GEBÄUDETECHNIK KAPITEL: VORLESUNGEN ÜBER GEBÄUDETECHNIK. Dipl.-Ing. KLAUS JENS 1 GRUNDLAGEN-1 2 WASSER 3 WÄRME 4 KÄLTE 5 LUFT 6 INFORMATION 7 STROM

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1 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 1 von 43 GEBÄUDETECHNIK Dipl.-Ing. KLAUS JENS VORLESUNGEN ÜBER GEBÄUDETECHNIK KAPITEL: 1 GRUNDLAGEN-1 2 WASSER 3 WÄRME 4 KÄLTE 5 LUFT 6 INFORMATION 7 STROM 8 TRANSPORT 9 SICHERHEIT 10 PROJEKTIERUNG 11 ÜBUNGEN 12 ENERGIE 13 GRUNDLAGEN-2

2 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 2 von 43 GEBÄUDETECHNIK Kapitel Seite 03 HEIZUNG ENERGIETRÄGER WÄRMEVERSORGUNG Verfeuerung von Biomasse Verfeuerung von Heizöl Verfeuerung von Heizgas Beheizung mit Fernwärme Beheizung mit Strom Aktive Solarenergienutzung Passive Sonnenenergienutzung HEIZLASTERMITTLUNG HEIZRAUMBEMESSUNG ABGASANLAGEN WÄRMEVERTEILUNG PRINZIPSCHALTBILDER JAHRESWÄRMEBEDARF LITERATURHINWEISE 43

3 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 3 von HEIZUNG 03.1 Energieträger Primäre Energieträger Als primäre Energieträger werden Ausgangsstoffe bezeichnet, die sich zur Umwandlung in Energiedienstleistungen eignen und keiner technischen Umsetzung unterworfen wurden. Fossile Energieträger (Kohle, Erdöl und Erdgas) tragen derzeit mit etwa 88 % zum weltweiten Energieaufkommen bei. Der Anteil nuklearer Energieträger (Uranisotope) an diesem Energieaufkommen liegt derzeit bei etwa 5 %, und den Rest bilden erneuerbare Energieträger (Biomasse, Wasserkraft, Windkraft, Geothermie, Solarenergienutzung). Sekundäre Energieträger Als Sekundäre Energieträger bezeichnet man Umwandlungsprodukte aus primären Energieträgern, welche die Energienutzung vereinfachen (Pellets, Koks, Heizöl, Benzin, Strom, Fernwärme usw.). Berichten zum Energiestatus Österreichs lässt sich entnehmen, nur etwa 70 % des Energieaufkommens in Endenergie umgewandelt wird, und schließlich etwa 45 % des "Energieaufkommens" als Nutzenergie für Energiedinstleistungen verfügbar ist. Abbildung 03.01: Energieflussbild der österreichischen Energieverwertungsagentur [43] Energieträger: Energienutzung: "ENERGIEAUFKOMMEN" "ENERGIEUMWANDLUNG" Biomasse Kohle Gas Öl Strom Fernwärme "ENDENERGIEEINSATZ" mechanische Arbeit Prozesswärme Raumwärme Warmwasser Verkehr, Fahrzeuge Beleuchtung, EDV "NUTZENERGIE" "VERLUSTE" Mit einem Anteil von etwa 40 % am Endenergieeinsatz ist die Verwendung für Raumheizung und Warmwasserbereitung dominant- ein Anwendungsbereich gebäudetechnischer Anlagen. Eingeschränkt auf den Haushaltsbereich liegt dieser Anteil sogar über 60 %. Bei der Projektierung von Anlagen zur Raumheizung und Warmwasserbereitung besteht manchmal die Möglichkeit zur Wahl zwischen mehreren Energieträgern. Die Entscheidungen werden dabei für einen Zeitraum getroffen, für welchen die Preisentwicklung der betreffenden Energieträger nur angenommen werden können. Neben betriebswirtschaftlichen Überlegungen sind bei derartigen Investitionsentscheidungen Gesichtspunkte der Verfügbarkeit und des Umweltschutzes zu berücksichtigen.

4 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 4 von 43 Luftschadstoffe Ein wesentlicher Teil der Luftschadstoffe entsteht durch die Art unserer gegenwärtigen Nutzung fossiler und nuklearer Energieträger. Die österreichische Bundesregierung veröffentlicht periodisch Berichte über die Situation folgender Hauptkomponenten der Luftverschmutzung: SO 2 NO x CO C x H y Staub Radionukleide Oxidantien Schwefeldioxid Stickoxide Kohlenmonoxid Kohlenwasserstoffe sekundäre Luftschadstoffe Sekundäre Luftschadstoffe entstehen bei Einwirkung ionisierender Strahlung (z.b. bei ultraviolettem Licht oder durch Radioaktivität) auf Stickoxide oder Kohlenwasserstoffe. Wegen ihrer hohen Oxidationsbereitschaft zerstören Oxidantien besonders jene Pflanzenzellen, welche die lebenswichtige Photosynthese ermöglichen. Als Indikator und Leitsubstanz für diese sekundären Luftschadstoffe wird Ozon (O 3 ) herangezogen. In Gegensatz zu bodennahem Ozon gilt stratosphärisches Ozon nicht als Luftschadstoff, weil Ozon in der Stratosphäre zur Abminderung der lebensfeindlichen ultravioletten Sonnenstrahlung beiträgt. Antropogener Treibhauseffekt Bei der Oxidation fossiler Energieträger wird Luftsauerstoff (O 2 ) gebunden, und Wasserdampf (H 2 O) sowie Kohlendioxid (CO 2 ) an die Umgebung abgegeben. Kohlendioxid absorbiert in der Atmosphäre nur einen geringen Teil der vorwiegend kurzwelligen Sonneneinstrahlung, wirkt jedoch als Filter für die langwelligere Wärmerückstrahlung der Erdoberfläche in den Weltraum, und trägt nach Expertenmeinung zu einer langsam fortschreitenden unumkehrbaren Erwärmung der Erdatmosphäre bei. Abbildung 03.02: Treibhauseffekt [15] Sonnenlicht

5 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 5 von 43 Durch Abwendung von dem seit etwa 200 Jahren gepflegten Prinzip der Intensivnutzung fossiler Energieträger ließe sich dieses Problem entschärfen Wärmeversorgung Wärmeversorgungsanlagen ermöglichen in der kalten Jahreszeit die Beheizung von Aufenthaltsräumen und tragen dazu bei, Umgebungsbedingungen dem menschlichen Bedürfnis nach wärmephysiologischer Behaglichkeit anzugleichen. Die zunehmende Einsicht, dass die derzeit vorherrschenden Methoden der Energienutzung Umweltschäden herbeiführen - und nur für begrenzte Zeit beibehalten werden können - hat dazu beigetragen, dass dem sparsamen Umgang mit Energieträgern sowie sinnvoller Energienutzung große Bedeutung beigemessen wird. Ein erheblicher Teil des Energieträgerverbrauches wird derzeit in Ländern wie Deutschland, Österreich oder der Schweiz für Raumheizung aufgewendet. Der Entwicklungsstand im Bauwesen dieser Länder ist daher auch dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung des Energieträgerverbrauches zahlreiche, teils langfristig wirksame Maßnahmen zum Einsatz kommen, die sowohl den baulichen, als auch den gebäudetechnischen Bereich betreffen [15] [124] Verfeuerung von Biomasse Bei der Verfeuerung von Holz ( Biomasse ) ergibt sich keine langfristige Kohlendioxid- Anreicherung der Atmosphäre, weil das dabei freiwerdende Kohlendioxid zum Aufbau von Biomasse von Pflanzen aus der Atmosphäre innerhalb einer Vegetationsperiode wieder aufgenommen wird. Abbildung 03.03: CO 2 -Kreislauf bei Verfeuerung von Biomasse [15] Bei unkontrollierter Verbrennung von Biomasse kann es allerdings zur Freisetzung folgender Luftschadstoffe kommen: Stickoxide (NO x ) bei höheren Feuerraumtemperaturen über etwa +800 C. Kohlenwasserstoffe (C x H y ) und Kohlenoxid (CO) bei unvollständiger Verbrennung wegen zu geringen Feuerraumtemperaturen, zu kurzer Verweilzeit des Brenngases im Feuerraum oder bei zu geringer Verbrennungsluftmenge.

