Inhalt Heizung und Lüftung

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1 Inhalt und Lüftung Teil I Gesundes Raumklima und 1 2. Die biologisch optimale Temperierung 3 3. Auswirkung der Wärmestrahlung aus ärztlicher Sicht 5 4. Sonnenwärme für die Wohnwärmeversorgung 6 5. Sonnenkocher/Kleinanlagen Heizen mit Holz Einzelne Feuerstätten Historische Feuerstätten: Hypokaustenheizung, Offener Kamin, Kanonenofen Kaminofen Pellet-Kaminofen Kochherd Kachelofen und Grundofen Elektroheizung Wassergeführte Zentralheizung Wärmeerzeuger Festbrennstoffkessel / Holzvergaser / Pelletheizung Öl-, Gas- und Brennwertkessel Kachelofen / Kaminofen Wärmepumpe Kraft-Wärme-Kopplung Brennstoffzellen Wärmebereitstellung: Rohrleitung u.a Wärmeübertragungssysteme an den Raum Heizkörper: Radiator, Plattenheizkörper, Konvektor Flächenheizkörpersysteme: Fußbodenheizung, Deckenheizung, Wandheizung, Thermische Bauteilaktivierung, Moderne Hypokaustenheizung Heizleisten 50 Copyright IBN Neubeuern 2014

2 12. Weitere sthemen Warmluftheizung / Klimaanlage Infrarotstrahler sbetrieb bei Stromausfall Abgasführung / Schornstein Entscheidungsablauf zur Wahl eines Holz-Feuerungssystem Schadstoff-Problematik Heizen als Umweltbelastung Ökologische Beurteilung verschiedener Energieträger Regeln zum schadstoffarmen Heizen Gesamtbetrachtung 62 Teil II 1. Lüftungsanlagen Lufterneuerung und Luftwechsel im umbauten Raum Lüftungssysteme und Wärmerückgewinnung Checkliste: Optimierung einer Lüftungslösung 75 Fragen zur Lernkontrolle 77 Copyright IBN Neubeuern 2014

3 Kap Auswirkung der Wärmestrahlung aus ärztlicher Sicht Quelle: Ledwina Wilhelm, Angewandte Bioklimatologie mit modernen naturnahen Heilmethoden, K.F. Haug Verlag, Heidelberg, 1981 Berechnung der Oberflächentemperatur s. Lehrheft Biol. Baustofflehre... Es ist dem Wiener Arzt und Forscher Dr. Wilhelm Ledwina zu verdanken, dass heute fundierte Unterlagen über die Auswirkungen der Wärmestrahlung auf das Wohlbefinden und die Gesundheit des Menschen vorliegen. Auf Grund seiner Forschungsarbeiten konnte nachgewiesen werden, dass das Verhältnis zwischen konvektiv und strahlend abgegebener Wärmemenge für die Behaglichkeit, für das innere Gleichgewicht und den allgemeinen Gesundheitszustand des Menschen von großer Bedeutung ist. Aus dem nachstehenden Diagramm ist ersichtlich, dass bei einer Konvektionsheizung z.b. bei einer Oberflächentemperatur von 17,5 C der hohe Wert von ca. 23 C für die Raumlufttemperatur erforderlich ist, damit sich der Mensch wohl fühlt. Im Gegensatz dazu genügt bei einer Wandstrahlungsheizung mit einer Oberflächentemperatur von ca. 30 C eine Raumlufttemperatur von nur ca. 17 C, um sich behaglich und wohl zu fühlen. 45 Abb. 3 Thermischer Komfort durch Konvektion und Strahlung nach Dr. Ledwina Oberflächentemperatur in C zu kalt behaglich zu warm Strahlung Konvektion Raumlufttemperatur in C 8 IBN

