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Die Heizungsanlage gehört zu den größten Energie- und Kostenfaktoren in einem Gebäude. Deswegen zeige ich euch in diesem Beitrag den Aufbau von Heizungsanlagen: von der Wärmeerzeugung über die Wärmeverteilung bis zur Wärmeübergabe im Raum. Dieser Beitrag erklärt den Aufbau einer Heizungsanlage Schritt für Schritt, das Ganze heruntergebrochen auf die wichtigsten Bauteile als einfacher Einstieg in die Heizungstechnik. Hier findet ihr ein passendes YouTube-Video von mir zu diesem Artikel:
Inhaltsverzeichnis
Bauteile in eurem Gebäude
Wenn ihr euch in eurem Gebäude umschaut, seht ihr wahrscheinlich sofort typische Bauteile einer Heizungsanlage. Dazu gehören etwa Heizkörper an der Wand, ein Thermostatkopf am Heizkörper oder auch ein Verteiler einer Fußbodenheizung im Flur oder Hauswirtschaftsraum (siehe nachfolgende Abbildungen). Gerade diese sichtbaren Komponenten sind es, mit denen ihr im Alltag täglich direkt in Kontakt kommt.
Es gibt allerdings auch Bereiche einer Heizungsanlage, die nicht sofort zu sehen sind, die aber trotzdem zur Heizungsanlage gehören. Das sind unter anderem Heizungsrohre, die in Wänden, Schächten oder im Estrich verlegt sind, sowie der Wärmeerzeuger, der häufig im Heizungsraum, auf dem Dachboden oder in einer Technikzentrale untergebracht ist. In vielen Mehrfamilienhäusern mit Gasetagenheizungen hängt der Wärmeerzeuger sogar direkt in der Wohnung, etwa in Küche, Bad oder Flur.
Das Besondere an all diesen Bauteilen ist, dass sie miteinander verbunden sind. In einer technischen Darstellung ergibt das ein sogenanntes Heizungsschema oder Hydraulikschema. Solche Schemata können auf den ersten Blick sehr komplex und erschlagend wirken. In Abbildung 1 seht ihr daher ein Beispiel für ein solches Schema. Darauf aufbauend lässt sich aber verständlich erklären, wie jede Heizungsanlage im Prinzip aufgebaut ist. Die grundlegende Struktur ist dabei immer ähnlich, egal ob dezentrale Gasheizung, zentrale Wärmepumpe oder Fernwärme.
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Aufbau von Heizungsanlagen: Drei Bereiche
Wie ist eine Heizungsanlage aufgebaut? Zunächst einmal kann man sagen, dass jede Heizungsanlage in drei Bereiche unterteilt wird. Dazu gehören die Wärmeerzeugung, die Wärmeverteilung und die Wärmeübergabe. Diese Einteilung hilft enorm, um Bauteile im Gebäude einordnen zu können und besser zu verstehen, welche Funktion sie im Gesamtsystem haben. Wenn du diese drei Bereiche im Hinterkopf hast, lässt sich fast jede Anlage „lesen“, auch wenn das Schema auf den ersten Blick kompliziert aussieht. Das nachfolgende vereinfachte Hydraulikschema soll dies verdeutlichen.
Wärmeerzeugung
In einem vereinfachten Schema ist die Wärmeerzeugung meistens als zentraler Block dargestellt (siehe Abbildung 2). Hier wird die Wärme bereitgestellt, die später im Gebäude genutzt wird. Typische Wärmeerzeuger sind zum Beispiel Gas- oder Ölbrennwertkessel, Biomassekessel sowie Wärmepumpen.
In einer klassischen Warmwasserheizung, auch Heizwasserheizung genannt, wird im Wärmeerzeuger Wasser als Wärmeträger erwärmt. Dieses warme Heizwasser fließt anschließend in die Wärmeverteilung. Auf der Ebene „Wärmeerzeugung“ spielt es zunächst keine Rolle, ob die Energiequelle Gas, Öl, Holz, Umweltwärme oder Fernwärme ist – entscheidend ist, dass am Ende warmes Heizwasser zur Verfügung steht, das im Gebäude verteilt werden kann.
