Es war einmal das Lagerfeuer…
In der Chronik der Heizungstechnik tauchen viele Veränderungen, Entwicklungen und Geschichten auf, die den Fachmann aus heutiger Sicht amüsieren. Dennoch: Ein kurzer Blick zurück bringt einen häufig weiter. Der folgende Beitrag unternimmt deshalb einen unterhaltsamen Streifzug durch die Heizungstechnik der letzten 70 Jahre.
Waren früher Wohngebäude, neben öffentlichen Bauten, wie Schulen, Krankenhäuser und Industriebetriebe, mit einer Warmwasser-Heizungsanlage oder Niederdruckdampfheizung ausgerüstet, so musste man diese Anlagen bzw. Heizkessel mit Festbrennstoffen betreiben. Je nach Betriebsweise glich das wohl auch etwa einem Lagerfeuer, wenn bei größeren Anlagen ein Heizer von Nöten war.
Viele Anlagenbetreiber, besonders in Wohngebäuden, bedienten ihren Heizkessel jedoch mit großer Sorgfalt und waren zum Teil nicht bereit, einen Monteur an ihrem Kessel etwas einstellen zu lassen. So konnte es sein, dass der Hausherr einen besonders zugeschnitzten Holzspan am Luftklappenspalt anbrachte und dadurch erreichte, dass das Feuer am nächsten Morgen noch brannte. Der Leser mag mir also den Scherz verzeihen, wegen der Bemerkung: "Heute kennt der Betreiber seinen Heizkessel nicht mehr und wenn die Bude kalt ist, sucht er den Heizkessel erst einmal zwecks Fehlererkennung."
Die Zeit der Heizungsanlagen mit Koksfeuerung (Kohle war in Wohnhäusern nicht zu finden) endete erst in den Jahren um 1955 mit den ersten Ölgebläsebrennern, die vorzugsweise aus der Schweiz kamen. Damit war die vollautomatische Zentralheizung auf dem Vormarsch.
Um den Wärmebedarf eines Gebäudes zu ermitteln, stand die DIN 4701 (1944) zur Verfügung, die bei richtiger Anwendung dafür garantierte, dass im Wohnzimmer die geforderten 20 °C Raumtemperatur erreicht wurden. Welche Reserven in der DIN 4701 steckten, wurde von den Fachleuten nicht erkannt, und es wurden Zuschläge eingerechnet, über die wir Fachplaner heute froh sind.
Nach der DIN 4701, Ausgabe 1944, erschien im Jahr 1959 ein weiteres Werk mit nicht weniger Zuschlägen. Eine völlig neue Wärmebedarfsberechnung begann mit der Ankündigung der DIN 4701 mit dem Ausgabedatum März 1983. Die neue Berechnung ergab gegenüber der Ausgabe 1959 rund 25 Prozent geringere QT + QL, basierend auf der Erkenntnis, dass der Wind nicht immer aus allen Richtungen gleichzeitig bläst. Dieser Geistesblitz eines Professors aus Berlin war für die Branche sehr überraschend, denn wer hatte sich darüber je Gedanken gemacht!
Der ZVSHK sah sich daraufhin veranlasst, einen Kommentar zur neuen DIN 4701 zu schreiben, welcher auf der letzten Seite vermerkte: "[…] Ausgabe 1983 enthält keine Reserven mehr; eine genaue Berechnung des Wärmebedarfs ist in jedem Fall erforderlich […]."
Auch wenn wir mit dem Einzug der EDV und der neuen DIN 4701 den vertrauten "Darmstädter Rechenstab" in die Schublade legten, hatten wir Fachingenieure entgegen des Kommentars des ZVSHK schon immer den Wärmebedarf sehr genau berechnet.
Mit dem ersten PC, den die Handwerkskammer Frankfurt für ihr Berufsbildungszentrum anschaffte, wurden 1983 von mir, als Obmann des VDI-Arbeitskreises TGA (VDI Bezirksverein Frankfurt-Darmstadt), Schulungen für die neue DIN durchgeführt. Teilnehmer waren überwiegend Planungsingenieure, die VDI-Mitglieder waren. Vereinzelt haben auch Heizungsbauer aus dem Großraum Frankfurt/M. teilgenommen.
Während die theoretische Heizungstechnik mit all ihren Normen, Vorschriften, Gesetzen und neuen Erkenntnissen aus Lehre und Forschung die Branche auf Trab hielt, spielte sich im Anlagenbau und der Gerätetechnik eine ebenso rasante Entwicklung ab: Vom Koksheizkessel über den Spezialheizkessel für Ölfeuerung oder Gas-Gebläsefeuerung, nahm der Gas-Spezialheizkessel mit Brenner ohne Gebläse (auch mit der total falschen Bezeichnung "Atmosphärischer Gaskessel") einen wichtigen Platz ein.