4 s. auch Lehrheft Raumklima Kap. 3 8 Kriterien einer gesundheitlich optimalen 1. Wärmeabgabe überwiegend durch Strahlung 2. Hohe Raum-Oberflächentemperaturen schaffend (besonders der Außenwände) 3. Keine Stauberzeugung (Ruß, Asche) 4. Keine Abgabe giftiger Gase (z.b. Kohlenmonoxid) an die Innenräume (dichte Bauweise der Öfen bzw. -geräte u.a.) 5. Heizkörper-Oberflächentemperaturen angemessen niedrig: max. 70 C bei Metall und max. 100 bis 120 C bei Kacheln. Nachteile bei Überschreitung dieser Temperaturen: Staubverschwelung und damit Reizerscheinungen durch Ammoniak und organische Säuren, Erhöhung des Konvektionsanteils, z.t. höherer Energieverbrauch. 6. Niedrige Temperaturunterschiede der Raumluft (am günstigsten bei Strahlungswärme) 7. Geringe Luft- und Staubzirkulation verursachend (< 10 cm/sec.) 8. Bequeme Reinigung (Entstaubung der Heizkörper) 9. Nicht geruchsbelästigend (infolge Staubverschwelung, Staubzirkulation, Eigengeruch, Abgabe von Dämpfen) 10. Keine zu niedrige Raumluftfeuchte verursachend 11. Keine elektrostatische Aufladung, einpolige Ionisation und Feldverzerrung verursachend (durch niedrige Luftfeuchte, hohe Lufttemperaturen, Luft- und Staubzirkulation, lackierte Heizkörper...) 12. Ohne Bildung elektromagnetischer Felder (z.b. durch Induktion sowie Verschleppung von Strom) 13. Erhaltung und Bildung ionisierter Luft 14. Geringe Störung des Erdmagnetfeldes 15. Ungleichmäßige Erwärmung der verschiedenen Räume des Hauses (keine thermische Monotonie; ein gewisses Maß an Reizklima stärkt die körperliche Widerstandskraft) 16. Keine Lärmbelästigung bzw. Vibrationen (z.b. durch Umwälzpumpe und Steuerung, Wasserbewegung in Heizkörpern, durch Ventilatoren, Ein- und Abschaltung, Ausdehnung der Rohre und Wärmekörper) 17. Unterstützung der Frischluftversorgung (z.b. durch Zuluftelemente), die während der Heizperiode besonders wichtig ist 18. Schnelle Regulierbarkeit 19. Geringstmögliche Umweltbelastung, hoher Wirkungsgrad und weitgehende Vermeidung fossiler Brennstoffe Übersicht 1 Kriterien einer gesundheitlich optimalen s. Kap. 2 vgl. Kap. 6.1 s. Lehrheft Strahlung s. Lehrheft Lärm vgl. Kap. 6 Brennstoffe, die in geologischer Vorzeit aus Abbauprodukten von toten Pflanzen und Tieren entstanden sind, wie Erdöl, Erdgas, Torf, Braun- und Steinkohle IBN 9

5 Kap. 4.1 Sonnenkollektor Abb. 5 Prinzip einer Warmwasser- Solaranlage Umwälzpumpe und Regelung Quelle: Heizkessel (z.b. Pelletskessel oder Gasbrennwerttherme) Wärmespeicher Zur Erwärmung des Trinkwassers lässt sich bei optimaler Ausrichtung etwa folgender Kollektor-Flächenbedarf empfehlen: Kollektortyp Nutzenergie- Flächenbedarf Gewinn pro m² und Jahr pro Person Flachkollektor 400 kwh 1,1 m² Vakuumkollektor 500 kwh 0,9 m² Selbstbau-Flachkollektor 200 kwh 2,2 m² Übersicht 2 Empfohlene Kollektorflächen bei einer Neigung von > 30 C und Südorientierung (+/- 30 ). Damit lassen sich ca. 60 % des jährlichen bzw. ca. 90 % des sommerlichen Energiebedarfs für die Warmwasserbereitung decken. b) Solare sunterstützung Über die solare Trinkwassererwärmung hinaus kann die aktive Solarnutzung auch die Wohnraumtemperierung unterstützen. Vor allem in den Übergangsjahreszeiten Frühjahr und Herbst können sehr hohe Deckungsraten erreicht werden. Je niedriger die notwendigen Vorlauftemperaturen des ssystems sind, desto größer ist der zu erreichende solare Deckungsanteil in der solaren sunterstützung. 14 IBN

