  450

S Saisonale Leistungszahl der Wärmepumpe (SCOP)  160 Sammelleitung  449 Sammelschachtlüftung  269 Sand- und Fettfang  452 Sanierungsmaßnahmen  118, 126 Satellitenfernsehen (DVB-S)  385 Satelliten-Schüssel (Parabolantenne)  385 Sättigungslinie  313, 317 Saugfitting  193 Savonius Rotoren  337 Schönungsteich  453 Schachtlüftung  268 Berliner Lüftung  268 Dortmunder Lüftung  269 Kölner Lüftung  269 Sammelschachtlüftung  269 Schachtlüftung mit Ventilatoren  293 Schadstoffreduzierung  266 Schalldämpfer  287 Schalter  75 Scheinleistung  330 Scheinwerfer  402 schematische Darstellung  247 geografische Darstellung  247 synoptische Darstellung  247 Schieber  253 Schlagbohrmaschine  540

schmelzen  63 Schmelzsicherung  372 Schmutzwasser  424 Schnellläufer-Windräder  338 Schornsteine  174 einschalige Schornsteine  176 gemauerte Schornsteine  176 mehrschalige Schornsteine  176 Schrauben  536 Schraubendreher  532 Schraubenschlüssel  535 Schraubsockel  395 Schuko-Steckdosen  376 Schuko-Stecker  378, 520 Schutzausrüstung  538 Schutzdruck  278 Schutzkontakt  376 Schutzleiter  359 Schwarzarbeit  551 Schwarzwasser  424 Schwebstofffilter  283 Schwerkraftentwässerungsanlagen  446 Schwerkraftheizung  179 schwimmende Entnahme  444 Sedimentation  452 Sekundärenergie  95 Sekundärkreis  247 Sekundärluft  303 Sekundärspule  355 selbsttätige Entlüftungsventile  460 Sensor (Fühler)  238, 240, 407

Serienschalter  379 Set-Top-Box  385 Sicherheitsventil  189, 258 Sicherungskasten  369 Sick-Building-Syndrom - SBS  272 sieden  64 Sinuskurve  333 Siphon  447 SI-System  44 Smart Home  405 Smart Meter  131, 369 smarte Steckdosen  512 Smart-Grid  357, 369 Smart-Home Taster  380 Solaranlage  517 solare Strahlung  349 Solareinstrahlung  525 Solargenerator  349 Solarkollektoren  166, 345 Flachkollektoren  167 Vakuum-Röhrenkollektoren  167 Solar-Laderegler  523 Solarmodul  523 Solarmodule  525 Solarthermie  93 Solarthermieanlage  166 Solarthermische Kraftwerke  93

Solarzellen  345 Dünnschichtmodule  346 Grenzschicht  347 Löcher  347 monokristalline Solarzellen  346 n-dotierte Schicht  347 p-dotierte Schicht  347 pn-Übergang  348 polykristalline Solarzellen  346 Raumladungszone  348 rekombinieren  348 Soleflüssigkeit  166 Sole-Luft-Wärmepumpe  163 Sole-Wasser-Wärmepumpe  163 Sommerbetrieb  474 sommerlicher Wärmeschutz  111 Sonneneinstrahlung  349 Sonneneinstrahlungswinkel  349 Sonnenenergie  93, 341 Sonnenhaus  120, 167 Sorptionskältemaschinen  218 Sorptionsmittel  218 Spannung  76 Hochspannung  356 Mittelspannung  356 Niederspannung  356 Spannungsebenen  353 Spannungsquelle  75 Spannungswandler  525 Sparmodus  466 Speicherkraftwerke  339

Speicher-Warmwasser-Erwärmer  435 spezifische Wärmekapazität  56 spezifische Wärmeleitfähigkeit  57 spezifischen Wärmeleitfähigkeit  105 spezifischer Ertrag  351 Spitzzange  534 Split-Klimageräte  222, 307 Spots  402 Sprühbefeuchter  291, 315 Spulen  85 Stahlradiatoren  202 Standard  412 Standardheizkessel  148 Standbybetrieb  497, 512 Standby-Funktion  512 Standby-Modus  495, 512 statischer Druck  185 statischer hydraulischer Abgleich  560 Stator  332 Staubfilter  283 Stauwasserkraftwerke  339 Steckdosen  376 Stecker-Solargerät  518 Steckschlüsselset  535 Stehleuchten  402 Steigleitung (LS)  179 Stellglieder  245 Sternschaltung  375 Steuergerät  238 Steuerkette  238

