Wie funktioniert eine Heizung?

Wie funktioniert eine Heizung ? Schritt 1: Die Wärmeerzeugung

Der Zweck einer Heizung ist natürlich jedem klar: Sie soll das Haus erwärmen. Aber wie funktioniert eine Heizung genau? Im ersten Schritt muss eine Heizung Wärme erzeugen, bevor diese in die Zimmer gelangt. Das kann entweder am Ort des Bedarfs passieren, also in den einzelnen Zimmern, oder an einem zentralen Ort wie beispielsweise dem Heizkeller. Für letztere Methode ist der Begriff „Zentralheizung“ bekannt.

Die Wärmeerzeugung sollte möglichst viele der folgenden Kriterien erfüllen:

• Sparsamkeit
• Regulierbarer Wärmebedarf
• Schadstoffarmer Betrieb
• Hohe Geschwindigkeit
• Sicherheit

Variante A: Wärmeerzeugung durch Verbrennung

Früher wurde die Wärmeerzeugung ausschließlich durch die Verbrennung von sogenannten fossilen Brennstoffen bewältigt: An einer zentralen, günstig gelegenen Stelle im Haus stand ein Ofen, der beim Befeuern das Haus erwärmt hat. Der Nachteil: Die Temperatur ließ sich dabei nur sehr bedingt steuern und besonders in Übergangszeiten entstand eher zu viel Hitze als zu wenig. Außerdem war der Anteil der genutzten Energie niedrig und es entstanden viele giftige und umweltschädliche Stoffe. Aus diesem Grund werden derartige Öfen heute maximal unterstützend eingesetzt.

Dennoch ist die Verbrennung auch heute noch eine relevante Methode der Wärmeerzeugung. Dabei ist der Wirkungsgrad heutiger Heizungen allerdings um ein Vielfaches höher. Zudem lässt sich durch Warmwasserspeicher die im Haus verteilte Wärme besser regulieren.

Aktuell sind bei der Verbrennung überwiegend fossile Energieträger (vor allem Gas und Öl) im Einsatz. Doch deren Anteil sinkt zugunsten von Holz und erneuerbaren Energiequellen immer weiter. Übrigens: Ein großer Nachteil vieler Verbrennungs-Heizsysteme ist, dass Sie Platz benötigen, um die Brennstoffe zu lagern. Lediglich bei Erdgas ist ein Direktanschluss über eine Leitung des Versorgers möglich.

Variante B: Heizen mit Wärmepumpe

In den letzten Jahrzehnten fand die Wärmepumpe ihren Weg auf den Markt der Heizsysteme. Wie funktioniert die Technologie? Ganz einfach: Eine Wärmepumpe entzieht einem Medium (Luft, Wasser, Erde) Wärmeenergie und gibt diese an anderer Stelle ab. In der Praxis wird meist die Wärme aus der Luft genutzt.

Der Vorteil von Wärmepumpen ist ein schadstoffarmer und effizienter Betrieb. Nachteilig ist, dass der Verbrauch der Pumpe ansteigt, wenn eine hohe Temperatur erzeugt wird.

Variante C: Wärmeerzeugung mit Solarthermie

Wenn die Sonne wärmt: Eines der älteren Heizsysteme im Bereich erneuerbarer Energien ist die sogenannte Solarthermie. Dabei nehmen Sonnenkollektoren die Energie der Sonneneinstrahlung auf. Die Wärmeenergie wird dann über Leitungen in das Innere Ihres Hauses gebracht und zur Erhitzung von Wasser genutzt.

Die Vorteile der Solarthermie sind der recht günstige Einbau und ein schadstoffarmer Betrieb. Der Nachteil liegt allerdings auf der Hand: Sie sind von der Sonnenstrahlung abhängig. Sie wollen mehr wissen? In unserem Artikel „Solarthermie“ erklären wir Ihnen alles Wichtige.

Eine Photovoltaikanlage wird übrigens gerne mit Solarthermie verwechselt – allerdings nutzt diese einen ganz anderen physikalischen Effekt. Die Anlage selbst erzeugt nämlich keine Wärme. Durch den photovoltaischen Effekt wandelt dieses System die eingestrahlte Sonnenenergie stattdessen in Strom um. Den Strom können Sie dann wiederum für den Betrieb elektrischer Heizsysteme nutzen. Mehr dazu können Sie in unserem Artikel „Definition Photovoltaik” lesen.

Der klare Vorteil: Die Erzeugung der Energie findet direkt am Haus statt. Das spart Transportwege und macht Photovoltaik ökologisch sehr wertvoll. Der Nachteil ist jedoch der gleiche wie bei der Solarthermie: Keine Sonne bedeutet keine Energie.

Variante D: Die Brennstoffzelle

Eine dritte umweltfreundliche Möglichkeit ist die Brennstoffzelle. Sie wurde aufgrund des geringen Platzbedarfs ursprünglich in der Raumfahrt eingesetzt. Die Brennstoffzelle funktioniert mit einer galvanischen Zelle, also mit einem Bauteil zur Umwandlung chemischer Energie in Strom. Die meisten Brennstoffzellen nutzen Wasserstoff und Sauerstoff, wobei zum Beispiel auch Methanol, Butan oder Erdgas geeignet sind.