Mit der Gasfeuerung für Heizzwecke stellte sich plötzlich das Problem ein, dass der Zentralheizungs- und Lüftungsbauer, den es ja erst seit 1950 gab, nicht "ans Gas" durfte. Die Gasleitung zum Heizkessel musste vom Gas-Wasser-Installateur hergestellt werden. In den Jahren 1960 bis 1980 traten die Kesselhersteller mit immer neuen Ausführungen auf den Markt. Ziel war die Erhöhung der Wärmeleistung mit dem Nebeneffekt, dass die Verbrauchswerte erheblich gesteigert wurden und der Materialeinsatz verringert werden konnte. Von der Naturzugfeuerung führte die Entwicklung zur Überdruckfeuerung, das brachte eine andere Betrachtung der Abgasführung.
Mit der Überdruckfeuerung gelang es bei Dachheizzentralen, nur noch einen Auspuff mit einer entsprechenden Mindesthöhe zu installieren. Im Stahlkesselbereich war auch die Überdruckfeuerung mit Umkehrflamme zu finden. Bislang wurde der Schornstein (Kamin in Bayern) vom Architekt bestimmt, wenn er vorher mit dem Heizungsbauer gesprochen hatte und der aus einer Herstellertabelle die Größe ablas.
Mit dem verstärkten Einsatz von Flächenheizungen und Niedertemperatur-Heizflächen konnte einerseits der Energieverbrauch gesenkt werden; aber andererseits musste die Anlagentechnik angepasst werden. Hydraulisch ergaben sich neue Anforderungen an die Regeltechnik bei der Einbindung mit mehreren Heizkreisen und niedrigen Heizkreistemperaturen.
Die Rücklauftemperaturanhebung und die hydraulische Entkopplung verlangte von vielen Fachleuten eine genaue Berechnung. Die modernen Heizkessel, ob aus Stahl oder Gusseisen, verlangten einen konstanten Volumenstrom ohne große Temperaturdifferenz. Auch die Wasserbeschaffenheit, die bereits mit früheren Ausgaben der VDI 2035 geregelt war, musste beachtet werden. Oft kam es bei Hochleistungskesseln zu Steinbildung und der Ersteller musste die Kosten tragen, wenn die Ablagerung von Erdalkalien nachgewiesen wurde.
Je nach Art des Heizkessels war geboten, die Rücklauftemperatur nicht unter 50 °C absinken zu lassen. Also war gezwungenermaßen eine konstant hohe Kesseltemperatur verlangt. Ein höherer Verbrauch von Heizöl und Gas war die Folge; aber bei einem Ölpreis von etwa 0,1 bis 0,2 DM/l spielte das keine Rolle. So betrieb man auch Warmwasserbereiter mit Doppelmantelspeicher, die keine Temperaturbegrenzung zuließen.
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Heute verstehen wir unter moderner Heiztechnik, dass wir die Wärmeerzeugung weitgehend an den Bedarf anpassen. Diesen Wunsch erfüllte fast die alte Koksanlage mit einer gleitenden Wärmeerzeugung durch die Verbrennungsluftzufuhr. In diesem Zusammenhang soll auch die Wärmepumpe erwähnt werden, die im unteren Temperaturbereich eine modulierbare Leistung bietet.
Dem Wunsch, eine Wärmeerzeugung dem Bedarf anzupassen, stellte sich immer die Tatsache entgegen, dass man mit fossilen Brennstoffen arbeitete und die Kesselwerkstoffe, sei es Stahl oder Gusseisen, vor Kondensat geschützt werden mussten. Der Abgasweg stellte weitere Ansprüche an die Abgastemperatur. Mit Nebenluftvorrichtungen konnte teilweise erreicht werden, dass der Schornstein trocken blieb.
Für neue Gas- und Ölheizkessel, die bei einer Erneuerung erheblich kleiner ausgelegt werden konnten und niedrigere Abgastemperaturen aufwiesen, musste je eine Querschnittsanpassung des Schornsteins durchgeführt werden. Obwohl mit den zur Verfügung stehenden Rechenprogrammen eine Berechnung durch den Heizungsbauer möglich und auch die Lieferung problemlos war, ging so mancher Auftrag am Heizungsbauer vorbei.
In den Jahren 1975 bis heute sind gravierende Anforderungen an die Heizungstechnik gestellt worden, wie Heizungsanlagen-Verordnung (HeizAnlV), Energieeinsparverordnung (EnEV) und Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG). Unterdessen löste die DIN EN 12831 (August 2003) die DIN 4701 (3, 1983) ab. Der "gute, alte" K-Wert wurde durch U ersetzt, Q verschwand und die Wärmemenge wurde nun mit Φ bezeichnet.