Steuerung  238, 243 Aktor (Antriebselement)  238 außentemperaturgeführte Heizungssteuerung  239 offener Wirkungsweg  238 Sensor (Fühler)  238 Steuerkette  238 Stiftsockel  395 Stimmungsbeleuchtung  403 Stopfbuchsenstift  469 Stoßlüftung  268, 515 Strahler  402 Strahlungsenergie  48 Strahlungsleistung  388 Strangregulierarmaturen  256 Strangregulierventil (automatisch)  562 Strangregulierventil (manuell)  560, 562 String  350 Strom  Gleichstrom  83 Wechselstrom  84 Stromgenerator  332 Drehstromgeneratoren  334 Rotor  332 Stator  332 Wechselstromgenerator  332 Stromkreis  75, 373 Stromkreisverteiler  369 Sicherungskasten  369 Verteilerkasten  369 Stromleitung  75 Stromphasen  358

Stromrechnung  493 Stromstärke  76 Stromtarif  494 Strömungsgeräusche  324 Strömungsgeschwindigkeit  59, 324 Fließgeschwindigkeit  59 Stromverbrauch  132 Stromzähler  368 dezentrale Zähleranordnung  369 digitaler Stromzähler  369 Erzeugungszähler  344 Ferraris-Zähler  368, 521 intelligenter Stromzähler  369 mechanischer Stromzähler  368 Mehrtarif-Stromzähler  369 Messwandlerzähler  369 Smart Meter  369 zentrale Zähleranordnung  369 Zweirichtungszähler  344, 369 sublimieren  64 synoptische Darstellung  247 Systemtemperaturen  138, 571, 586

T Tageslichtergänzungsbeleuchtung  404 Takten  149, 558 Tastschalter  380 Taupunkt  36, 106, 153, 292, 317 Sättigungslinie  313, 317 Technischen Anschlussbedingungen (TAB)  360 Technisches Gebäudemanagement  31

Teilklimaanlage  277, 297 Teillast  237, 561, 562 Teilnehmer  409 Telefon  381 Telefonkabel  410 Telekommunikations-Anschlusseinheit (TAE-Dose)  383 Temperatur  51, 61 Gad Fahrenheit (°F)  51 Grad Celsius (°C)  51 Kelvin (K)  51 Oberflächentemperatur  36 Raumlufttemperatur  36, 265 Temperaturdifferenz  51, 278 Temperaturfühler  254 Temperaturspreizung  51, 571, 586 Temperaturstrahler  394 Glühlampen  394 Halogenlampen  394 Terrestrische Antenne (DVB-T)  384 thermische Energie  47, 52 thermischen Desinfektion  438 thermischen Lasten  321 thermischer Verdichter  219 Thermodynamik  50 Thermometer  254 Bimetallthermometer  254 Flüssigkeitsthermometer  254 Thermostatkopf  204, 556, 557 elektronisches Heizkörperthermostat  205 manuelles Heizkörperthermostat  205 Rücklauftemperaturbegrenzer (RTL-Thermostat)  210

Thermostatventil  204, 556 Thread  412 Tichelmann System  199 Tischleuchten  402 TN-C-Netz  362 TN-C-S-Netz  362, 363 TN-S-Netz  362 Totaldruckerhöhung  326 Transformatoren  354 Abwärtstransformator  355 Aufwärtstransformator  355 Primärspule  355 Sekundärspule  355 Transmissionsgrad  394 Transmissionswärmeverluste  104, 139 Treibhausgase  233 Trennsystem  450 Treppenlicht-Zeitschalter  380 Trinkwasser  424 Trinkwasseraufbereitung  429 Trinkwassernachspeisung  444 Trinkwasserverbrauch  132, 441 Trinkwasserverordnung (TrinkwV)  424 Trockenkühler  229 Tropfenabscheider  292 TT-Netz  362 Türkisener Wasserstoff  352