In Deutschland werden diese Wasserstoff-Heizungen bisher sehr selten eingesetzt, in Japan werden hingegen vermehrt ganze Gebäude über Brennstoffzellen versorgt. Der Vorteil auch hier: Die Energie wird am Ort des Bedarfs erzeugt und die Transportwege fallen sehr kurz aus.

Wie funktioniert eine Heizung? Schritt 2: Verteilung der Wärme

Sie haben Wärme erzeugt – nun muss diese verteilt werden. Der Hintergrund: Moderne Heizsysteme erzeugen die Wärme in der Regel nicht an dem Ort, an dem sie benötigt wird, sondern dort, wo ausreichend Platz für die Technik ist. In den meisten Fällen ist das der Keller. Im Falle einer rein elektrischen Heizung wird die Wärme dann über Stromleitungen verteilt. Überwiegend nutzen Heizsysteme jedoch Wasser als Übertragungsmedium.

Wasser als Medium zur Wärmeverteilung

Wasser hat sich nicht nur als hervorragender Wärmespeicher, sondern auch als gutes Übertragungsmedium herausgestellt. Entscheiden Sie sich für eine Heizung mit Wasser, erhalten Sie einen Wasserspeicher, der die Wärmeenergie vorhält. Das Heizungssystem bringt den Warmwasserspeicher auf eine voreingestellte Temperatur.

Wie funktioniert eine Heizung mit Wasser? Leitungen und Ventile transportieren das warme Wasser zu den einzelnen Heizkörpern oder Flächenheizungen (Fußbodenheizung oder Wandheizung). Hierbei handelt es sich um einen geschlossenen, unter Druck stehenden Wasserkreislauf, den eine Pumpe in Gang setzt. Das beheizte Wasser, welches zu den Heizkörpern fließt, wird als Vorlauf bezeichnet. Das vom Heizkörper zur Heizungsanlage zurückkehrende Wasser ist der Rücklauf. Die Temperatur vom Vorlauf ist immer höher als die vom Rücklauf.

Ihr großer Vorteil bei der Verteilung mit Wasser: Sie können mehrere Heizsysteme unkompliziert miteinander kombinieren. Eine Möglichkeit wäre, den Wasserspeicher mit Solarthermie aufzuheizen und den Unterschied zur Solltemperatur beispielsweise mit einer Wärmepumpe auszugleichen. So lässt sich die hohe Effizienz der Solarthermie mit der Flexibilität einer Wärmepumpe verknüpfen.

Rohre zur Übertragung

Die Wasserrohre befinden sich zwischen Speicher und den einzelnen Heizkörpern. Dabei können prinzipiell endlos viele Abzweigungen gesetzt werden. Je nach Größe des Kreislaufs ist jedoch eine entsprechend ausgelegte Pumpe nötig. Ein hydraulischer Abgleich sorgt dafür, dass an allen Punkten des Rohrsystems der gleiche Druck herrscht. Andernfalls würde es zu einer ungleichmäßigen Zirkulation kommen. Näheres hierzu erläutert der Artikel „Hydraulischer Abgleich".

Ventile zur Temperaturregelung

Die tatsächliche Temperatur wird manuell oder automatisch über Ventile an den Heizkörpern geregelt. Das Prinzip ist einfach: Im geschlossenen Zustand versperren sie dem Wasser den Weg und der Heizkörper bleibt kalt. Beim Öffnen des Ventils strömt Wasser hindurch und erhitzt den Heizkörper.

Ein Ventil mit einstellbarem Thermostat ist der Standard. Das Thermostat misst die Raumtemperatur und lässt das Wasser bei zu geringer Temperatur hindurch und sperrt bei passender Temperatur ab. Mit modernen Ventilen können Sie sogar verschiedene Zeiten und Temperaturen einprogrammieren. Richtig eingesetzt sparen sie viel Heizenergie ein. Für viele Tipps zum Thema, lesen Sie unseren Artikel „Heizkörperthermostat einstellen“.

Nach der Wärmeverteilung: Die Nutzung der Wärme am Verbraucher

Fassen wir zusammen: Die Wärme wurde aus der Energiequelle erzeugt, im Heizwasserbehälter gespeichert und über Rohre verteilt. Nun soll sie natürlich auch die Zimmer erwärmen. Dazu geben die Heizflächen die Wärmeenergie des Wassers an die Raumluft ab.

Mitentscheidend für die Effizienz der Heizung ist dabei die Vorlauftemperatur. Hier gilt generell: Je höher die Vorlauftemperatur, umso größer der anfangs nötige Energieeinsatz und später der Wärmeverlust in den Leitungen. Das Ziel muss es demnach sein, mit einer möglichst niedrigen Vorlauftemperatur zu heizen. Welche Vorlauftemperatur Sie brauchen, hängt wiederum stark vom verwendeten Heizkörper ab: Es gibt Wandheizkörper, die Fußbodenheizung sowie eine Wandheizung.

