Wärmequellen
Bei den Wärmequellen unterscheiden wir nach fern-steuerbaren (ein- und ausschalten) Wärmequellen und manuellen Wärmequellen.
Zu den fern-steuerbaren oder einfacher schaltbaren Wärmequellen zählen Öl-, Gas-, oder Pellet-Kessel, aber auch Wärmepumpen und Elektro-Heizungen. Diese können je nach Bedarf ein- oder ausgeschaltet werden. Solche Wärmquellen werden nur dann eingeschaltet, wenn man diese gerade benötigt. Es ist hierbei nicht erforderlich einen Vorrat an Wärmemenge, z.B. mit einem Pufferspeicher bereitzualten. Die Wärme wird nur erzeugt, wenn man sie benötigt. Das reduziert die Stillstandsverluste.
Zu den manuellen Wärmequellen zählen Holz-Kessel und Holzöfen, Diese können nur geringfügig über Zugklappen gesteuert werden, aber nicht komplett abgeschaltet und in der Regel auch nicht automatisch eingeschaltet (angefeuert) werden. Einmal entzündet, muss der komplette Brennstoffvorrat in der Brennkammer verbrannt werden. Man muss daher dafür sorgen, dass die dabei erzeugte Wärme auch abgeführt wird, denn sonst überhitzt die Brennkammer und kann beschädigt werden. Man setzt daher solche Wärmequellen nur in Verbindung mit Pufferspeichern ein, die in der Lage sind, die Wärmemenge die eine Brennkammerfüllung erzeugt auch zu speichern. Die Größe des Pufferspeichers muss daher eintsprechend dimensioniert werden.
Nachdem wir bei den Heizungsarten bereits die Wärmeerzeugung im Raum selbst betrachtet haben, wollen wir hier die Wärmequellen betrachten, die sich nicht im bewohnten Raum befinden. Diese Wärmequellen geben die erzeugte Wärme in das Heizungsnetz ab.
Die klassische Wärmequelle im privaten Bereich ist die Wärmeerzeugung mit einem Brenner innerhalb eines Heizkessels. Dabei sind die meistverbreiteten der Öl- oder Gaskessel. Die beiden unterscheiden sich lediglich in der Energiequelle, entweder Heizöl aus einem Tank, oder Gas, aus einem öffentlichen Netz, bzw. Flüssiggas aus einem Tank. Die klassischen Kessel werden heute eigentlich durch sogenannte Brennwert-Kessel ersetzt. Ein Brennwert-Kessel, egal ob Öl, oder Gas ist im Prinzip zunächt ein normaler Kessel, bei dem das Abgas aber zusätzlich durch einen Wärmetauscher geführt wird. Das kalte Wasser aus dem Heizungsnetz wird zunächst durch den Abgas-Wärmetauscher geführt, dabei schon erwärmt und erst danach durch den eigentlichen Brenner im Kessel weiter erhitzt. Somit wird auch dem Abgasstrom noch weitere Wärme entzogen und dieser kühlt dabei sehr weit ab. Es werden hier Abgastemperaturen von unter 50°C erreicht, je nachdem wie kalt das Wasser aus dem Heizungsnetz zurück kommt. Brennwert-Kessel haben daher eine höhere Energieausbeute aus dem Brennstoff, als Standard Kessel. Dabei unterschreitet das Abgas aber unter Umständen den Taupunkt und es bildet sich Kondenswasser im Abgasstrang. Dieses Kondenswasser ist aber sehr agresiv, da es Stoffe aus dem Abgas enthält, z.B. Schwefel. Daher muss der Abgas-Wärmetauscher aus säurefestem Material bestehen und das Kondenswasser entsprechend abgeleitet werden. Ausserdem funktioniert der Abgaswärmetauscher um so besser, je kälter das Wasser aus dem Heizungsnetz ist. Daher sind Brennwert-Kessel besonders effektiv bei Niedertemperatur-Heizungen. Bei der Abgasführung im Kamin muss man ebenfalls die niedere Temperatur des Abgasstromes berücksichtigen.