Wärmeverteilung
Die Wärmeverteilung sorgt dafür, dass das erwärmte Heizwasser zu den einzelnen Bereichen des Gebäudes gelangt (Abbildung 3). Dazu gibt es in jeder Anlage eine Vorlaufleitung, in der das warme Wasser vom Wärmeerzeuger wegströmt, und eine Rücklaufleitung, in der das abgekühlte Wasser wieder zum Wärmeerzeuger zurückfließt. In einem geschlossenen Heizkreis fließt das Wasser also immer in einer Richtung: vom Wärmeerzeuger zur Wärmeübergabe und von dort wieder zurück.
Damit das Wasser transportiert werden kann, haben wir ein Bauteil, welches dafür verantwortlich ist. Das ist die Heizungspumpe (Abbildung 4), welche das Wasser in die einzelnen Bereiche des Gebäudes transportiert.
Ohne Pumpe würde das Heizwasser nahezu stehenbleiben und die Heizflächen würden nicht ausreichend warm werden. In realen Heizungsanlagen kommen zusätzlich noch weitere Bauteile wie Mischventile, Verteiler und Regelventile zum Einsatz, um etwa unterschiedliche Heizkreise mit verschiedenen Temperaturen zu versorgen oder einzelne Bereiche hydraulisch einzuregulieren. Dabei helfen dann die sogenannten hydraulischen Schaltungen.
Wärmeübergabe
Am Ende der Wärmeverteilung steht die Wärmeübergabe. Im Schema ist das häufig als „Heizkreis“, oft symbolisch als Kreis im Kreis dargestellt. Der Heizkreis steht für die Summe aller dahinter befindlichen Wärmeübergabepunkte. Zur Wärmeübergabe gehören alle Bauteile, die Wärme an einen Gebäudebereich oder einen Raum abgeben können. Das können etwa klassische Heizkörper, aber auch Flächenheizungen wie Fußboden- oder Wandheizungen sein. In größeren Gebäuden oder Sonderanwendungen gibt es auch Luftheizgeräte oder Gebläsekonvektoren, die ebenfalls zur Wärmeübergabe gehören.
Kommt das warme Heizwasser in der Wärmeübergabe an, gibt es seine Wärme an den Raum ab. Dabei kühlt sich das Heizwasser ab, fließt anschließend über den Rücklauf zum Wärmeerzeuger zurück und kann dort erneut erwärmt werden. Es entsteht somit ein geschlossener Wasserkreislauf.
Systemtemperaturen
Auf vielen Heizungsschemata findet ihr häufig Angaben wie 75/55/20. Dabei handelt es sich um die sogenannten Systemtemperaturen der Heizungsanlage. Die erste Zahl steht für die Vorlauftemperatur, die zweite Zahl für die Rücklauftemperatur, jeweils im Auslegungsfall, und die dritte Zahl für die angestrebte Raumtemperatur (Abbildung 6).
Die Zahlen 75/55/20 bedeuten zum Beispiel 75 °C Vorlauf, 55 °C Rücklauf und 20 °C Raumtemperatur. Die Temperaturdifferenz zwischen Vorlauf und Rücklauf wird auch als „Spreizung“ bezeichnet und ist notwendig zur Berechnung des Volumenstroms von Heizkörpern, also der notwendigen Wassermenge, damit ein Heizkörper ausreichend Wärme liefern kann.