Wandheizkörper

Wie der Name bereits verrät, sind Wandheizkörper für gewöhnlich an einer oder mehreren Stellen im Raum an der Wand befestigt. Es handelt sich dabei um einen Metallkörper, durch den im Inneren viele parallele Wasserleitungen verlaufen. Durch diese Leitungen fließt das warme Wasser und gibt seine Wärme an die Raumluft ab. Sie machen sich Sorgen um die Optik? Diese Heizkörper erhalten Sie in vielen verschiedenen Größen und Formen.

Normalerweise sind Wandheizkörper unter Fenstern montiert. Der Grund: Positionieren Sie den Heizkörper an der gegenüberliegenden Wand, ist die Fensterseite des Raums spürbar kühler als die Seite mit dem Heizkörper. Die Position unter dem Fenster gleicht diesen Unterschied größtenteils aus. Achten Sie einmal darauf: In älteren Gebäuden sind unter dem Fenster auch heute noch Vertiefungen im Mauerwerk für Heizkörper zu finden. Aufgrund der schlechteren Dämmwerte an der vertieften Stelle wird darauf heutzutage verzichtet.

Der klare Vorteil von Heizkörpern ist, dass sie aufgrund ihres einfachen Aufbaus sehr günstig in der Anschaffung sind und eine relativ kurze Reaktionszeit haben. Nachteile bestehen darin, dass sich die Wärme ungleichmäßig im Raum verteilt und eine hohe Vorlauftemperatur nötig ist.

Fußbodenheizung

Die Fußbodenheizung zählt zu den Flächenheizungen. In diesem System transportieren Heizwasserleitungen im Fußboden die Wärme. Der Sinn dahinter? Vielleicht erinnern Sie sich noch an den Physikunterricht, in dem es hieß: Warme Luft steigt nach oben. Diesen Effekt nutzt die Fußbodenheizung perfekt aus und wärmt den Raum auf der ganzen Fläche gleichmäßig.

Fußbodenheizungen haben in der Regel eine sehr große Heizfläche im Vergleich zu den klassischen, vereinzelt aufgestellten Heizkörpern. Das bringt den großen Vorteil mit sich, dass schon eine geringe Vorlauftemperatur von etwa 35°C für Ihr Wohlbefinden ausreicht. Die große Fußbodenheizung muss sich nicht so sehr „anstrengen“, um den Raum auf Temperatur zu bringen.

Die Fußbodenheizung eignet sich hervorragend für den Betrieb mit einer umweltfreundlichen Wärmepumpe. Denn die Wärmepumpe arbeitet am effizientesten, wenn sie nur eine geringe Vorlauftemperatur erzeugen muss. Der Nachteil einer Fußbodenheizung ist, dass sie verhältnismäßig träge reagiert und daher keine schnellen Temperaturänderungen möglich sind.

Wandheizung

Wandheizungen funktionieren im Grunde ähnlich wie Fußbodenheizungen. Der wesentliche Unterschied zeigt sich bereits in der Bezeichnung: Die Leitungen befinden sich nicht im Fußboden, sondern in der Wand. Ziel ist die Erwärmung der Wand, welche dann wiederum die Wärme in den Raum abstrahlt. Dabei ist das Material der Wand ausschlaggebend für die Effizienz – schließlich strahlen verschiedene Materialien auch unterschiedlich gut ab.

Diese Variante der Flächenheizung können Sie ergänzend zur Fußbodenheizung nutzen – zum Beispiel im Bad, wo es besonders warm sein soll. Oder wenn Ihr Fußboden zur Verwendung einer Fußbodenheizung ungeeignet ist.

Die Vorteile und Nachteile von Wandheizung und Fußbodenheizung sind nahezu identisch. Eine Wandheizung kann den Raum zwar nicht ganz so gleichmäßig aufheizen wie eine Fußbodenheizung, aber sie wärmt deutlich gleichmäßiger als ein konventioneller Heizkörper.

Alles auf einen Blick: Heizsysteme im Vergleich

Nachdem Sie nun wissen, wie eine Heizung funktioniert, ist Ihnen eins bestimmt klar geworden: Kein Heizungssystem ist perfekt. Aber keine Sorge, Sie müssen nicht auf effiziente Heizungsanlagen verzichten. Es gibt eine Lösung: Sie können einfach mehrere Systeme miteinander kombinieren.

Außerdem können Sie sich merken: Mit einer hohen Vorlauftemperatur im Heizkreislauf steigen die Wärmeverluste in den Leitungen an. Heizsysteme mit niedrigen Vorlauftemperaturen sind daher empfehlenswerter. Dazu zählen Fußbodenheizungen und Wandheizungen, denn normale Wandheizkörper benötigen eine deutlich höhere Temperatur.