B Systemaufbau und Systemeübersicht Heinz Bach (S. 19-20)

B1 Systemaufbau

Wie aus den Anforderungen (Sollfunktionen) für eine Heizung abzuleiten ist, sind zwingend beim allgemeinsten Heizsystem – d. h. dem am allgemeinsten einsetzbaren – die Bereiche der Wärmeübergabe im Raum und der Energiewandlung räumlich getrennt. Ebenso zwingend entsteht durch die Trennung von Wärmeübergabe und Energiewandlung noch ein dritter Bereich: Wärmeverteilung. Zunächst zu den drei verwendeten Begriffen:

• Übergabe von Wärme umfasst den komplexen Prozess sowohl des Wärmeübergangs an der Oberfläche z. B. eines Heizkörpers oder eines Wärmetauschers als auch deren dynamisches Verhalten und der regeltechnischen Anpassung der Übergabe an den Bedarfsverlauf. Die Definition dieses Prozesses und die besondere Bezeichnung hierfür hat Ast [B-1] vor geschlagen, sie hat sich inzwischen in der Fachwelt durchgesetzt.

• Wärmeverteilung ist nach den strengen Begrifferegeln der Thermodynamik nicht korrekt. Es müsste eigentlich von einer Verteilung innerer Energie gesprochen werden, was aber fachsprachlich unüblich ist, ebenso wie

• Energiewandlung, in der Heiztechnik wird sie als Wärmeerzeugung bezeichnet.

Die Begriffe Übergabe, Verteilung und Erzeugung sowie die Anlagengliederung danach hat Eingang in die neueren Regeln und Normen gefunden, so auch in die neue VDI 2067 [B-2]. Da jeder dieser drei Bereiche aufgrund der Trennung für sich allein, abgestimmt auf die jeweiligen Anforderungen insbesondere des Nutzers, im Rahmen seiner Gestaltungs-Freiheitsgrade optimierbar ist, stellt das allgemeinste Heizsystem – d. h. das mit den meisten Freiheitsgraden – auch dasjenige mit dem höchsten Entwicklungsstand dar. In der Umkehrung dieses Gedankens führt die Beschränkung der Freiheitsgrade in jedem der drei Bereiche – Wärmeübergabe, Wärmeverteilung, Wärmeerzeugung – und schließlich auch eine Zusammenfassung der Bereiche zu einer Vereinfachung einerseits, aber auch zu einem Aufgeben von Gestaltungsmöglichkeiten andererseits. Dies mag für bestimmte Anwendungsgefälle durchaus angemessen sein, so dass dort das einfachere System mit dem niedri geren Gestaltungsspielraum hierfür optimal sein kann.

Die Aufgliederung eines Heizsystems in die erwähnten drei Bereiche eröffnet erstens die Möglich keit, durch entsprechende Gestaltung der Bereiche alle geforderten Funktionen einzurichten oder mindestens den Erfüllungsgrad bei den vorhandenen Funktionen festzustellen. Damit bietet sich die für das allgemeinste Heizsystem geltende Aufgliederung erstens als Systematik für eine kritische Betrachtung oder Bewertung an und ebenso für die Beschreibung der verschiedenen Heizsysteme. Diese Aufgliederung kann zweitens auch die Grundlage für eine Rechenstruktur zur Betriebs simulation der verschiedenen Heizsysteme sein, was sozusagen eine besonders informative Be schreibung darstellt. Durch sie ist auf reproduzierbare Weise neben anderem der Energiebedarf eines bestimmten Heizsystems und bei der gewählten Aufgliederung auch derjenige der einzelnen Bereiche zu erfahren (siehe Teil H). Der Energiebedarf ganz allgemein nimmt unter den Kriterien neben der Behaglichkeit eine Schlüsselposition ein, weil er für andere Kriterien wie den Umweltschutz und die Wirtschaftlichkeit die Basis bildet. Jeder der erwähnten Bereiche ist als ein Teilprozess aufzufassen, bei dem als Eingangsgröße ein Bedarf und als Ausgangsgröße ein Aufwand auftritt, der für einen nachfolgenden Teilprozess zu einem Bedarf wird. So entsteht eine Bedarfsentwicklung von der Basis eines so genannten Referenzbedarfs aus. Er ist im Übergabeteilprozess die Eingangsgröße.

Der Referenzenergiebedarf zum Heizen eines Gebäudes ist bei einem bestimmten Klima zunächst von Gebäudeeigenschaften (z. B. der Dämmung oder der Speicherkapazität), dann aber vor allem von der Nutzungsart und den Nutzererwartungen an den jeweiligen Raum, also auch der gewünschten Behaglichkeit, abhängig. Die spezielle Nutzung ist beispielsweise gegeben durch die gewünschte Temperatur und Lüftung, die Betriebszeiten und die beim Betrieb auftretenden inneren thermischen Lasten. Erwartet wird dabei sowohl Wärme als auch „Kühle", zum Beispiel durch rechtzeitige Heizunterbrechung in Absenkzeiten oder bei überhöhten Fremdlasten. Der für die Heiztechnik gewohnte Begriff „Wärme" als „Übergabeprodukt" im ersten Teilprozess trifft daher nicht das gesamte Aufgabenspektrum, so wird er neuerdings für die gesamte Technische Gebäudeausrüstung durch den zielsetzenden Überbegriff „Nutzen" miterfasst [B-2]. Er wird einengend – etwa gegenüber den Begriffen Wärme oder Kälte – verwendet und zwar für das unmittelbar zu deckende Bedürfnis, zum Beispiel eine behagliche Umgebung oder warmes Duschwasser zu erhalten.