6 Kap mit Speckstein oder gebürstetem Edelstahl verkleidete Kaminöfen mit Warmhaltefächern, Kochplatte, Holzschublade oder auch Modelle, die sich in der Achse drehen lassen, so dass man das Feuer mal vom Essplatz, mal vom Sofa aus sehen kann. Mit dem Kaminofen wurde eine sparsame, baubiologisch akzeptable und zugleich preiswerte geschaffen. mehr Infos: Deutscher Energieholzund Pellet-Verband e.v., c) Pellet-Kaminofen Zur Komfortverbesserung werden seit Ende der 90er Jahre auch sog. Pellet-Kaminöfen angeboten, welche eine vollautomatische Pelletverbrennung mit Leistungsregelung ermöglichen. Pellets bestehen aus Säge- und Hobelspänen, die unter hohem Druck und ohne Bindemittel zu kleinen Röllchen gepresst werden und einen Heizwert von ca. 5 kwh/kg haben. Damit entspricht der Energiegehalt von einem Kilogramm Pellets etwa dem von einem halben Liter Heizöl. Abb. 15 Pelletkaminofen als Einbau- Zentralheizungskessel mit einer Kesselleistung von 2-10 kw (wasserseitig ca. 80 %, luftseitig ca. 20 %), massiv eingemauert. Pellet-Vorratsbehälter 38,5 55 kg. Quelle: Wodtke (PE water+) Die Qualitätsanforderungen für den genormten Brennstoff sind in der europäischen Norm EN festgelegt. Der Markt bietet verschiedene Zertifizierungen und Prüfsiegel an, wie z.b. die Zertifizierung 32 IBN

7 Wenn Kap in der Folge die allgemein übliche Bezeichnung Kachelofen gewählt wird, so sind damit auch gemauerte Öfen, Grundöfen, Lehmoder Ziegelöfen, Sesselöfen usw. gemeint; sie können roh belassen werden bzw. verputzt sein oder anstelle von Kacheln mit keramischen Platten, Tonplatten, Marmor oder einzelnen Kristallen, Findlingen usw. besetzt sein. Auch mit Mineral- und Pflanzenfarben lassen sich die Öfen schön und passend für jeden Raum künstlerisch gestalten. Hinsichtlich Form, Farbe und Oberflächengestaltung sind der Phantasie keine Grenzen gesetzt. Die folgenden Abbildungen mögen dafür als Beispiele von unendlich vielen Möglichkeiten und zugleich als Anregung dienen. Abb. 17 a Grundofen mit integriertem Warmwasser-Wärmetauscher, der das gesamte Gebäude beheizt und zugleich als Treppe dient Abb. 17 b Grundofen als Mittelpunkt des Hauses Quelle: Wohnung + Gesundheit Nr. 122 Quelle: Wohnung + Gesundheit Nr. 127 Die Bedienung eines Kachelofens kann von der Diele aus erfolgen, wenn man Schmutzeintrag in die Wohnräume vermeiden möchte. Viele bevorzugen heute jedoch große Feuerraumtüren mit Sichtfenster. 36 IBN

8 Kap Eine gute Wärmepumpen-Zentralheizungsanlage ist in der Lage, mit nur einer zuge-führten Menge Energie (im Wohnungsbau meist Strom) über das ganze Jahr gesehen die dreifache Energiemenge aus der Wärmequelle nutzbar zu machen. Dies entspricht einer Leistungszahl von 4,0. Um beispielsweise kwh Heizwärme bereitzustellen, nutzt eine solche elektrische Wärmepumpe kwh erneuerbare Umweltwärme und kwh Strom. Für 1 kwh Strom aus der Steckdose müssen in Deutschland rund 2,40 kwh Primärenergie (z.b. aus Kohlekraft-, Öl oder Atomkraftanlagen) eingesetzt werden. Aufgrund dieser Tatsache ist die Umweltbilanz von strombetriebenen Wärmepumpen deutlich ungünstiger als diejenige von heute verfügbaren ssystemen mit erneuerbaren Energien oder mit Nahwärmesystemen auf der Basis effizienter Kraft-Wärme-Kopplung. Selbst die Pelletheizung, die wegen des Energieaufwandes zur Pelletherstellung unter den Biomasse-en relativ ungünstig ist, emittiert rund 85 % weniger Treibhausgase als Gas-Brennwert-en. Wärmepumpen sind deshalb nur dann eine umweltfreundliche Alternative zu anderen Heizsystemen, wenn sie mit einem guten Wirkungsgrad und mit Ökostrom oder Gas betrieben werden. Quelle: Umweltbundesamt Dessau s. folgende Abbildung s. Kap f s. Kap c und a s. Kap c Jahresarbeitszahl deutlich über 3 Holzpelletheizung Gas-WP (Gasmotor) El. Wasser-Wasser-WP El. Erdreich-Wasser-WP El. Luft-Wasser-WP Gasbrennwert- Ölheizung Elektroheizung } Theoretische Bestwerte CO 2 -Äquivalente in g/kwh IBN Abb. 23 CO 2 -Emissionen (Äquivalente) ausgewählter ssysteme Für die Ermittlung der CO 2 -Äquivalente wurden Bestwerte für die Jahresarbeitszahlen (JAZ) elektrischer Wärmepumpen angenommen (JAZ Grundwasser 5,0, JAZ Erdreich 4,3, JAZ Außenluft 3,8), um zu zeigen, wie groß die bestmögliche Umweltentlastung elektrischer Wärmepumpen sein kann. Die tatsächlich erzielbaren Jahresarbeitszahlen sind häufig deutlich geringer (3 bis 4, bei Luftwärmepumpen teilweise unter 3). Quelle: Gemis