6 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 6 von 43 Schadstoffarme Verbrennung von Holz ist nur bei Feuerraumtemperaturen um ca C und bei automatisch geregelter Verbrennungsluftzufuhr erreichbar (Einsatz von Lambda- Sonden ). Bei offenen Kaminen lassen sich solch ideale Verhältnisse nicht verwirklichen. Es werden deshalb zunehmend Kaminöfen mit geschlossenem Verbrennungsraum und Sichtfenster auf die Feuerstelle angeboten. Abbildung 03.04: Offener Kamin Kaminofen [15] Moderne Holzkessel regeln die Verbrennungsluftmenge bedarfsabhängig mit drehzahlgeregelten Verbrennungsluftventilatoren (z.b. mit λ- Sonden, die den O 2 -Gehalt im Abgasstrom efassen) und ermöglichen eine ausreichende Verweilzeit der Verbrennungsgase bei optimaler Feuerraumtemperatur. Abbildung 03.05: Holzkessel mit geregelter Verbrennungsluftmente [15] Holz wird zunehmend als sekundärer Energieträger in Form von Holzpellets vertrieben. Diese bestehen aus genormten kleinen rieselfähigen Holzzylindern mit abgerundeten Kappen. Sie können in Silos transportiert, oder gelagert werden und ermöglicht die automatische Beschickung von Holzfeuerungsanlagen beliebiger Größe.

7 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 7 von 43 Bei automatischer Beschickung von Holzkesseln ist durch geeignete Vorkehrungen sicherzustellen, dass sich das Brennstofflager nicht über die Beschickungsvorrichtung entzünden kann. Abbildung 03.06: Pelletkessel mit Beschickungsvorrichtung Wenn während einer Heizperiode die Anlieferung von Brennmaterial vermieden werden soll, dann sind die Brenstoff- Lagerräume für einen Jahresbedarf auszulegen. Bei der Gestaltung von Lagerräumen für Hackgut ist die Situation der Einbringung in angemessener Weise zu beachten. Abbildung 03.07: Hackschnitzellagerung [15] Verfeuerung von Heizöl Mit dem flüssigen Energieträger Heizöl lässt sich Energie in besonders kompakter Form auf besonders einfache Weise handhaben (Heizwert ~12 kwh/kg). In Vergleich zu Holzfeuerungsanlagen ist der Platzbedarf für die Brennstofflagerung geringer. Es wird dabei jedoch der Einsatz von Sicherheitseinrichtungen erforderlich, um auch bei

8 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 8 von 43 möglichen Gebrechen an Heizölversorgungsanlagen jede Verunreinigungen von Erdreich zu vermeiden. Heizölversorgungsanlagen werden deshalb häufig in öldicht ausgeführten Auffangwannen angeordnet, die bei Heizölaustritt die einzulagernde Heizölmenge aufnehmen können. Darüber hinaus kommen Warneinrichtungen zum Einsatz, welche Heizölaustritt in Auffangwannen registrieren. Die Verfeuerung von Heizöl erfolgt zumeist in Heizölbrennern, welche bei Wärmebedarf gleichzeitig Heizöl und Verbrennungsluft ansaugen, einen Ölnebel erzeugen, und diesen elektrisch zünden. Die mit dem Heizölbrenner erzeugte Heizflamme entfaltet sich sodann in der Brennkammer eines Heizungskessels. Hohe Temperaturen der Brennkammer (um ~ 800 C), und ausreichende Verweilzeiten des Brennstoffes im Brennkammerbereich begünstigen eine schadstoffarme Verbrennung. Nach Abschluss des Oxidationsprozesses werden die Abgase über Umlenkungen ( Züge ) und heizwasserumflossene Kühlflächen geleitet, wobei diese einen Teil ihres Wärmeinhaltes an das Heizwasser abgeben. Das abgekühlte Abgas gelangt sodann über einen Abgasstutzen und einen Abgasfang ins Freie. Zur Vermeidung unerwünschter Wärmeabgabe von Heizkesseloberflächen an Heizräume werden Heizkessel mit wärmedämmenden Umhüllungen ausgerüstet. Abbildung 03.08: Heizkesselanlage [15] HEIZWASSERRÜCKLAUF HEIZWASSERVORLAUF ABGASFANG LUFT HEIZÖL ABGAS- STUTZEN REINIGUNGS- ÖFFNUNG Bei Abgastemperaturen über ~ +120 C bleiben die abgasberührten Heizflächen im Heizkessel trocken und dadurch vor abgasseitiger Korrosion weitgehend geschützt. Bei Abkühlung auf tiefere Abgastemperaturen kann im Abgas enthaltener Wasserdampf kondensieren, und Korrosionsschäden an Kesseln oder Versottungsschäden an gemauerten Abgasfängen herbeiführen. Brennwerttechnik : Bei ausreichend bemessenen Heizflächen von Heizkesseln sind Abgastemperaturen erreichbar, die nur um ~ 15 K über der Rücklauftemperatur des Heizsystems liegen. Bei tiefer Heizwassertemperatur am Kesselaustritt von beispielsweise + 45 C wäre demnach eine Abgastemperatur von + 60 C erreichbar.

9 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 9 von 43 Bei dieser tiefen Heizwassertemperatur kondensiert der Wasserdampfanteil des Abgases bereits weitgehend, wobei dessen Verdampfungswärme (~ 11 % des Wärmeinhaltes von Heizöl) frei wird und zusätzlich zur Heizwassererwärmung genutzt werden kann. Abbildung 03.09: Brennwertkessel mit Ölfeuerung [15] AUSFÜHRUNGSBEISPIEL FÜR EINEN BRENNWERTKESSEL : Heizölvorwärmung "Sturzbrenner" mit vertikaler Ölflamme, korrosionsbeständige Heizflächen Kondensat-: - Sammelbehälter - Reinigung - Neutralisation - Ableitung in Kanalisation Sauerer Regen entsteht dabei bereits im Heizungskessel und im Abgasfang und könnte dort eine unheilvolle Wirkung entfalten. Diesen Wirkungen kann man mit folgenden technischen Maßnahmen auf verhältnismäßig einfache Weise begegnen: Einsatz korrosionsbeständiger Heizflächen im Kessel Einsatz korrosionsbeständiger Materialien für den Abgasfang. Anordnung von Kondensatsammelgefäßen an Heizkessel und Abgasfang Verfeuerung von Heizgas Heizgas wird in Druckbehältern als Flüssiggas, und leitungsgebunden als Erdgas gehandelt. Flüssiggase Propan (C 3 H 8 ) oder Butan (C 4 H 10 ) sind bei Normaldruck (101,3 kpa= 1013 mbar) gasförmig, schwerer als Luft und chemisch neutral. Sie lassen sich bei geringem Druck verflüssigen und in Druckflaschen lagern. Bei der Entnahme aus Druckbehältern entweichen diese Flüssiggase gasförmig. Zur Vermeidung von Gasexplosionen bei Errichtung und Betrieb von Flüssiggasanlagen sind neben behördlichen Verordnungen [37] umfangreiche technische Richtlinien [38] einzuhalten. Erdgas Die Zusammensetzung der Erdgase ist je nach Fördergebiet sehr unterschiedlich. Vor der Verwendung des Erdgases ist eine Aufbereitung erforderlich, wobei unerwünschte Bestandteile wie Schwefelwasserstoff, Wasser und andere durch besondere Prozesse entfernt wer-