Ende des letzten Jahrhunderts war es dann endlich soweit: Die Brennwerttechnik machte von sich reden. Für viele in der Branche war das etwas völlig Neues und die Gasversorger in Verbindung mit den Innungen brachten mit Informationsveranstaltungen und Literatur den Wissensstand auf ein adäquates Niveau. Bei näherer Betrachtung war die Brennwerttechnik aber nichts Neues, wenn man an den Kokskessel denkt. Beim Anheizen des alten Kokskessels lief unter dem Kessel nämlich eine kleine Menge Wasser auf das Podest und der Monteur erklärte dann dem Bauherrn: "Der Kessel schwitzt; aber das geht vorbei, wenn der Kessel warm ist." Das war der Brennwerteffekt, ohne dass der Monteur wusste, was da eigentlich passiert war.
Bereits in den Jahren um 1965 bis 1970 hatte die Firma Rohleder einen gasbefeuerten Stahlheizkessel zur Schwimmbad-Wassererwärmung auf den Markt gebracht. Das Schwimmbadwasser rieselte hier über Schirmplatten durch den Brennraum und der bei der Verbrennung entstehende Wasserdampf nahm an der Wärmeerzeugung zu 100 Prozent teil. Anfang 1980 konnte bereits ein Gussheizkessel bei gleitender Betriebsweise bis unter den Taupunkt der Heizgase betrieben werden. Die Verbreitung lief jedoch nicht so recht, weil die Abgasführung noch nicht geregelt war.
Zur rechten Zeit hatte die Brennwerttechnik den Heizungsmarkt erreicht, wurden durch die Verordnungen, neuen Baustoffe und dichten Bauten doch erhebliche Reduzierungen der Heizlast erzielt. Als Ersatz für einen alten Heizkessel mit überdimensionierten Heizflächen war der Brennwertkessel die einzig richtige Lösung!
Die Werbung für die Brennwerttechnik versprach damals, dass aus dem Abgas der Kessel hohe Energiemengen gewonnen würden. Schnell hatte sich die Irrlehre verbreitet und heute noch kann man den Begriff "Abgas" im Zusammenhang der Brennwerttechnik hören und lesen.
Es gilt nun, den Zusammenhang näher zu erläutern: Im Verlauf der Wärmeerzeugung in einem Heizkessel, egal ob mit Festbrennstoff, Ölfeuerung, Gasfeuerung, Naturzug- oder Überdruckfeuerung, entsteht aus der Verbrennungsluft und Brennstoff Heizgas und zwar solange, bis der Gasstrom den letzten Millimeter der Kesselheizfläche (Wärmeübertragungsstrecke) verlassen hat. Danach wird aus dem Heizgas-Massenstrom ein Abgas-Massenstrom. Wie schon das Wort Abgas sagt, kann daraus keine Wärme mehr an die Heizfläche übertragen werden.
Bedingt durch eine ausgeklügelte Konstruktion der heutigen Brennwertgeräte liegt der Feuerungswirkungsgrad auch bei höheren Betriebstemperaturen, das heißt, über der Taupunktgrenze von rund 56 °C (Luftzahl 1) bei Naturgasfeuerung, einige Prozentpunkte über den Werten herkömmlicher Feuerungen. Das bedeutet, dass es sinnvoll ist, auch bei Austausch von Wärmeerzeugern einen Brennwertkessel zu wählen, auch wenn die vorhandenen Raumheizflächen eine Absenkung der Heizmitteltemperatur nicht zulassen.
Bei einer Heizflächentemperatur von < 57 °C und einem Luftüberschuss von 1,10, das heißt, zehn Prozent Luftüberschuss, beträgt die Taupunkttemperatur des Heizgases 56 °C. Um eine nahezu vollkommene Kondensation der Heizgase zu erreichen, reicht es nicht aus, nur auf die Rücklauftemperatur zu achten, sondern auf die Temperatur der gesamten Kesselheizfläche. Um den Brennwert zu nutzen, muss die Vorlauftemperatur unbedingt unter 55 °C gehalten werden. Will man also die Wirkungsweise des Brennwertkessels beurteilen, misst man das anfallende Kondensat und stellt diese Menge dem theoretischen Wert gegenüber. Natürlich muss man dann wissen, welche Kondensatmengen theoretisch anfallen können.
Es bleibt also festzuhalten: Bis die Brennstoffzelle in den Heizraum oder Aufstellraum einzieht, gilt es, die Brennwerttechnik mit all ihren Vorzügen einzusetzen. Aktuell kann man dem Verbraucher nichts Besseres anbieten als die Brennwerttechnik!
Donnerstag, 07.12.2017