Der Auslegungsfall oder Vollastfall beschreibt den Fall mit der tiefsten Außentemperatur, für die die Heizung ausgelegt wird. Bezogen ist das auf die Heizlast des Gebäudes, also auf die Wärmemenge, die an einem sehr kalten Tag bereitgestellt werden muss, damit im Gebäude noch behagliche Temperaturen herrschen. Genau diese Heizlast ist die Grundlage für die Dimensionierung von Heizflächen und Wärmeerzeugern und damit ein zentrales Planungswerkzeug.
Wichtig ist dabei: Auch moderne Niedertemperatur- oder Wärmepumpensysteme folgen genau diesem Prinzip. Sie arbeiten jedoch mit deutlich niedrigeren Systemtemperaturen, zum Beispiel 45/35/20 oder 35/28/20. Je niedriger diese Temperaturen sind, desto effizienter kann eine Wärmepumpe oder ein Brennwertkessel in der Regel arbeiten. Deshalb ist eine möglichst niedrige Systemtemperatur ein wichtiger Baustein für effiziente Heizungsanlagen.
Nachfolgend findet ihr eine Übersicht gängiger Systemtemperaturen für Heizsysteme mit verschiedenen Wärmeerzeugern.
| Wärmeerzeuger | Vorlauf | Rücklauf | Spreizung | Systemtemperaturen |
| Niedertemperaturkessel | 75 °C | 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 |
Bezogen auf unser ursprüngliches Heizungsschema lassen sich die drei Bereiche wie folgt aufteilen (siehe Abbildung 7): Wärmeerzeugung (Grün), Wärmeverteilung (Blau) und Wärmeübergabe (Rot).
Arten von Heizungssystemen
Diese Grundstruktur von Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeübergabe lässt sich in jedem Heizungsnetz finden. Als Art oder Typ einer Heizungsanlage wird nun noch nach der Anordnung von Wärmeerzeugern unterschieden. In der Praxis unterscheidet man vorwiegend drei Arten von Heizungssystemen: die zentrale Heizung, die dezentrale Heizung und die Fernwärmeheizung. Egal, welches System im Einsatz ist: Die drei Bereiche Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeübergabe tauchen immer wieder auf – manchmal auf Gebäudeebene, manchmal auf Wohnungsebene. Im Nachfolgenden möchte ich euch die unterschiedlichen Arten von Heizungssystemen vorstellen.
Zentrale Heizung
Bei einer zentralen Heizung gibt es einen gemeinsamen Wärmeerzeuger für das gesamte Gebäude (Abbildung 8). Dieser kann zum Beispiel im Heizungskeller, auf dem Dachboden oder in einer zentralen Technikzentrale stehen. Dort wird die Wärme erzeugt und anschließend über die Wärmeverteilung, also über die Vorlaufleitung, zu den einzelnen Heizflächen im Gebäude transportiert.
Die Heizkörper oder Flächenheizungen geben die Wärme an die jeweiligen Räume ab. Das Heizwasser kühlt dabei ab und fließt über den Rücklauf wieder zurück zum Wärmeerzeuger, wo es erneut erwärmt wird. Zentrale Heizungsanlagen findet man sowohl in Einfamilienhäusern als auch in Mehrfamilienhäusern mit einem gemeinsamen Wärmeerzeuger für alle Wohnungen. Auf Gebäudeebene hat man also eine klassische Kombination aus zentraler Wärmeerzeugung, einem gemeinsamen Verteilnetz und vielen Wärmeübergabepunkten.
Dezentrale Heizung
Bei einer dezentralen Heizung ist die Situation anders. Hier hat nicht das gesamte Gebäude einen gemeinsamen Wärmeerzeuger, sondern mehrere Einheiten verfügen jeweils über einen eigenen Wärmeerzeuger (Abbildung 9). Typische Beispiele sind Mehrfamilienhäuser in Ballungsgebieten, in denen jede Wohnung einen eigenen Gasanschluss hat. In diesen Wohnungen befinden sich dann meist einzelne Gasthermen (sogenannte Gasetagenheizung), häufig im Flur, in der Küche oder im Bad.