U Überdrucklüftung  278 Überschusseinspeisung  343

Überstrom-Schutzeinrichtungen  371 Übertemperaturdifferenz  322 Übertemperaturgradstunde  112 Ultrakurzwelle (UKW)  386 Umlaufwasser  291 Umlenkschaltung  250 Umluft (UML)  274 Umluftanlage  276 Umspannwerk  356 Umtriebsdruck  180 Umwälzpumpe  128, 181, 246, 573, 610 umweltbedingte Erkrankungen  97 Umweltschäden  97 Unterdruck-Entwässerungssysteme  446 Unterdrucklüftung  278 untere Heizungsverteilung  195 unterer Heizwert  150 Untertemperaturdifferenz  322 Unterverteilung  370 URI  78 U-Wert,104 

V Vakuum-Röhrenkollektoren  167 Valenzschale  74 variable Volumenstromregler (VVS-Regler)  287 VDSL (Very High-Speed Digital Subscriber Line)  382 Vectoring  382

Ventil  245 Absperrventil  253 Dreiwegeventil  245 Durchgangsventil  245 Vierwegeventil  245 Ventilatordrehzahl  326 Ventilatoren  288 Axialventilatoren  289 Querstromventilatoren  289 Radialventilatoren  289 Ventilatorleistung  325, 326 Ventiltore  245 Venturi-T-Stück  193 Verbindungsleitung (VL)  447 Verbrauchsausweis  124 Verdampfer  155, 215 Verdichter  155, 215 Verdichtertypen  217 Verdunstungsbefeuchter  292 Verdunstungskühlung  313 adiabatische Kühlung  313 Verfahren A  567, 575 Verfahren B  567 Verflüssiger  155, 215 verlustarme Vorschaltgeräte (VVG)  397 Verlustleistung  139 Verschattung  350 Versottung  176 Verteiler  261 Heizkreisverteiler  261 Kältekreisverteiler  261

Verteilerkasten  369 Verteilerschlüssel  487 Verteilleitung (LV)  179 Vertikalanlagen  337 Vierleiter-Rohrsystem  304 Vierwegeventil  245 VOB (Vergabe- und Vertragsordnung für Bauleistungen)  546 Voice over IP  381 Vollbrennwerttechnik  153 Volleinspeisung  343 vollentsalztes Wasser (VE-Wasser)  291 Vollklimaanlage  297 Volllast  237, 561, 562 Volumen  55, 61 Volumenstrom  59, 143, 278, 326, 572, 594 Volumenstromregler  287 konstante Volumenstromregler (KVS-Regler)  287 variable Volumenstromregler (VVS-Regler)  287 voreinstellbare Heizkörperventile  206, 557, 560, 572, 598 Voreinstellschlüssel  557, 597 Voreinstellung  572 Voreinstellwerte  597 Vorfilter  283 Vorklärbecken  452 Vorlauf (VL)  136, 179 Vorlauftemperaturfühler  244 Vorschaltgeräte  396 elektronische Vorschaltgeräte (EVG)  397 konventionelle Vorschaltgeräte (KVG)  397 verlustarme Vorschaltgeräte (VVG)  397 VRF-Mulit-Split-Klimagerät  308

VVS-Systeme – Volumenstrom  278

W Wandaufbau  104 Wandheizung  210 Wandleuchten  403 Wärme  47, 52 Wärmeabtransport  266 Wärmebrücken  106 Wärmedämmung  104 Wärmedurchgangskoeffizient  U-Wert  104 Wärmeempfinden  57 Wärmeerzeugung  136, 146 Wärmegewinne  141 Wärmeinhalt  313 Wärmekraftmaschinen  67 Wärmekraftwerk  335 Wärmeleistung  50 Wärmeleitung  65 Wärmemengenzähler  262, 491 Wärmemitführung  65