10 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 10 von 43 den. Die Fortleitung und Verteilung von Erdgas erfolgt über Rohrleitungsnetze, die von privaten und kommunalen Unternehmen betrieben werden. Für den Anschluss eines Bauobjektes an eine leitungsgebundene Gasversorgung sprechen folgende Umstände: Entfall von Brennstofflagerräumen Kostengünstiger Transport des Energieträgers Freizügigkeit in der Anordnung von Heizzentralen (z.b. im Dachbereich) Einfache Verrechnungsmöglichkeit, auch für kleine Verrechnungseinheiten Abbildung 03.10: Brennwert-Wandgerät mit Gasfeuerung [15] Warmwasserwärmetauscher BRENNWERT- WANDGERÄT Abgasventilator Strahlungsbrenner Edelstahl- Heizflächen Umwälzpumpe Regelanlage Ausdehnungsanlage Kondenswasserablauf Erdgasbefeuerte Heizkessel werden auch für kleine Wohneinheiten z.b. als Wandgeräte einschließlich Zubehör wie: Ausdehnungsanlage, Umwälzpumpe, und Temperaturregelung und Warmwasserbereitungsanlage angeboten. Es ist dabei auch der Einsatz von Brennwertgeräten möglich, wenn der Abgasfang den dafür geltenden Anforderungen entspricht. Wärme-Kraft-Kopplung mit Gasmotor Mit Erdgas lassen sich auch Gasmotore betreiben, die bei Betrieb "Kühlwasser" auf etwa +80 C erwärmen, das als Heizwasser für Gebäudeheizung genutzt werden kann. Der thermische Wirkungsgrad liegt dabei in der Größenordnung um etwa 60 %. Ein besonderer Vorteil dieser Heizmethode besteht darin, dass beispielsweise mit Gasmotoren Asynchron- Generatoren angetrieben werden können, die den im Heizbetrieb als Nebenprodukt anfallenden elektrischen Strom netzkonform in das Stromversorgungsnetz einspeisen können. Derzeit sind dabei elektrische Wirkungsgrade um 25 % erreichbar. Bei Einsatz von Brennstoffzellen zur Wärme-Kraft-Kopplung wird der Energieinhalt des Erdgases ohne mechanisch bewegte Bauteile in Wärme und Strom umgewandelt. Von Großkonzernen wird die Markteinführung derartiger Heizgeräte immer wieder angekündigt.

11 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 11 von 43 Abbildung 03.11: Wärme-Kraft-Kopplung mit Gasmotor (dezentral) [44] Beheizung mit Fernwärme Bei dieser Beheizungsform wird Heizwasser zentral in einem Heizwerk oder Kraftwerk erwärmt, über Fernwärme-Heizwasserleitungsnetz zu den Verbrauchern transportiert und an Übergabestationen über Wärmetauscher in Zentralheizungsnetze der Ferfnwärmeabnehmer eingespeist. Die bezogene Wärme wird mit geeichten Wärmemengenzählern gemessen. Ein in Nähe der Fernwärmeleitung (im Kellerbereich) angeordneter Umformerraum zur Aufnahme der Fernwärme-Übergabestation sollte Mitarbeitern des Fernwärmeversorgungsunternehmens über allgemein zugängliche Verkehrsflächen jederzeit zugänglich sein. Der Wartungsbedarf von Fernwärme-Übergabestationen ist in Vergleich zu anderen Wärmeversorgungsanlagen gering. Abbildung 03.12: Fernwärmeanschluss [15]

12 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 12 von Beheizung mit Strom Auch diese Form der Beheizung erfordert keine Brennstoffbevorratung. Für die Bereitstellung selten auftretender Leistungsspitzen werden von Stromversorungsunternehmen "EVU's" üblicherweise Grundpreise verrechnet, die jährlich unabhängig vom jeweiligen Strombezug zu entrichten sind. Bei Einschränkung der Stromabnahme auf sogenannte Schwachlastzeiten (z.b. zwischen 22 und 6 Uhr) gewähren manche Stromversorgungsunternehmen günstigere Stromtarife. Wenn man diese für Heizzwecke nutzen will, dann wird die Anordnung von Einrichtungen zur Speicherung von Heizwärme erforderlich, um Wärmeverbraucher auch außerhalb der Schwachlastzeiten mit Heizwärme versorgen zu können. Auf besonders einfache Weise lässt sich Heizwasser in Heizwasserbehältern speichern, die sich durch Einsatz elektrischer Heizpatronen zu elektrisch versorgten Heizwasserkesseln mit geringen Investitionskosten aufrüsten lassen. Eine weitere Methode zur Speicherung von Wärme besteht in der Anordnung fester Speichermassen in Heizgeräten. Diese werden während der Schwachlastzeiten elektrisch aufgeheizt, und können außerhalb der Schwachlastzeiten bedarfsabhängig Wärme wieder abgeben (z.b. durch temperaturgeregelten Ventilatorbetrieb). Abbildung 03.13: Elektrische Speicherheizung für Schwachlaststrom [15] Speicherheizgerät Außenmantel Wärmedämmung Luftkanal Speicherkern mit Beheizung Ventilator Durch Einsatz elektrisch betriebener Wärmepumpen besteht die Möglichkeit, Umgebungswärme (z.b. von Außenluft, Erdreich oder Wasser) auf ein höheres Temperaturniveau zu transformieren, so dass sich diese gemeinsam mit dem elektrischen Energieeinsatz z.b. bei Heizwassertemperaturen um + 45 C für Heizzwecke nutzen lässt. Bei Abkühlung von Erdreich mit Erdwärmekollektoren sind dabei Leistungsziffern um ε = 3 erreichbar, das bedeutet, dass beispielsweise mit dem Einsatz einer Kilowattstunde elektrischer Energie der Energieinhalt von Heizwasser um 3 Kilowattstunden erhöht werden kann.

13 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 13 von 43 Abbildung 03.14: Funktionsprinzip einer Wärmepumpe [15] Abbildung 03.15: Wärmepumpe mit Erdkollektor [15] Wegen der verhältnismäßig hohen Investitionskosten von Wärmepumpenanlagen werden diese zur Abdeckung von Lastspitzen auch mit anderen preisgünstigeren Wärmeversorgungsanlagen kombiniert, die einerseits höhere Betriebskosten erfordern, andererseits nur selten zur Spitzenlastabdeckung oder als Ausfallreserve zum Einsatz kommen sollen. Anstelle von Erdreich lässt sich bei Wärmepumpeneinsatz auch Außenluft oder fließendes Wasser abkühlen. Bei Wärmepumpen-Heizbetrieb mit Erdreich-Kollektoren sollten diese mit frostgeschütztem Wärmeträger (z.b. Wassser mit 15 % Äthylenglycol) betrieben werden, um Frostschäden zu vermeiden. Für den Wärmepumpen-Heizbetrieb mit Grund-, See- oder Flusswasser als Wärmequelle sind möglichst unbefristete wasserrechtliche Genehmigungen zu erwirken. Bei Wärmepumpen-Heizbetrieb mit Außenluftkollektoren als Wärmequelle sind geeignete Maßnahmen vorzusehen, um bei Vereisung des Außenluftkollektors (Verdampfers) Betriebsausfälle zu vermeiden. Bei tiefen Außenlufttemperaturen (unter 0 C) sind bei Wärmepumpenbetrieb mit Außenluft-Kollektoren höhere Leistungsziffern zu erwarten, als bei Betrieb mit Erdreich-Kollektoren (Frostfreiheit unter etwa 1 m Bodentiefe in Europa).