Jede dieser Gasthermen erwärmt das Heizwasser (und überwiegend auch das Trinkwarmwasser) nur für die jeweilige Wohnung. Eine kleine integrierte Pumpe sorgt dafür, dass das Wasser zu den Heizkörpern oder Fußbodenheizkreisen der Wohnung transportiert wird. Dort wird die Wärme an die Räume abgegeben, das Wasser kühlt ab und fließt wieder zurück zur jeweiligen Therme, wo es erneut erwärmt werden kann. Aus Sicht der einzelnen Wohnung haben wir auch hier die einzelnen Bereiche einer Heizungsanlage: Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeübergabe, jedoch nur auf Wohnungsebene statt für das gesamte Gebäude.
Fernwärmeheizung
Bei einer Fernwärmeheizung befindet sich der eigentliche Wärmeerzeuger nicht im Gebäude, sondern an einem Ort außerhalb des Gebäudes, zum Beispiel in einem Heizkraftwerk oder in einer großen Heizzentrale (siehe Abbildung 10).
In einem Heizkraftwerk fällt die Wärme aus der Erzeugung von Strom ab. Heizkraftwerke sind daher sogenannte Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK). Die bei der Stromproduktion entstehende Abwärme wird nicht ungenutzt an die Umwelt abgegeben, sondern über ein Fernwärmenetz zum Heizen in die umliegenden Gebäude transportiert. Fernwärme kann aber auch in einem reinen Heizwerk erzeugt werden, in dem ausschließlich Wärme, etwa durch die Verbrennung eines Brennstoffs, bereitgestellt wird.
Im Gebäude selbst gibt es keine eigenen Wärmeerzeuger, sondern eine Fernwärmeübergabestation. Diese besteht aus einem Wärmeübertrager (umgangssprachlich Wärmetauscher genannt), einer Pumpe und der erforderlichen Regelungstechnik. Der Wärmeübertrager sorgt dafür, dass das Wasser aus dem Fernwärmenetz und das Heizungswasser im Gebäude hydraulisch getrennt bleiben. Die Wärme wird übertragen, aber die beiden Wasserkreise kommen nicht miteinander in Kontakt.
Das Heizungswasser im Gebäude nimmt die Wärme am Wärmeübertrager auf und wird über die Pumpe im Gebäude verteilt. Es gibt die Wärme an die Heizflächen ab und fließt anschließend wieder zurück zur Übergabestation, wo es erneut erwärmt werden kann. Das Fernwärmewasser selbst fließt nach der Übergabe der Wärme zurück zum Heizkraftwerk oder Heizwerk und wird dort wieder aufgeheizt.
Hinweis: Es gibt noch ältere Fernwärmesysteme ohne Wärmeübertrager, bei denen das Fernwärmewasser direkt durch die Heizkörper im Gebäude fließt. Das ist heute aber eher unüblich, da in modernen Anlagen eine Systemtrennung mittels Wärmeübertrager angestrebt wird, zum Beispiel aus Gründen der Wasserqualität und Anlagenhygiene.
Häufige Fragen zum Aufbau von Heizungsanlagen
Was ist der Unterschied zwischen zentraler und dezentraler Heizung?
Bei einer zentralen Heizung gibt es einen gemeinsamen Wärmeerzeuger für das ganze Gebäude, etwa einen Heizkessel oder eine Wärmepumpe im Heizungskeller. Von dort aus wird das Heizwasser über die Wärmeverteilung (Heizungsrohre) zu allen Heizkörpern oder Flächenheizungen verteilt. Bei einer dezentralen Heizung hat dagegen jede Wohnung oder Nutzungseinheit ihren eigenen Wärmeerzeuger, etwa eine kleine Gastherme in der Wohnung. Jede Einheit sorgt also selbst für die Bereitstellung ihrer Wärme, inklusive eigener Wärmeverteilung und eigener Wärmeübergabe.
