1.3.8 Die Rolle der Speichermasse für Wärmeenergie in Heizungssystemen

Sowohl in Einzelheizungen als auch in Zentralheizungen wird die Wärmeenergie unmittelbar vor ihrer Weitergabe in den Raum im Heizungssystem gespeichert. Je nach Heizungssystem sind diese Speicher in Abhängigkeit von ihrer Masse unterschiedlich groß. Allgemein gilt: Je größer die Masse desto größer der Wärmespeicher.
Solche Speichermassen sind das Wasser im Heizkörper und der Heizkörper selbst, Schamottsteine in Kaminöfen und elektrischen Heizungen oder der Estrich bei Fußbodenheizungen.

In früheren Zeiten, wo der festbrennstoffbefeuerte Grundofen ein Standard war und es noch keine geregelte Heizungen gab, war eine möglichst große Speichermasse erwünscht. Der Ofen wurde dann nur ein- oder zweimal pro Tag mit Brennstoff beschickt und die Speichermasse sorgte für eine gleichmäßige Wärmeabgabe in den Raum, auch wenn das Feuer im Ofen schon erloschen war. Dies war auch noch bei den später verbreiteten Öl- und Gasheizungen ohne Regelungen und einfachen Ventilen an den Heizkörpern der Fall.

Wenn die Weitergabe in den Raum annähernd gleichmäßig mit der Wärmeerzeugung erfolgt, spielt die Größe der Speichermasse keine Rolle.
Dies ist bei modernen Heizungssystemen mit Raumtemperaturregelungen und Häusern mit geringem Heizenergiebedarf nicht der Fall. Eine wechselnde Sonneneinstrahlung, das Nutzen zusätzlicher Wärmequellen (z.B. Backofen) oder das Öffnen eines Fensters machen eine schnelle Reaktion der Heizungsregelung notwendig. Der Regler kann aber nur die Wärmezufuhr in den Speicher, nicht aber die Weitergabe von Wärmeenergie aus der Speichermasse in den Raum unterbinden oder zulassen.

Für den Fall, dass schnell hochgeheizt werden soll, gibt es bei großen Speichermassen eine starke zeitliche Verzögerung. Bei Fußbodenheizungen, die als Speichermasse den kompletten Estrich aufheizen müssen, kann diese Verzögerung mehrere Stunden betragen.
Im umgekehrten Fall, wenn bei zusätzlichem Aufheizen des Raumes, z. B. durch die Aufheizung des Raumes durch die tief stehende Wintersonne über ein Südfenster, die Wärmezufuhr über die Heizung unterbrochen werden soll, kommt es durch das bereits gespeicherte warme Heizungswasser in den Heizkörpern zu einer Überhitzung des Raumes und unnötigem Energieverbrauch. Regelungstechnisch spricht man von Überschwingen und Regelungsträgheit.

Eine energiesparende Heizung mit Regler sollte daher entgegen landläufiger Meinung eine möglichst kleine Speichermasse in den Heizkörpern oder Heizflächen haben. Der Pufferspeicher bei Zentralheizungen im Heizungsraum bleibt davon unberührt, da die Wärmeabgabe von dort aus in die Räume unter der Kontrolle der Regelung liegt.

Eine große Speichermasse bei Infrarotstrahlern führt dazu, dass der Strahler jeweils nach jedem Einschalten und nach jedem Ausschalten durch die Regelung lange Zeit im Temperaturbereich zwischen Umgebungstemperatur (Lufttemperatur) und 60°C verbleibt. D.h. man hat es mit langen Aufheiz- und Abkühlzeiten von deutlich über fünf Minuten zu tun, statt idealerweise weniger als eine Minute. In dieser Zeit wirkt der Infrarotstrahler als Konvektionsheizung. Die Vorteile als Infrarotstrahler  gehen dann insgesamt bei der Nutzung solcher Strahler umso mehr verloren, je höher die Speichermasse ist. Viele solcher „Infrarotstrahler“ sind deshalb nur Konvektionsheizungen mit  erhöhtem Strahlungsanteil.
Dies gilt auch für nah an der Wandoberfläche eingebaute elektrische Heizfolien, die zwar gegenüber  klassischen Flächenheizungen große Oberflächentemperaturen erreichen, aber die komplette Wand als rückwärtige Speichermasse haben. Insgesamt geben sie weniger als 50% der zugeführten elektrischen Energie als Infrarotstrahlung ab. In der Regel entsteht bei bodennaher Montage zusätzlich durch großflächige Konvektion ein Luftschleier, ähnlich wie bei der Heizleiste.

(http://de.wikipedia.org/wiki/Heizungsregler)

(http://de.wikipedia.org/wiki/Überschwingen)

(Otto Föllinger: Regelungstechnik, Hüthig Verlag) (Lutz & Wendt: Taschenbuch der Regelungstechnik, Verlag Harry Deutsch) (Fröse, H.-D.: Elektrische Heizsysteme, Pflaum Verlag 1995)

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