14 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 14 von Aktive Solarenergienutzung Durch Einsatz von Warmwasserkollektoren lässt sich Heizwasser auch im Winter auf nutzbare Heizwassertemperaturen bis um + 90 C erwärmen, solange die Sonne scheint. Damit kann man ein Wärmeversorgungssystem zeitweise entlasten. Die Wirkungsgrade η von Solarkollektoren liegen derzeit bei etwa 35 %, das bedeutet, dass bei maximaler Sonneneinstrahlung von ~ W/m² eine Leistung von ~350W/m² an ein Heizwassersystem abgegeben werden kann. Die auf eine horizontale Fläche jährlich eingestrahlte Sonnenenergie liegt beispielsweise am Standort Wien bei ungefähr ~ 1100 kwh/(m² a). Mit Sonnenkollektoren wäre an diesem Standort demnach eine jährliche Energieernte von 380 kwh/(m² a) möglich. Abbildung 03.16: Solaranlage zur Heizwassererwärmung [15] Sonnenkollektor frostfreier Gebäudebereich Niedertemperaturheizsystem konventionelle Zusatzheizung Solarspeicher Wärmetauscher Wärmeträger = Frostschutzmittel mit Heizwasser Wärmeträger = Heizwasser Um Frostschäden im Winter zu vermeiden wird dem Wärmeträger im Kollektorkreislauf ein Frostschutzmittel (z.b. Äthylenglycol) beigemischt. Der Wärmetauscher zur Übertragung von Solarwärme auf das Heizwassersystem ist in einem frostfrei zu haltenden Technikraum anzuordnen. Ein Speicherbehälter für Heizwasser ( Solarspeicher oder Pufferspeicher ) dient der Zwischenspeicherung von Heizwärme in Zeiten von solarem Überangebot. Bedauerlicherweise decken sich die Zeiten von hohem Solarenergieangebot weder im Tagesverlauf noch im Jahresverlauf mit den Zeiten hohen Heizwärmebedarfes. Durch Anordnung von Heizwasser- Pufferspeichern in Heizwassersystemen kann man auf technisch einfache Weise Wärme von Zeiten mit Überangebot an Solarwärme auf Zeiten mit Unterangebot an Solarwärme verlagern. Abbildung 03.17: Heizwärmebedarf und Solarwärmeangebot [15]

15 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 15 von Passive Sonnenenergienutzung Über Glasflächen gelangt Strahlungsenergie der Sonne in die Innenbereiche von Bauwerken. Glas ist für die Strahlungsenergie der Sonne im Wellenlängenbereich von 0,3 bis 3,0 µm mit einem Durchlassgrad g von ca. 85 % besonders durchlässig. In den Innenbereichen von Räumen wird die über Fenster durchgelassene Strahlungsenergie von Wänden, Böden und Möbeln absorbiert und in langwellige Wärmestrahlung mit Wellenlängen über 3,0 µm umgewandelt. Weil die Strahlungsdurchlässigkeit von Glas in diesem Wellenlängenbereich gering ist, kommt es bei Sonneneinstrahlung durch Fensterflächen zu einer Erwärmung speicherwirksamer Bauteilmassen von Innenbereichen ( Treibhauseffekt ). Abbildung 03.18: Nutzung Nutzung speicherwirksamer Bauteilmassen [15] Heizleistung in W/m² Tageszeit Sonnenstrahlung auf die Horizontalebene an einem klaren Tag [W/m²] Heizleistung in W/m² Nicht wärmespeichernde Bauwerke wärmespeichernde Bauwerke Übererwärmung Tageszeit Abbildung 03.19: Passivhauskonzepte [15] SOLARHAUS TROMBE-WAND GLASHAUS Durch Anordnung speicherwirksamer Massen in den Innenbereichen lässt sich die Raumerwärmung etwas dämpfen und die Nutzung eingestrahlter Sonnenenergie auf Zeiten ohne Sonneneinstrahlung verlagern Heizlastermittlung Mit Heizlast wird jener Wärmestrom Φ definiert, der einem zu beheizendem Raum (i) zuzuführen ist, um in diesem Raum eine vorgegebene Raumlufttemperatur einhalten zu können. Als Geltungsbereich und Vorgabe für die Durchführung einer Heizlastberechnung müssen folgende Einflussgrößen bekannt sein:

16 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 16 von 43 Tabelle 03.01: Einflussgrößen der Heizlastberechnung [15] Heizlast (Wärmebedarf) = Transmissionswärmebedarf + Lüftungswärmebedarf o Außentemperatur o geforderte Raumtemperatur o Flächen der Raumumschließung o Wärmedurchgang der Raumumschließung o Außentemperatur o geforderte Raumtemperatur o Lufterneuerung / Zeiteinheit (Ermittlung über personenbezogene Außenluftraten oder über geschätzte Raumluftwechselzahlen) Abbildung 03.20: Einflussgrößen der Heizlastberechnung [15] Beleuchtung Außenluft innere Wärmeabgabe Lüftung Transmission durch Wände und Fenster Fortluft Heizung Nach den Bestimmungen der ÖNORM EN [07] und H 7500 [39] sind für die Ermittlung einer Norm- Heizlast Φ HL zunächst folgende Soll- Bedingungen festzulegen: Bemessungstemperatur θ e, das ist die tiefste zu erwartende Außenlufttemperatur Raumtemperaturen θ int,i das sind einzuhaltende Mindesttemperaturen für Raumgruppen i gleicher Widmung Wärmedurchgangszahlen U K, das sind U- Werte für alle Arten von Raumumschließungsflächen Mindestluftvolumenstrom V min,i für natürliche oder mechanische Raumlüftung von Raumgruppen i gleicher Widmung Diese Heizlast entspricht der höchsten anzunehmenden Heizleistung (bei Bemessungstemperatur) und dient der Bemessung von Wärmeversorgungs- und Wärmeverteileinrichtungen für einen festgelegten Extremfall. Sie ergibt jedoch keinen Anhaltspunkt für den erforderlichen Jahreswärmebedarf eines Gebäudes oder den dafür genormten Heizenergiebedarf ("HEB"). Das genormte Rechenverfahren zur Ermittlung einer Norm- Heizlast gliedert sich in die Ermittlung von: Transmissionswärmeverlusten Lüftungswärmeverlusten und Aufheizleistungen

17 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 17 von 43 In ÖNORM EN [07] wird auch ein vereinfachtes Berechnungsverfahren angeführt, nach dem die Norm-Heizlast Φ HL einer Gebäudeeinheit oder eines Gebäudes nach folgenden Gleichungen ermittelt werden kann: Φ = ΦT i + ΦV, i + Φ HL RH, i i i i, (03.01) Φ HL Heizlast einer Gebäudeeinheit [W] ΣΦ T,i Summe der Transmissionswärmeverluste [W] ΣΦ V,i Summe der Lüftungswärmeverluste [W] ΣΦ RH,i Summe zusätzlicher Aufheizleistungen [W] ( θ ) ΦT, i = f K AK U K θ int, i e (03.02) k Φ T,i Transmissionswärmeverluste [W] f K Temperaturfaktor [ - ] A K Bauteilfläche [m 2 ] U K Wärmedurchgangskoeffizient [W/(m 2. K)] θ int Innentemperatur [ C] θ e Außentemperatur [ C] Der Temperaturkorrekturfaktor f K dient der Berücksichtigung unterschiedlicher Wärmeübergangszahlen bzw. der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur im vorliegenden Fall und der Norm-Außentemperatur für ein Bauelement (k). Φ ( θ ) V, i = 0, 34 Vmin, i int, i θe Φ V,i Lüftungswärmeverluste [W] V min,i Mindestluftvolumenstrom [m 3 /h] θ int Innentemperatur [ C] θ e Außentemperatur [ C] (03.03) V i = n min V i V min,i Mindestluftvolumenstrom [m 3 /h] min, (03.04) n min Mindestaußenluftwechsel [1/h] V i Raumvolumen [m 3 ] Das beheizte Raumvolumen V i wird dabei aufgrund der Innenabmessungen der Raumgruppe i ermittelt. In erster Näherung darf angenommen werden, dass dieses Volumen dem 0,8- fachen Wert des Volumens nach Außenmaßen entspricht [47].