Des weiteren werden im privaten Umfeld auch Pellet-Kessel eingesetzt, dei mit handelsüblichen Pellets aus einem Vorratsbehälter (Bunker) über Förderschnecken oder Unterdruck-Saugpumpen versorgt werden.
Personen die gerne Brennholz verwenden nutzen auch Holzkessel zur Wärmeerzeugung. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass Holzkessel nur schwer zu regeln sind, und eine zu viel erzeugte Warmwassermenge in einem Pufferspeicher gepeichert werden muss. Daher werden Holzkessel nur dort eingesetzt, wo man die Wärmemenge auch sicher abführen kann.
Eine Besonderheit sind noch Holzöfen, die sich zwar im genutzten Raum befinden und wie bei unter "Heizungsarten" beschrieben Wärme direkt in den Raum abgeben, aber glichzeitig noch integrierte Wärmetauscher (sogenannte Wassertaschen) haben und auch diese Wärme in das Heizungsnetz einspeisen können. Bei den Holz-Kesseln bzw. Ofen, mit Wärmetauscher ist aber zu berücksichtigen, dass diese Wärmequellen nicht ohne weiteres abgeschaltet, bzw. heruntergefahren werden können und daher auf eine zuverlässige Wärmeabnahme angewiesen sind, um nicht zu überhitzen. Da bei Stromausfall oder Pumpenschaden aber die Wärmeabnahme nicht mehr sichergestellt ist, müssen diese nicht abschaltbaren Wärmequellen eine "Notkühlung" haben, die dann zuverlässig automatisch aktiviert wird, wenn Überhitzung droht. Dies wird in der Regel durch einen weiteren Not-Wärmetauscher realisieert, der mit Leitungswasser aus der dem Hausanschluss versorgt wird und das heisse Wasser in die Kanalisation ableitet.
Weitere beliebte Wärmequellen sind Wärmepumpen. Diese erzeugen Wärme, indem sie anderen Medien Wärme entziehen. Die häufigste Art von Wärmepumpe, ist die Luft/Wasser Wärmepumpe, im Prinzip ein Kühlschrank, nur genau umgekehrt. Hier wird der Aussenluft Wärme entzogen und diese Wärme dem Heizungsnetz zugeführt. Da Wärmepumpen mit einem Kühlmittel arbeiten, das komprimiert (verfflüssigt) und expandiert (verdampft) wird, sind doch erhebliche Mengen elektrische Energie erforderlich. Daher gibt es hierfür oft bei den lokalen Stromanbietern auch Sondertarife speziell für Wärmepumpen. Heutige Wärmepumpen haben eine Leistungszahl von ca. 3 bis 5. Eine Leistungszahl von 4 bedeutet, dass mit dem Stromeinsatz von 1 kWh, 4kWh Wärmeenergie erzeugt werden.
Es gibt aber auch Wärmepumpen die die Wärme dem Wasser (z.B. Grundwasser, oder Fluß- oder Seewasser, oder Tiefenbohrungs-Wasser) entziehen und dem Heizungsnetz zur Verfügung stellen (z.B. Erdwärme).