Woran erkenne ich, ob ich eine Fernwärmeheizung habe?
Ein typisches Merkmal ist, dass im Gebäude kein Wärmeerzeuger vorhanden ist, sondern eine Übergabestation mit Wärmeübertrager und häufig einem Fernwärmezähler. Auf Rechnungen oder Unterlagen des Energieversorgers steht meist etwas wie „Fernwärme“, „Nahwärme“ oder der Name des lokalen Fernwärmeanbieters. Im Zweifel hilft ein Blick in den Heizraum oder eine kurze Nachfrage bei der Hausverwaltung.
Welche Rolle spielt die Heizungspumpe?
Die Heizungspumpe ist eines der wichtigsten Bauteile in einer Heizungsanlage, da sie für den Transport des Wassers verantwortlich ist. Sie sorgt dafür, dass das erwärmte Wasser zu den Heizflächen transportiert wird und das abgekühlte Wasser zum Wärmeerzeuger zurückfließt. Ohne Pumpe würde das Wasser weitgehend stehenbleiben, und die Heizkörper oder Flächenheizungen würden nicht ausreichend warm werden. Moderne elektronisch geregelte Heizungspumpen laufen sehr effizient und passen ihre Leistung automatisch an den Bedarf an, wodurch viel Strom gespart werden kann.
Was bedeuten Angaben wie 75/55/20 oder 45/35/20?
Solche Angaben beschreiben die Systemtemperaturen einer Heizungsanlage. Die erste Zahl steht für die Vorlauftemperatur im Auslegungsfall, die zweite Zahl für die Rücklauftemperatur im Auslegungsfall und die dritte Zahl für die angestrebte Raumtemperatur. Bei 45/35/20 bedeutet das zum Beispiel 45 °C Vorlauf, 35 °C Rücklauf und 20 °C Raumtemperatur. Je nach Wärmeerzeuger werden niedrige Temperaturen für einen effizienten Betrieb angestrebt, insbesondere bei Wärmepumpen und Brennwertgeräten. Es gibt aber auch heute noch sehr alte Wärmeerzeuger (etwa Niedertemperaturheizkessel – der Name ist heute verwirrend, war aber vor 50 Jahren korrekt), die mit hohen Temperaturen betrieben werden müssen.
Kann ich den Aufbau meiner Heizungsanlage selbst herausfinden?
Bis zu einem gewissen Grad ist das möglich. Anhand der hier gezeigten Tipps kannst du zum Beispiel schauen, ob im Gebäude ein zentraler Wärmeerzeuger, mehrere kleine dezentrale Wärmeerzeuger oder eine Fernwärmeübergabestation vorhanden sind. Du kannst zudem beobachten, wo Heizungsrohre verlaufen und sich Heizkörper befinden. Möglicherweise kannst du sogar ein vorhandenes Heizungsschema in die drei Bereiche Wärmeerzeugung, Wärmeverteilung und Wärmeübergabe unterteilen. Für detaillierte Fragen zur Auslegung, zur Hydraulik oder zu Modernisierungsmaßnahmen ist es aber immer sinnvoll, eine Fachfirma oder eine unabhängige Energieberatung hinzuzuziehen.
Fazit
Zusammenfassend kann man sagen, dass jede Heizungsanlage in drei Bereiche unterteilt ist: die Wärmeerzeugung, die Wärmeverteilung und die Wärmeübergabe. Zudem gibt es drei Arten von Heizungsanlagen: die zentrale Heizung, die dezentrale Heizung und die Fernwärmeheizung.
Wenn ihr euch nun in eurem Gebäude umschaut und vor einem Bauteil einer Heizungsanlage steht, solltet ihr den Bereich und die Art erkennen können. Das war es für heute, macht es gut und bis zum nächsten Mal. Falls ihr Fragen, Anregungen oder Kritik habt, freue ich mich auf eure Kommentare.
Viele Grüße, Martin