18 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 18 von 43 Φ, = A f (03.05) RH i i RH Φ RH,i Aufheizleistung [W] A i Fläche [m 2 ] f RH Aufheizfaktor [ - ] Der Wiederaufheizfaktor f RH ist abhängig vom Gebäudetyp, der Baukonstruktion, der Aufheizzeit und dem Abfall der Innentemperatur während der Absenkphase. Φ Φ i = ( ΦT, i + ΦV, i ) Δθ i i f, Norm-Wärmeverlust eines beheizten Raumes (i) [W] Φ T,i Transmissionswärmeverluste [W] Φ V,i Lüftungswärmeverluste [W] f Δθ,i Temperatur-Reduktionsfaktor [ - ] (03.06) Der Temperatur-Reduktionsfaktor f Δθ,i berücksichtigt den zusätzlichen Wärmeverlust von Räumen mit höherem Temperaturniveau zu beheizten Räumen mit niedrigerem Temperaturniveau, z.b. Badezimmer mit +24 C. In den Normen zur Heizlastberechnung [07] [39] werden für diese Gleichungen folgende Rechenwerte ausgewiesen: Tabelle 03.02: Norm-Innentemperaturen θ int,i [39] Raumart Norm-Innentemperatur C Wohnhäuser: Wohn- und Schlafräume + 20 Küchen + 20 Bäder + 24 WC + 15 beheizte Nebenräume + 15 Stiegenhäuser + 10 Verwaltungsgebäude: Büroräume, Sitzungszimmer + 20 Ausstellungsräume + 15 geschlossene Schalterhallen + 18 WC, Stiegenhäuser, Nebenräume + 15 Hotels und Gaststätten: Hotelzimmer + 20 Bäder + 24 Hotelhalle, Hauptstiegenhäuser + 20 WC, Nebenräume + 15 Unterrichtsgebäude: Unterrichtsräume + 20 Pausenhallen, Mehrzweckräume + 15 Kindergärten + 22 Lehrküchen + 18 Werkräume + 12 Bade- und Duschräume + 24 Arzt- und Untersuchungszimmer + 22 Turn- und Gymnastikräume + 16 WC, Nebenräume, Stiegenhäuser + 15

19 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 19 von 43 Tabelle 03.03: Temperaturfaktor f Δθ [07] Norm-Innentemperatur von Räumen f Δθ normal 1,0 hoch 1,6 Tabelle 03.04: Mindestluftwechselzahlen n min [39] Raumart h -1 bewohnbarer Raum (Standardfall) 0,5 Küche mit Raumvolumen ,0 Küche mit Raumvolumen > 20 m 3 0,5 WC oder Badezimmer 1,5 Büroraum 1,0 Lagerräume mit Raumlichte 3 0,5 Lagerräume mit Raumlichte > 3 m 0,3 Werkstätten privat 0,5 Werkstätten gewerblich 2,0 Verkaufsraum ,0 Verkaufsraum > 30 m 2 1,0 Besprechungsraum 2,0 Tabelle 03.05: Wiederaufheizfaktor f RH für Wohnbauten, Nachtabsenkung max. 8 h [07] Wieder- f RH in W/m 2 aufheiz- Innentemperaturabfall während der zeit Nachtabsenkung 2 K 3 K 4 K in Gebäudemasse Stunden leicht mittel schwer Tabelle 03.06: Wiederaufheizfaktor f RH für Nicht-Wohnbauten, Nachtabsenkung max. 12 h [07] Wiederaufheizzeit in Stunden f RH in W/m 2 Innentemperaturabfall während der Nachtabsenkung 2 K 3 K 4 K Gebäudemasse schwe schwe schwe leicht mittel leicht mittel leicht mittel r r r

20 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 20 von 43 Tabelle 03.07: Temperatur-Korrekturfaktor f K [07] Wärmeverlust direkt nach außen an einen unbeheizten Raum an das Erdreich über das Dach Art der Wärmebrücken f K Art der Wärmeverluste Wärmebrücken gedämmt 1,00 nicht gedämmt 1,40 über die gedämmt 0,90 aufgeständerte für Fenster, Türen 1,00 Bodenplatte nicht gedämmt 1,26 gedämmt 0,80 an ein gedämmt 0,50 angrenzendes nicht gedämmt 1,12 Gebäude nicht gedämmt 0,70 gedämmt 0,30 an eine gedämmt 0,30 angrenzende nicht gedämmt 0,42 Gebäudeeinheit nicht gedämmt 0,42 gedämmt 0,90 nicht gedämmt 1,26 f K Zur Bemessung von Heizkörpern für eine Raumgruppe i muss die Heizlast der betreffenden Raumgruppe ermittelt werden. Zur Abschätzung der Spitzenleistung einer Wärmeversorgungsanlage ist die Heizlast der zu beheizenden Gebäudeeinheiten zu ermitteln (Summe aller zu beheizenden Raumgruppen). Anwendungsbereiche Mit den Bemessungsgrundlagen von Heizlastberechnungen werden auch die Anwendungsbereiche der nach diesen Grundlagen bemessenen und errichteten Heizungsanlagen festgelegt. Es ist empfehlenswert, diese Bemessungsgrundlagen nachweislich zu präzisieren, und diese sowohl in Auftragsgrundlagen, als auch in Anlagendokumentationen anzuführen. Bei Veränderung von Bemessungsgrundlagen wird die Ausarbeitung weiterer Heizlastberechnungen mit aktualisierten Bemessungsgrundlagen erforderlich. Beispiel einer Heizlastermittlung [15]: Die folgende Heizlastermittlung wird den Bestimmungen der ÖNORM EN [07] entsprechend nach dem vereinfachten Berechnungsverfahren durchgeführt: Baubeschreibung des Beispieles: Das Gebäude besteht aus zwei Wohneinheiten mit Erdgeschoss und ist unterkellert. Die Westwand des Wohnzimmers grenzt an das Nachbarhaus. Das Erdgeschoss liegt 0,5 m über dem Erdbodenniveau. Das Wohnzimmer liegt über einer aufgeständerten Bodenplatte. Das übrige Erdgeschoss liegt über dem Kellergeschoss. Im Kellergeschoss befinden sich ein Kellerraum, eine Garage und ein beheizter Hobbyraum. Das Haus verfügt über eine Innendämmung. Bemessungsgrundlagen: Zunächst ist es ratsam, alle zu beheizenden Räume oder gleichartig zu nutzenden Raumbereiche (i) auf unverwechselbare Weise mit Kurzbezeichnungen ( Raumnummern oder "Raumbereichsnummern") zu kennzeichnen, um bei einer Heizlastermittlung die Übersicht behalten zu können. Wenn noch keine Raumnummern bestehen ist es zweckmäßig,

21 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 21 von 43 Raumnummern stockwerksweise im Uhrzeigersinn zu vergeben ( stets zur rechten Tür fortschreiten ). Auf ähnlich unverwechselbare Weise wären auch die Bauteile (k) der Raumumschließungsflächen mit Kurzbezeichnungen ( Codes ) zu kennzeichnen, weil sie Grundlagen weiterer Rechenwerte bilden. Darüber hinaus sind folgende Bemessungsgrundlagen eindeutig auszuweisen: Norm- Außentemperatur (beispielsweise -10 C) Norm- Innentemperaturen der zu beheizenden Räume (i) Temperaturen unbeheizter Räume Korrekturfaktoren für höhere Raumtemperaturen der zu beheizenden Räume (i) Aufheizfaktoren für die zu beheizenden Räume (i) Mindestluftwechselraten für die zu beheizenden Räume (i) Wärmedurchgangszahlen der raumumschließenden Bauteile (k) Temperaturfaktoren fk der Bauteile (k) Beispiel 03.01: Plandarstellung zum Berechnungsbeispiel eines Wohngebäudes [15]