Eine der lukrativsten Wärmequellen ist die thermische Solaranlage. im Gegensatz zur Photovolaik-Anlage, die Strom erzeugt, wird bei der thermischen Solaranlage direkt Wasser das in dünnen Röhren durch den Kollektor fliest durch die Sonnenstrahlung erhitzt. Dieses Wasser könnte eigentlich direkt dem Heizungsnetz zugeführt werden, wenn nicht im Winter bei Temperatuen unter 0°C die Gefahr des einfrieren bestehen würde. Daher wird in dem Solarkreislauf Wasser mit Frostschutzmittel werwendet. ähnlich wie beim Auto und die Wärme mit Hilfe eines Wärmetauschers an das Heizungs-Netz übertragen. Bei thermischen Solaranlagen besteht natürlich das Problem, dass dann wenn am meisten Wärme zur Verfügung steht (starker Sonnenstrahlung) am wenigsten Wärem benötigt wird. Daher ist hier auf jeden Fall ein Pufferspeicher erforderlich, der eine relativ große Wärmemenge aufnehmen kann. Die Devise hierbei lautet, je großer der Wärmespeicher, desto größer der Nutzungsgrad der thermischen Solaranlage. Natürlich ist auch ein ausreichend großer Kollektor erforderlich. Da thermische Solaranlagen nicht nur zu Trinkwasser-Erwärumg, sondern auch zur Heizungsonterstützung vewendet werden können, sind diese Anlagen dann so ausgerichtet, dass sie im Winter, bei niedrigem Sonnenstand die optimale Wirkung haben. Thermische Solar-Kollektoren sind daher in unseren Breitengraden ~45° Nord bei ca. 70° Neigung und Süd-Ausrichtung optimal plaziert.
Eine etwas aussergewöhnliche Wärmequelle ist das Block-Heiz-Kraftwerk auch BHKW genannt.
Hierbei handelt es sich um einen Motor, der einen Stromgenerator antreibt. Daraus ist schon erkennbar, dass hier 2 Energiekomponenten entstehen. Zum Einen wird Strom erzeugt, der dann in das Hausnetz oder in das öffentliche Stromnetz eingepeist wird und zum Anderen wird die Abwärme des Motors und in der Regel auch die Abgas-Wärme genutzt, um diese dann dem Heizungs-Netz zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise wird der gesamt-Wirkungsgrad deutlich erhöht und die Wirtschaftlichkeit gesteigert. Allerdings muss man hier sowohl die elektrische Einspeisung, als auch die thermische Einspeisung realisieren, was den Aufwand etwas erhöht und da es sich bei dem Motor um eine komplexe Maschine handelt, ist der Wartungsaufwand deutlich höher als bei anderen Wärmequellen. Zudem muss natürlich auch sichergestellt werden, dass sowohl die elektrische, als auch die thermische Energie abgeführt werden muss. Für größere Objekte, Industrie, Wohngebiete usw. kommt diese Wärmequelle immer mehr zum Einsatz, da hier die unterschiedlichsten Brennstoffe zum Einsatz kömmen können.
Je nach Auslegungsart des BHKWs kann der Schwerpunkt auf die Stromerzeugung oder auf die Wärmeerzeugung gelegt werden, was die Einsatzgebiete hier sehr unterschiedlich macht. Auch gibt es Mini-BHKWs, die im privaten Umfeld zu Einsatz kommen.
Die Fernwärme Einspeisung ist eine Möglichkeit die benötigte Wärmeenergie von einer externen Energieerzeugung an einer zentralen Stelle zu beziehen.
Sie bietet die Möglichkeit gänzlich auf die eigene Erzeugung von Wärme zu verzichten. Diese Variante ist natürlich von der Existenz eines Fernwärmeverbundes oder zumindest einer zentralen Wärmeerzeugung abhängig. Bei dieser Variante hat man als Verbraucher keine direkte Möglichkeit auf die Wärmeerzeugung Einfluss zu nehmen. Hier wird über einen Wärmetauscher die Wärme des Fernwärme-Netzes auf das eigene Heizungsnetz übertragen. Dazu braucht man natürlich ein Regelventil, das die Wärmemenge, die übergeben wird zu regeln. Natürlich ist dann auch ein Wärmemengenzähler an dieser Einspeisestelle erforderlich, um die Kostenabrechung zu ermöglichen. Die Fernwärme wird in der Regel immer auf einen Pufferspeicher übertragen, um Schwankungen im Verbrauch aber auch Schwankungen im Fernwärmenetz auszugleichen. An diesen Pufferspeicher kann man natürlich noch weitere Wärmequellen anschliessen, wie z.B. eine thermische Solaranlage.