Wärmepumpe  72, 154, 479, 572, 589 Bivalent-Alternative Betriebsweise  165 Bivalent-Parallele Betriebsweise  165 Bivalent-Teilparallele Betriebsweise  165 Bivalente Betriebsweise  165 Luft-Luft-Wärmepumpe  163 Luft-Wasser-Wärmepumpe  162 Monovalente Betriebsweise  164 Multivalente Betriebsweise  165 reversible Wärmepumpe  163, 211 Sole-Luft-Wärmepumpe  163 Sole-Wasser-Wärmepumpe  163 Wärmequellen  161 Wasser-Luft-Wärmepumpe  163 Wasser-Wasser-Wärmepumpe  163 Wärmerückgewinnung  281 Gegenstrom-Wärmeübertrager  281 Kreislaufverbundsysteme (KVS-System)  282 Kreuzstrom-Wärmeübertrager  281 rekuperative Wärmerückgewinnung  281 Rotations-Wärmeübertrager  282 Wärmeschutz  101 Wärmeschutzverordnung (WSchVO)  98 Wärmestrahlung  66 Wärmestrom  50, 53, 142, 595 Wärmeleistung  50 Wärmetauscher  258 Wärmeübergabe  136, 200 Wärmeübertrager  147, 258 Wärmeübertragung  64 Wärmeverhältnis  230

Wärmeverlust  139 Wärmeverteilsysteme  177 Wärmeverteilung  136 Wärmewende  97 Wärmezuführung  266 Warmwasserbereitung  149, 434 Warmwasserkosten  487 Warmwasserspeicher  436 Warmwasserverbrauch  441 Wasserhärte  425 Carbonathärte  425 hartes Wasser  426 Nichtcarbonathärte  425 weiches Wasser  426 Wasserkraft  94 Wasserkraftwerke  339 Gezeitenkraftwerk  341 Laufwasserkraftwerk  340 Pumpspeicherkraftwerke  339 Speicherkraftwerke  339 Stauwasserkraftwerke  339 Wasser-Luft-Wärmepumpe  163 Wasserpumpenzange  533 Wasserstein  425 Wasserstoff  150, 171 Blauer Wasserstoff  352 Elektrolyseverfahren  352 Grüner Wasserstoff  351 Grauer Wasserstoff  352 Türkisener Wasserstoff  352 Wasserübergabestation  431

Wasserwaage  540 Wasser-Wasser-Wärmepumpe  163 Wasserzählerarmatur  431 Wechselrichter  343, 523, 525 Wechselschalter  380 Wechselstrom  84 Biermodell  330 Blindleistung  330 Leistungsdreieck  331 Phasenverschiebung  330 Scheinleistung  330 Wirkleistung  330 Wechselstromgenerator  332 weiches Wasser  426 Wetter  34 Widerstandsläufer  337 Widerstandsprinzip  337 Wieland-Stecker  520 winddicht  108 Windenergie  93, 336 Windkraft  336 Auftriebsläufer  337 H-Rotoren  337 Horizontalanlagen  337 Kleinwindkraftanlagen  338 Savonius Rotoren  337 Schnellläufer-Windräder  338 Vertikalanlagen  337 Widerstandsläufer  337 Windlast  101 Windschutz  101

Wippschalter  380 Wipptaster  380 Wirkleistung  330 Wirkungsgrad  49, 71 Witterungsbereinigung  124 witterungsgeführte Heizungsregelung  471 W-Lan  412 Wohngebäude  123

Z Zähler  131 Zange  533 Kneifzange  533 Kombizange  534 Spitzzange  534 Wasserpumpenzange  533 Zeitschaltuhr  380 zentrale Warmwasserversorgung  436 zentrale Zähleranordnung  369 Zentralheizung  137 ZigBee  412 Zirkulationsleitung  436 Zisterne  443 Zonenbeleuchtung  403 Zulauftopf  444 Zuluft (ZUL)  274 Zuluftvolumenstrom  318 Luftwechselrate (LW)  320 Mindestvolumenstrom  318 thermischen Lasten  321 Zwangsumlaufsystem  192

Z-Wave  412 Zweifühler-Messverfahren  489 Zweileiter-Rohrsystem  303 Zweirichtungszähler  344, 369 Zweirohrheizung  191, 563 ringförmige Wärmeverteilung  197 sternförmige Wärmeverteilung  198 Tichelmann System  199 zentrale Wärmeverteilung  198 zentraler Verteiler  198 Zweistoffbrenner  146