22 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 22 von 43 Außenmaße: Als Basis der Berechnung nach dem vereinfachten Verfahren sind Außenmaße anzusetzen. Der Bezugspunkt für die vertikalen Maße ist der Abstand zwischen den Geschossoberflächen (die Dicke des Kellerbodens wird vernachlässigt). Der Bezugspunkt für die Innenwände ist für die horizontalen Maße der Abstand der Wandmitten (d.h. bei Innenwänden wird die Hälfte der Wanddicke berücksichtigt). Beispiel 03.02: Aussenmaße [15] Für das beschriebene Beispiel sind die zur Heizlastermittlung erforderlichen Daten in folgender Tabelle zusammengefasst: Beispiel 03.03: Temperaturdaten Temperaturdaten Symbol Einheit Wert Norm-Außentemperatur θ e C -10 Norm-Innentemperatur θ int,i C 20 Differenz der Norm-Temperaturen θ int,i - θ e K 30 Beispiel 03.04: Temperaturdaten beheizter Räume Daten von beheizten Räumen (i) Fläche des Raumes Normtemperatur Raumvolumen θ int,i Nr. Raumbezeichnung C m² m³ KG01 Hobbyraum 20 13,0 29,0 EG01 Vorraum 20 7,9 19,6 EG02 Flur 20 5,3 13,3 EG03 Toilette 20 1,7 4,1 EG04 Badezimmer 24 4,6 11,5 EG05 Schlafzimmer ,5 26,3 EG06 Schlafzimmer ,2 25,6 EG07 Schlafzimmer ,9 27,3 EG08 Küche 20 9,5 23,8 EG09 Wohnzimmer 20 36,9 92,3 Gesamt 110,5 272,8 A i V i

23 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 23 von 43 Beispiel 03.05: Temperaturdaten unbeheizter Räume Raumbezeichnung Temperatur θ u C Nachbarhaus 12 Garage -4 Treppen 8 Kellerraum 5 Umbeheiztes Dachgeschoss -7 Erdgeschoss, (Bodenplatte) -4 Nachbarhaus, Erdgeschoss -4 Beispiel 03.06: Bauteileigenschaften Code Bauteil (k) Bezeichnung CW01 Außenwand 01, mit Wärmedämmung 0,290 0,433 CW02 Außenwand 02, mit Wärmedämmung 0,600 0,199 CW03 Außenwand 03, ohne Wärmedämmung 0,210 2,229 CW04 Außenwand 04, mit Wärmedämmung (Keller-Erde) 0,472 0,606 CW05 Außenwand 05, mit Wärmedämmung (Keller-Luft) 0,250 0,725 CW06 Innenwand 06, ohne Wärmedämmung 0,020 2,011 CW07 Innenwand 07, mit Wärmedämmung 0,140 0,742 CD01 Decke 01 über Erdgeschoß 0,090 0,469 CD02 Decke 02 über Keller 0,270 0,480 CB01 Boden 01 unter Keller, mit Wärmedämmung (Keller-Erde) 0,442 0,457 CT01 Außentür 01 0,060 1,754 CT02 Innentür 02 0,040 1,899 CF01 Außenfenster 01 2,100 d m U k W/(m² K) Mit diesen Bemessungsgrundlagen als Eingabedaten ergeben sich nach dem vereinfachten Berechnungsverfahren für den Hobbyraum KG01 im Kellergeschoss folgende Heizlastanteile: Beispiel 03.07: Transmissionswärmeverluste Code Bauteile (k) f k U k f k A k U k m² W/(m² K) W/K CW04 Außenwand Keller-Erde 0,42 10,57 0,606 2,69 CW05 Außenwand Keller-Luft 1,40 4,75 0,725 4,82 CW05 Außenwand Keller-Luft 1,40 2,93 0,725 2,97 CW07 Innenwand wärmegedämmt 1,12 8,39 0,742 6,97 CW07 Innenwand wärmegedämmt 1,12 9,48 0,742 7,88 CB01 Kellerboden 0,42 14,92 0,457 2,86 CT02 Innentür 1,12 1,40 1,899 2,98 CF01 Außenfenster 1,00 1,04 2,100 2,18 Gesamt- Transmissionswärmeverlustkoeffizient H T,i = Σ (f k A k U k ) 33,35 Gesamt- Transmissionswärmeverlust Φ T,i = H T,i (θ int,i - θ e ) W 1001 A k

24 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 24 von 43 Beispiel 03.08: Lüftungswärmeverluste Raumvolumen V i m³ 29,0 Mindest- Luftwechselrate n min h -1 0,5 Gesamt- Lüftungswärmeverlustkoeffizient H V,i = 0,34 V i n min m 3 /h 4,93 Gesamt- Lüftungswärmeverlust Φ V,i = H V,i (θ int,i - θ e ) W 148 Beispiel 03.09: Aufheizleistung Fußbodenfläche A i m² 13,0 Aufheizfaktor f RH W/m² 13,0 Gesamt- Aufheizleistung Φ RH,i = A i f RH W 169 Die Norm- Gesamtheizlast für das Gebäude wird durch Addition der Norm- Gesamtheizlasten aller beheizten Räume (i) des Gebäudes ermittelt. Beispiel 03.10: Heizlast-Zusammenstellung Räume (i) Norm- Gesamtheizlast Transmissionswärmeverlust Lüftungswärmeverlust Faktor für höhere Temperaturen Aufheizleistung Nr. Bezeichnung Φ T,i Φ V,i f Δθ Φ RH,i Φ HL,i W W W W KG01 Hobbyraum , EG01 Vorraum , EG02 Flur , EG03 Toilette , EG04 Badezimmer , EG05 Schlafzimmer , EG06 Schlafzimmer , EG07 Schlafzimmer , EG08 Küche , EG09 Wohnzimmer , Summe Gebäude Heizraumbemessung Heizkesselanlagen mit den dazugehörigen Komponenten wie Heizwasserverteiler, Heizwasserumwälzpumpen, Regelgeräten und Ausdehnungsanlage für das Heizwasser werden bei Nutzung fester und flüssiger Brennstoffe vorzugsweise in Nähe der Brennstofflagerräume in tiefliegenden Räumen untergebracht. Bei Einsatz gasförmiger Brennstoffe kann die Anordnung von Heizräumen im Dachgeschoss Vorteile bringen. Die Versorgung von Feuerungsanlagen mit Verbrennungsluft ist bei allen Witterungsbedingungen sicherzustellen und darf - z.b. bei Schneefall - nicht verlegt werden. Für Wartungs- und Reparaturarbeiten sollten Heizungskessel von allen Seiten zugänglich bleiben. Für Heizleistungen von mehr als etwa 200 kw empfiehlt sich eine Aufteilung der Heizleistung auf mehrere Heizkessel, um bei Ausfall eines der Kessel einen Notbetrieb zu ermöglichen und um

25 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 25 von 43 bei Teillast eine Betriebsweise mit wenigen Heizkesseln bei günstigerem Wirkungsgrad zu ermöglichen. Tabelle 03.08: Platzbedarf Richtwerte für Heizkesselräume [25] Wärmeleistung Grundflächen Raumhöhe Kesselraum Verteilerraum MW m² m² m bis 0,1 ~6 ~3 0,1 bis 0,4 ~25 ~10 ~3 0,4 bis 1,2 ~70 ~30 ~4 1,2 bis 4,0 ~120 ~70 ~5 Abbildung 03.21: Ausstattung Heizraum ( >200 kw ) [15] Tabelle 03.09: Platzbedarf Richtwerte für Fernwärme-Umformerstationen [25] Wärmeleistung Grundflächen ohne mit Warmwasseraufbereitunaufbereitung Warmwasser- Raumhöhe MW m² m² m bis 0,1 ~20 ~25 ~2,6 0,1 bis 0,4 ~25 ~40 ~2,6 0,4 bis 1,2 ~40 ~65 ~2,8 1,2 bis 3,5 ~45 ~70 ~2,8 Der Platzbedarf für Fernwärme- Umformerstationen ist grundsätzlich mit dem Wärmeversorgungsunternehmen abzuklären. Für Grobbemessungen in der Vorentwurfsphase können die vorstehenden Richtwerte eine Hilfe bieten:

26 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 26 von Abgasanlagen In den österreichischen Bauordnungen und Normen wird als Bezeichnung für den senkrechten Abschnitt einer Abgasanlage üblicherweise der Begriff Fang verwendet. Dieser ist in ÖNORM B 8200 [45] definiert. Im Sinne dieser Norm erfüllt ein Rauchfang oder Abgasfang bereits alle Anforderungen, während eine Abgasanlage gemäß ÖNORM EN 1443 [46] gegebenenfalls einer zusätzlichen Ummantelung und/oder Verkleidung bedarf. Für die Grobdimensionierung in Vorentwurfsphasen können Bemessungsdiagramme hilfreich sein, die von Schornsteinherstellern für die Auslegung ihrer Systeme angeboten werden. Abgasanlagen müssen so bemessen und ausgeführt werden, dass sie die Abgase wirksam und gefahrlos über Dach ins Freie ableiten können. Sie müssen standsicher, betriebsdicht und gegen Beanspruchungen durch Abgase und Verbrennungsprodukte widerstandsfähig sein, Wärmedehnungen dürfen sie nicht behindern, sie dürfen keine Brandgefahr darstellen und müssen gereinigt und überprüft werden können [15]. Bei Abgasanlagen, in welchen die Abgase betriebsbedingt unter deren Taupunkttemperaturen abgekühlt werden (z.b. Abgasanlagen für Brennwertfeuerstätten), ist darüber hinaus eine ordnungsgemäße und umweltgerechte Ableitung der Kondensate sicher zu stellen. Abbildung 03.22: Bauteile und Zubehörteile Abgasanlage nach ÖNORM EN 1443 [46]

27 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 27 von 43 Die Funktionsweise eines herkömmlichen Schornsteines bzw. Rauchfanges beruht auf dem Auftrieb der warmen und leichteren Luftsäule innerhalb des Schornsteines im Vergleich zur kühleren und schwereren Außenluft (archimedisches Prinzip). Durch diese Auftriebskraft entsteht primär die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase, die von der Temperaturdifferenz der Abgase zur Außenluft und der Höhe des Schornsteines, von den Strömungs- und Reibungswiderständen sowie der Abkühlung der Abgase innerhalb des Schornsteines und der Frischluftzufuhr zur Feuerungsanlage abhängt. Die Abgase kühlen auf ihrem Weg von der Feuerstätte über das Verbindungsstück und den Schornstein (bzw. Rauchfang) ab. Die Abkühlung der Abgase im Schornstein hängt im Wesentlichen von folgenden Kriterien ab: der Wärmedämmung des Schornsteines, der Schornsteinhöhe, der inneren Schornsteinoberfläche (Querschnitt) und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases. Um Durchnässungen bzw. Versottungen durch Kondensatausfall zu verhindern, ist bei herkömmlichen Schornstein- bzw. Fangsystemen (feuchtigkeitsempfindlichen Systemen) zu beachten, dass durch die Abkühlung der Abgase im Schornstein die Taupunkttemperatur des Abgases langfristig nicht unterschritten wird. Ist dies beispielsweise aufgrund der niedrigen Abgastemperatur der Feuerstätte nicht möglich, dann wird der Einsatz feuchtigkeitsunempfindlicher Systeme erforderlich Wärmeverteilung Bereits in der Antike wurden mit der uns von den Kretern und Römern überlieferten Hypokaustenheizung Böden und Außenwände mit sinnvoll angeordneten Rauchgasführungen erwärmt. Dabei wurden Raumumschließungsflächen auf thermisch behagliche Weise als Heizflächen genutzt. Abbildung 03.23: Hypokaustenheizung [132]

28 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 28 von 43 Derzeit übliche Heizungssysteme nutzen vorwiegend in Rohrleitungen transportiertes Heizwasser als Wärmeträger zur Wärmeverteilung von zentral anageordneten Wärmeerzeugern zu vielen dezentral angeordneten Wärmeverbrauchern [134]. Heizwasservorlauftemperaturen liegen normalerweise im Bereich zwischen + 50 C und + 90 C. Übliche Temperaturabstände zwischen Vorlauf und Rücklauf des Heizwassers liegen zwischen 10 und 30 K (mit K" (Kelvin) werden Temperaturdifferenzen gekennzeichnet). Im Interesse günstiger Regelungsverhältnisse kommt normalerweise ein Zweirohrsystem zur Ausführung, bei dem jeder Heizkörper mit Rohrleitungen für Vorlauf und Rücklauf an das Heizwasser-Rohrleitungssystem anzuschließen ist. Abbildung 03.24: Zweirohrsystem [15] Eine eher selten ausgeführte Sparvariante bildet das Einrohrsystem, bei dem jeder Heizkörper an nur ein Rohrleitungssystem angeschlossen ist. Der von einer gemeinsamen Heizwasserrohrleitung abgezweigte Teilstrom wird dabei nach Abkühlung im Heizkörper wieder in die gleiche Heizwasserrohrleitung zurückgeleitet. Heizwasserrohre bestehen in der Regel aus Stahl. Stahlrohre mit Nenndurchmesser bis etwa 1 Zoll ( DN 25) werden mitunter verschraubt, bei größeren Nenndurchmessern werden Schweißverbindungen bevorzugt. Es kommen auch Rohre aus Edelstahl, Kupfer oder Kunststoff mit anderen Verbindungsmethoden (z.b. Pressfittingsysteme) zum Einsatz. Abbildung 03.25: EinrohrsystemZweirohrsystem [15]

29 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 29 von 43 Bei Bemessung der Rohrweiten werden Reibungsgefälle zwischen 50 und 200 Pa/m sowie Wassergeschwindigkeiten zwischen 0,8 und 2,0 m/s angestrebt. Zur Vermeidung unerwünschter Wärmeabgabe über Rohroberflächen werden Heizwasserrohre mit wärmedämmenden Materialien ummantelt ( Rohrschalen ). Heizkörper Heizkörper bestehen häufig aus heizwasserdurchflossenen Bauteilen mit Rohrverschraubungen für die Heizwasseranschlüsse sowie mit Entlüftungs- und Entleerungsventilchen. Von den Heizflächen der Heizkörper wird Wärme sowohl durch Strahlung als auch durch Konvektion an die Umgebung übertragen. Die konvektive Wärmeabgabe von Heizkörpern lässt sich durch Vergrößerung der luftberührten Oberfläche (z.b. mit Lamellen) erhöhen. Heizkörper sollten nach Möglichkeit unterhalb von Fenstern angeordnet werden, um den an Fenstern zu erwartenden Kaltluftabfall kompensieren zu können. Vom menschlichen Körper wird in Richtung kalter Fensterflächen durch Wärmestrahlung mehr Wärme als in Richtung wärmerer raumumschließender Wandflächen abgegeben. Wegen der unterschiedlichen Wärmedurchgangszahlen ( U- Werte ) von Glasflächen und Außenwandflächen ist bei Heizbetrieb an Glasflächen mit tieferen Oberflächentemperaturen als an Außenwänden zu rechnen. Besonders im attraktiven Aufenthaltsbereichen in Fensternähe eines Raumes kommt es deshalb mitunter zu berechtigten Nutzerbeschwerden, weil der menschliche Körper durch Wärmeabstrahlung an die kälteren Fensterflächen mehr Wärme als in andere Richtungen abgibt und auf richtungsabhängig ungleiche Entwärmungsverhältnisse nicht angemessen reagieren kann. Durch Anordnung von Wärmestrahlung abgebenden Heizflächen unter oder neben diesen Glasflächen kann man dieser Problematik begegnen, weil diese Heizflächen mit erhöhter Oberflächentemperatur Wärme aus der Richtung abstrahlen in welcher der menschliche Körper Wärme an die kalten Glasflächen abstrahlt. Abbildung 03.26: Plattenheizkörper [15] Bauhöhe Bautiefen

30 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 30 von 43 Abbildung 03.27: Heizkörperanordnung im Raum [15] Abbildung 03.28: Heizkörper - Raumheizungswirkungen [132] Raumluftbewegungen verursachen Staubaufwirbelungen, die speziell in Ausstellungsräumen Probleme bereiten können. Heizungsbedingte Staubaufwirbelungen lassen sich verringern, wenn in ähnlicher Weise wie bei der Hypokaustenheizung Wände (oder Vorsatzwände) als Strahlungswärme abgebende Heizflächen genutzt werden. Konvektoren Bei Konvektoren sind Heizflächen lamellenartig auf engem Raum komprimiert, an welchen sich auftriebsbedingt vorbeiströmende Luft (durch Konvektion ) erwärmt. Abbildung 03.29: Anordnungsmöglichkeiten von Heizkonvektoren [15] Außenwand Strahlungswärmeabgabe über Wandheizung Innenwand Geringe Strahlungswärmeabgabe bei derartigen Konvektoranordnungen Konvedktoranordnung für Wandheizung (Hypokaustenheizung)