9 Kap s. Abb. 26 und Lehrheft Baukonstruktion s. Abb. 27 und 28 vgl. Kap s. Abb. 32 s. Abb. 33 Angeboten werden u.a. folgende Wandheizungssysteme mit Kupferrohren, Kunststoffrohren (Polyäthylen oder Polypropylen) oder Verbundrohren (Kunststoff und Aluminium): Wandheizung für den verputzen Ausbau. Die Rohrsysteme werden nach Installation z.b. mit Lehm- oder Kalkputz verputzt. Wandheizung für den Trockenbau. Die Rohrsysteme i.d.r. aus Kunststoff- oder Verbundrohren sind dabei in Lehm- oder Gipsfaserplatten integriert. Wandheizung als Heizleiste in Kombination mit einer Vorsatzschale aus Hohllochsteinen aus Lehm, Ziegel oder auch Gipsfaserplatten. Abb. 26 Wandheizung mit Kupferrohren auf Holzweichfaserplatten Die Röhrchen können z.b. mit Lehm- oder Kalkputz überputzt werden. Abb. 27 Wandheizung aus Lehmbauplatten mit integrierten Verbundrohren Die Platten werden einschl. Fugen und Randbereichen mit Lehmputz verputzt Quelle: Wem-Wandheizung GmbH Abb. 28 Wandheizung aus Gipsfaserplatten mit integrierten Verbundrohren Die Platten werden einschl. Fugen und Randbereichen mit Lehmputz verputzt Quelle: Variotherm Heizsysteme GmbH, 60 IBN

10 Quelle: Holzenergie Schweiz [10], IBN Kap Entscheidungsablauf zur Wahl eines Holz-Feuerungssystems Zweck der Holzfeuerung Eignet sich für ssystem Bauherr will Holzfeuerung Wärmebedarf? Bereitschaft für Bedienungsaufwand? Anforderungen an Raumklima? Gebäudekategorie? Holz als Zusatzbrennstoff Handbeschickung Holzfeueratmosphäre reduzierter Komfortanspruch Holz als Hauptbrennstoff Handbeschickung Immer und überall 20 C Holz als Hauptbrennstoff automatischer Betrieb immer und überall 20 C Einzelräume einzelne Stockwerke Einfamilien- Energiesparhäuser Einfamilienhäuser Reihenhäuser kleinere Mehrfamilienhäuser Ein- und Mehrfamilienhäuser öffentliche Bauten Siedlungen Industriebauten, Prozessenergie Nahwärmenetze Offener Kamin mit Kamineinsatz (Kap a) Kaminofen (Kap b) Pellet-Kaminofen (Kap c) Holzkochherd (Kap d) Kachelofen (Kap e) Stückholzkessel / Holzvergaser mit Speicher (Kap a) Kaminofen mit Wasser Wärmetauscher (Kap d) Kachelofen mit Wasser- Wärmetauscher (Kap d) Automat. Stückholz- oder Hackschnitzelheizung (Kap a) Pelletheizung (Kap a) 70 IBN

