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Wärmequellen

Eine Wärmequelle scheint auf den ersten Blick eine klare Sache zu sein, doch Wärme einzubringen ist aufgrund ihres dualen Charakters eine Herausforderung. Will man nämlich mit einer Quelle einen Wärmestrom produzieren oder will man Temperatur aufbauen?

Spätestens beim Versuch die Quelle einigermassen prägnant zu modellieren wird die Sache schnell kompliziert. Schnell kommt nämlich zum Ausdruck, dass eine Quelle eben zwei Dinge liefert, - einerseits einen Wärmestrom und andererseits ein Wärmepotential, die Temperatur. Diese duale Quellennatur bringt uns schnell mal zum Kopfzerbrechen, denn genau in dieser Natur liegt oft ein Konflikt. Diese Konflikte treten an den Wärmeschnittstellen auf. Nämlich dort wo die Wärmeenergie von einem Medium auf das andere übertragen werden sollte. Da stellt sich nämlich oft die Frage, ob wir eigentlich Wärmeleistung brauchen oder nur Temperatur ?

Diese Wärme-Übergänge kennen wir aus Erfahrung:

  • die Luft erwärmt sich am Heizkörper ...
  • die Luft kühlt sich an der kalten Aussenwand ab ...
  • die Pfanne übernimmt die Hitze von der heissen Herdplatte ...
  • das Steak übernimmt gart langsam in der heissen Bratpfanne ... 

Vorerst mal eine Übersicht einiger nativer Wärmequellen.

a)

Wärmeproduktion

Folgende Wärmequellen sind eigentliche Wärme-Motoren unserer Behausungen. Sie produzieren die Wärme respektive Temperatur vor Ort. 

  • Feuerungstechnik
  • Elektrische Widerstandsheizung
  • Elektrische Wärmepumpe
  • Wärme-Kraft-Kopplung
  • Solarwärme
  • Klimageräte

b)

Abwärmequellen

Diese Quellen zeigen ihre Wirkung innerhalb der Raumstruktur als asynchronisierte Abwärme

  • Kühlschrank
  • Computer
  • Licht

c)

Einstrahlung

Diese Wärmequellen haben einen typischen Stromcharakter. Sie speisen die Wärme direkt in den Wohnraum ein :

  • Sonneneinstrahlung

    Damit ist die Einstrahlung durch Fenster gemeint. Wir unterscheiden zwischen

    • diffuser Strahlung

      Diese liegt je nach Jahres- und Tageszeit und Atmosphäre bei bis zu wenigen 100 Watt pro m2

    • direkte Sonnenstrahlung

      je nach geographischer Position und Jahreszeit kann diese in geeigneter Exposition in die Grössenordnung 1 Kilowatt pro m2 gehen

  • Interne Strahlungsquellen

    • Lampen
    • Spots

d)

Aussentemperatur

In dieser Systematik ist die Aussentemperatur nun eben auch eine Wärmequelle. In unserem System liefert sie als Potentialquelle die dominante Komponente. Diese globale Potentialquelle können wir nicht beeinflussen, aber wir regeln unsere lokalen Wärmequellen so, damit erstere auf gewünschte Art kompensiert wird.

Diese Potentialquelle stellt also nur die Idealisierung der "Aussenlufttemperatur" dar. Dies ist also nur ein Teil der klimatischen Umgebung.

Den Strahlungsanteil idealisieren wir in einer separaten Quelle, einer Wärmestromquelle. Damit ist die klimatische Quelle in zwei charakteristische Quellen separiert.

e)

Speicherquellen

Um die Quellen technisch von der Last abzukoppeln, hat praktisch jede technische Wärmequelle eine angehängte Speichereinheit. Dies sind zum Beispiel:

  • Speicherblock der Zentralheizung
  • Boiler der Zentralwasserversorgung
  • Solarspeicher der Sonnenkollektoren

Zur Kompensation von Leistungsspitzen sind kleine Speicher längst bekannt. Diese werden eingesetzt, um die Heizleistungen zwischen Last und Quelle auszugleichen.  

Produktionsspitzen

Typisch bei nicht modulierbarer Quellenleistung. Hier wird überschüssige Quellenleistung im Kesselspeicher aufgefangen. Damit werden stabilere Betriebszustände erreicht

  • Heizwasserspeicher

    • Kesselspeicher

  • Sanitärer Warmwasserspeicher

    • Solarspeicher (besonnte Kollektoren ohne Nachfrage)

 

Verbrauchsspitzen

Der entgegengesetzte Zweck ist das Akkumulieren von produzierter Wärme für Verbrauchsspitzen. Dank diesen Speichern können Quellenleistungen tiefer dimensioniert werden, respektive Quellenausfälle zeitlich überbrückt werden.

  • Sanitärer Warmwasserspeicher

    • Boiler
    • Solarspeicher (unbesonnte Kollektoren)

  • Heizwasserspeicher

    • Tagesspeicher (Stückholz-Heizungen, Solarspeicher)
    • Saisonspeicher (Solarspeicher)


Kombinierte Speicher

Meist erfüllen Wärmespeicher sowohl gegenüber der Quelle wie auch der Last die obig genannte Funktion der Spitzenpufferung und der zeitlichen Überbrückung. Technisch sind hier ausgereifte Lösungen auf dem Markt. Die Kunst liegt hier wirklich in der richtigen Dimensionierung.