31 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 31 von 43 Wegen ihrer Bauweise ist die Strahlungswärmeabgabe von Konvektoren unbedeutend. Ihre Leistungsfähigkeit wird erheblich von der Geschwindigkeit der an den Heizflächen vorbeiströmenden Luft beeinflusst (siehe Gleichungen und 01.10). Durch Anordnung warmluftführender Schächte oberhalb von Konvektoren ergeben sich Auftriebswirkungen der erwärmter Raumluft, die zur Erhöhung der Luftgeschwindigkeit beitragen und damit Steigerungen der Konvektorheizleistung ermöglichen. In Vergleich zu Heizkörpern bewirken Konvektoren intensivere Raumluftbewegungen und erfordern zur Erreichung "operativer Temperatur" (thermische Behaglichkeit gemäß Kapitel 01.08) höhere Raumlufttemperaturen. Abbildung 03.30: Anordnungsmöglichkeiten von Bodenkonvektoren [15] Geringe Strahlungswärmeabgabe bei derartigen Konvektoranordnungen Konvektorheizflächen sind verschmutzungsempfindlich und lassen sich nur schlecht reinigen. Bei Einsatz von Konvektoren ist deshalb auf deren Reinigungsmöglichkeiten besonders zu achten. Abbildung 03.31: Bodenkonvektoranordnung mit Rollrostabdeckung [15] Sockelheizleisten Als Sockelkonvektoren werden Konvektoren mit geringer Bauhöhe bezeichnet, die man an Wänden vorzugsweise in Bodennähe anordnet.

32 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 32 von 43 Abbildung 03.32: Sockelheizleisten - Raumheizungswirkungen [132] Ventilatorkonvektoren Mit Ventilatorkonvektor oder fan-coil werden kompakte Geräte bezeichnet, die zur raschen Erwärmung oder Kühlung von Raumluft einsetzbar sind. Sie bestehen aus lammelenartig ausgebildeten Flächen, über welche durch Ventilatoren Raumluft gefürdert wird. Sie werden optionell auch mit ansprechender Geräteverkleidung, Luftdurchlässen, Umluftfilter, wasserseitigen Anschlussgarnituren und bedarfsabhängiger Regelung angeboten. Weil sie keine äußeren Heizflächen zur Strahlungswärmeübertragung aufweisen kommen sie vorzugsweise dort zum Einsatz, wo innerhalb kurzer Zeit Raumluft erwärmt oder gekühlt werden soll. Abbildung 03.33: Ventilatorkonvektoren [15] 2-Leiter-System (nur heizen oder nur kühlen) 4-Leiter-System (heizen oder kühlen) Durch Erhöhung der Luftgeschwindigkeit entlang von Heizflächen lässt sich die heizflächenbezogene Heizleistung steigern, wobei bereits bei geringen Heizwasser- Vorlauftemperaturen (z.b. um + 40 C) angemessene Heizleistungen erbracht werden können (siehe Gleichungen und 01.10). Für die Wärmeabgabe von Ventilatorkonvektoren ist der Betrieb der dazugehörigen Ventilatoren erforderlich, womit auch eine Geräuschentwicklung verbunden ist. Durch großzügige Heizflächenbemessung lässt sich diese Geräuschentwicklung abrmindern, wenn die erforderlichen Heizleistungen auch mit geringen Umluftvolumenströmen (und deshalb auch mit

33 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 33 von 43 geringerer Ventilatordrehzahl und damit verbundener Geräuschentwicklung) erbracht werden kann. Luftheizgeräte (Lufterhitzer) Luftheizgeräte kommen in Gegensatz zu Ventilatorkonvektoren in unterschiedlichen Bauarten und Ausführungen in Großräumen (Hallen) zum Einsatz. Sie bestehen aus einem Gehäuse zur Aufnahme aller Gerätekomponenten, einem Wärmetauscher mit Heizwasseranschlüssen, einem Umluftventilator (mit Drehzahlsteuerung) und Luftdurchlässen für angesaugte Raumluft und für erwärmte Zuluft. Ihr Vorteil besteht in verhältnismäßig geringen, auf die Heizleistung bezogenen, Investitionskosten. Als Nachteil können sich zu hohe Luftgeschwindigkeiten im Aufenthaltsbereich ergeben, wenn die Anwendungsgrenzen bei der Gerätekonzeption nicht angemessen beachtet werden. Abbildung 03.34: Decken-Luftheizgerät für niedrige Großräume Abbildung 03.35: Decken-Luftheizgerät mit Sekundärluft-Jalousie Abbildung 03.36: Wand-Luftheizgeräte

34 TGA1-03- GEBÄUDETECHNIK Seite 34 von 43 Fußbodenheizung Bei Fußbodenheizungen [135] sind heizwasserführende Rohre unter dem Fußboden in regelmäßigen Abständen (zwischen 10 und 30 cm) angeordnet. Der Fußboden soll dabei als Heizfläche dienen und Wärme durch Strahlung und Konvektion an den Raum abgeben. Unerwünschte Wärmeabgaben an daruterliegende Räume ist durch geeignete Wärmedämmung vermeidbar. Um Fußbeschwerden wegen unzureichender Entwärmung der Fußsohlen zu vermeiden darf die Temperatur der Fußbodenoberfläche +29 C nicht überschreiten. Dadurch ergibt sich eine Begrenzung der spezifischen Heizleistung um etwa ~ 80 W/m². Bei Anordnung von Teppichen und Möbeln auf Fußböden wird deren Wirkung als Heizfläche erheblich beeinträchtigt. Fußbodenheizungen können nicht rasch auf Heizlastveränderungen reagieren, weil sie die Wärmeabgabe über wärmespeichernde Bauteilmassen nicht so rasch beeinflussen lässt wie bei8spielsweise bei Heizkörpern. Strahlplattenheizung Strahlplattenheizungen kommen vorzugsweise in Fabrikhallen zum Einsatz. Sie bestehen aus heizwasserdurchflossenen Heizkörpern und werden entweder als langgestreckte Bänder (Bandstrahler) oder in einzelnen Stücken im Deckenbereich frei hängend angeordnet. Raumbereiche, die von diesen Strahlplatten nicht angestrahlt werden, bleiben kalt, wie beispielsweise Bereiche unterhalb von Flugzflügeln in einem Hangar Prinzipschaltbilder Die Heizwasserversorgung von Heizkörpern, Luftheizgeräten oder Brauchwassererwärmern wird zum Verständnis der Zusammenhänge in Prinzipschaltbildern bzw. hydraulischen Schemata dargestellt. Diese erleichtern das Verständnis für Anordnung und Funktion von Rohrleitungsführungen ( Rohrtrassen ). Versehen mit den wesentlichen technischen Anlagedaten sollten derartige Prinzipschaltbilder bereits als Auftragsgrundlage für Heizungsinstallationen vorliegen, und in der Bestandsdokumentation von Heizungsanlagen auf aktuellem Stand gehalten werden. Die eindeutige Zuordnung der in Schemazeichnungen angeführten Anlagen, Geräte und Bauteile zu ihrer örtlichen Lage in Grundrissplänen hat über ein geeignetes Anlagenbezeichnungssystem zu erfolgen. In Verbindung mit Zusammenstellungen der technischen Daten von Anlagen, Geräten, Bauteilen und Rohrleitungen bilden Schemazeichnungen wesentliche Auftragsgrundlagen und wertvolle Hilfsmittel zur Betriebsführung sowie zur Dokumentation des Anlagenbestandes. Die in hydraulischen Schemazeichnungen dargestellten Sinnbilder sind weitgehend genormt.