11 Kap. 7 Offener Kaminofen Kachel-/ Elektrohzg. Radiator Platten- Fußboden- Wand- Heiz- Warmluft- Kamin 2) (Strahlung) Grundofen 4) (Speicher) heizkörper heizung heizung leisten heizung Nr. Bewertungskriterien a 3) b e a b a c Strahlung* Konvektion/Luftzirkulation* Lufttemperatur-Unterschiede* Wandtemperatur* Heizkörper-Temperatur* Luftqualität/Geruch Elektrische/magnetische Felder Geräusche/Hellhörigkeit Reinigung/Entstaubung Trägheit/Aufheizzeit/Regelbarkeit Bedienung/Komfort Kosten/Nutzen Umweltbelastung* Ökobilanz der Materialien Punkte-Bewertung** * Doppelte Bewertung 0 = erhebliche Mängel 1) Verschiedene Punktzahlen (z.b. 1-2) sind durch unterschiedliche Konstruk- ** max. mögliche Punktzahl: 60 1 = bedenklich tionen/bauweisen/materialien/brennstoffe bzw. Rahmenbedingungen 2 = befriedigend (Vorlauftemperatur, Aufstellungsort, Wärmebedarf u.a.) begründet 3 = gut/empfehlenswert 2) Nur als Zusatzheizung geeignet 3) Kapitelnummer 4) echter Kachel-/Grundofen (ohne Warmluftauslässe) Übersicht 5 Baubiologische Bewertung von sarten 1) 82 IBN

12 Kap. 1.1 Lüftung Um die Menschen sowie die Anlagen vor Verunreinigungen aus der Luft (z.b. Schimmelsporen, Pollen, Insekten, Staub, u.a.) zu schützen, werden mehr oder weniger feine Luftfilter eingesetzt. Grobfilter (G 1 bis G 4) werden i.d.r. in Außenluft-Durchlässen eingesetzt, um das Eindringen von Insekten, Kleintieren und Grobschmutz wie Staub, Haare, Fasern zu verhindern. Die Außenluft-Öffnungen sollten nicht an Stellen erfolgen, wo spezielle Luftbelastungen vorliegen, z.b. in Erdbodennähe, bei Komposthaufen oder Mülltonnen oder an Autoabstellplätzen. Filter/Filterklassse Abscheide- bzw. Eignung/Material Einsatzzweck Partikelgröße Wirkungsgrad (Beispiele) Grobstaubfilter mittlerer z.b. Insekten, Textilfasern G3 und G4 G1 bis G4 Abscheidegrad Haare, Flugasche, Blütenstaub, als Verschmutzungsfür Partikel > 10 µm 60 bis > 90 % Sporen, Pollen, Zementstaub. schutz für Klimageräte i.d.r. Polyestervlies, und Ventilatoren. seltener Baumwollfasern oder Vorfilter für Filter- Metallgeflecht klassen F6 bis F8 Feinstaubfilter mittlerer z.b. Blütenstaub, Sporen, M5 und M6 M5, M6, F7 bis F9 Wirkungsgrad Pollen, Bakterien und Keime Außenluftfilter für Partikel 1-10 µm 40 bis > 95 % auf Wirtpartikel, Tabakrauch. Räume mit geringen Polyestervlies, Anforderungen. Polypropylen-Faservlies, Glasfaserpapiere F7 bis F9 Endfilter in Lüftungs- und Klimaanlagen Schwebstofffilter Abscheidegrad z.b. Keime, Bakterien, Viren, Endfilter für Räume E10 bis U17 85 % bis Tabakrauch. hoher und höchster (lt. EN , % Polypropylen-Mikrofasern, Anforderungen, auch HEPA- oder z.t. antibakteriell ausgerüstet. z.b. für Labors, ULPA-Filter) Aktivkohlefilter zur Filterung Operationssaal für Partikel < 1 µm von Chemikalien und Gerüchen Filterrahmen: Karton, Polystyrol, verzinktes Stahlblech, Edelstahl, Aluminium, Sperrholz, Press-Spanholz Übersicht 8 Filterteile und -materialien G1 - F9 nach DIN EN 779, ab E10 nach DIN EN 1822 Größen biologischer Partikel in µm: Viren 0,02-0,3 / Bakteriensporen 0,2-0,5 / Bakterien 0,5-10 / Schimmelpilzsporen 3-20 / Milben: Kot- und Körperpartikel / Pollen vgl. Lehrheft Luft und Schadstoffe 90 IBN