Heizung

Die Entwicklung der Heizungstechnik

Beim Anblick einer modernen Heizungsanlage oder auch nur eines heutigen Kessels kann man mit Fug und Recht von „Heizungstechnik“ sprechen. Für eine funktionsfähige Heizungsanlage ist eine Vielzahl von Einzelkomponenten und speziellen Bauteilen erforderlich, deren Zusammenspiel richtig aufeinander abgestimmt sein muss. Der Gegensatz zu früheren Zeiten ist augenfällig.
Sicher wurde auch vor der industriellen Revolution, die mit der Entwicklung der Dampfmaschine und der Nutzbarmachung des elektrischen Stroms in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts einsetzte, in irgeneiner Form geheizt – von Heizungstechnik konnte man damals aber noch kaum sprechen. In unseren Breiten war es immer erforderlich, die eingenen vier Wände in der kalten Jahreszeit mit Wärme zu versorgen. Dies blieb jedoch im allgemeinen auf eng begrenzte Bereiche beschränkt. Zumeist wurde lediglich der Hauptaufenthaltsraum beheizt. Als Wärmequelle diente zunächst die offene Feuerstelle, an der auch gekocht wurde.
Dabei hatten die Römer schon vor rund 2000 Jahren recht aufwendige Heizsysteme entwickelt: Sie durchzogen die Fußböden ihrer Gebäude mit Kanälen, durch die sie die Abgase von einer oder mehreren Feuerungen leiteten, die dann über Schornsteine abgeführt wurden.
Von dieser sog. Hypokaustenheizung kann man Überreste in Trier und anderen römischen Siedlungen bewundern. 

Einzelofenheizung
Mit dem Untergang der römischen Kultur in der Völkerwanderungszeit sind aber auch diese Ursysteme der Heizung in Vergessenheit geraten, und die Entwicklung musste wieder von vorne beginnen. Bis freilich wieder Heizungen entstanden, die man als „Systeme“ ansprechen konnte, dauerte es viele Jahrhunderte. Die ersten Entwicklungen bezogen sich auf die Einzelfeuerstätten, die sich vom freien Feuer unter einem Rauchfang über den Offenen Kamin zum geschlossenen Ofen wandelten. Dabei benutzte man zunächst keramische, die Öfen wurden gemauert – Metall stand noch längst nicht in größeren Mengen zur Verfügung. Der Kachelofen nutzte die Heizenergie des Brennholzes wesentlich besser aus und hielt die Wärme außerdem länger als ein offenes Feuer. Die keramsichen Schmucktechniken machten ihn außerdem zur Zierde eines Raumes. Der richtig gemauerte „Grundofen“ hat auch heute noch seine Anhänger; häufiger zu finden sind freilich Kachelöfen mit einem eisernen Einsatz (in dem auch Kohle oder andere Brennstoffe verheizt werden können).
Brennstoffknappheit und Energiekrisen sind nichts Neues. Schon im 17. Jahrhundert wurde Holz knapp – nicht zuletzt, weil z.B. für die Glasherstellung und Eisenerzeugung immer mehr Holzkohle gebraucht wurde. Deswegen hat damals Friedrich der Große 1763 ein Preisausschreiben veranstaltet, dessen Ziel ein „Stubenofen“ war, der weniger Holz als die bisherigen Modelle verbrauchen sollte. Das Ergebnis war der Urtyp des „Berliner Kachelofens“, der durch seine Höhe wesentlich mehr Züge als vorher üblich enthielt. Letztlich fand man in Stein- und Braunkohle einen rettenden Ausweg. Dass England zunächst die führende Industrienation wurde, lag nicht zuletzt daran, dass, durch die Insellage bedingt, die Steinkohle dort per Schiff fast überall hin transportiert werden konnte, während auf dem Kontinent das Netz der Transportwege dürftig und die Transportmittel wenig leistungsfähig waren.
Gusseiserne Ofenplatten hatte man schon im späten Mittelalter eingesetzt, um die Feuerwärme rascher in die Stube zu leiten. Zeitbedingt waren das aber recht teure Luxusartikel. Erst als die Hüttentechnik sich gegen Ende des 18. Jahrhunderts zu entwickeln begann und immer größere Mengen immer preiswerter liefern konnte, war die Zeit der eisernen Öfen gekommen. Auch hier ist eine lange Entwicklung zu verfolgen, während der sich der Bedienungskomfort und die Energieausnutzung immer mehr vervollkommneten.

Sammelheizung
Der in England lebende Schwede Marten Trivald gilt als Erfinder einer allerersten zentralen Warmwasserheizung. Er baute so ein System 1716 für ein Gewächshaus. 1777 wir von einem Franzosen Bonnemain berichtet, der mit einer Warmwasser-Zentralheizung Hühnereier ausbrüten ließ. Etwa in die gleiche Zeit fallen auch die ersten Ansätze zu einer Heizung mit Dampf. Einer der ersten war James Watt, der 1770 mit dem Abdampf einer Dampfmaschine die Räume einer Tuchfabrik beheizte und dazu sogar schon Heizflächen in der Art heutiger Gliederheizkörper verwendete.
1791erhielt John Hoyle jun. und 1793 Joseph Green Patente für Dampfheizungen; der letztere entwickelte eine mit Dampf betriebene Luftheizung.
Um 1770 entstanden in England auch schon die ersten Gusskessel. 1773 wurden drei dieser Apparate nach St. Petersburg geliefert.
Trotz all dieser Ansätze dominierten aber zunächst die Einzelöfen, zumal sie sich auch rasch weiter verbesserten. Man suchte, mehrere Zimmer mit einem einzigen Ofen zu heizen, um die Bedienung zu vereinfachen und den Schmutzanfall zu verringern. Vor allem aber waren einzelne Öfen wesentlich billiger als die damaligen zentralen Analgen. Nur besonders wohlhabende Bürger oder Fürsten konnten sich die „modernen“ Heizungssysteme leisten. So ist etwa 1815 die Einrichtung einer Dampfheizung für den Gildeältesten Möhring in Pankow bei Berlin belegt: sein Orangerie-Saal bekam eine Dampfheizung. Weil diese frühen Anlagen offenbar gut funktionierten, setzte sich diese technische Neuerung allmählich immer mehr durch, und die Niederdruckdampf-Heizung wurde im Laufe des 19. Jahrhunderts zur gebräuchlichsten zentralen Heizmethode.

Warmwasser-Zentralheizung
Die Warmwasser-Zentralheizung lässt sich längst nicht soweit zurückverfolgen. Als ihr Urheber gilt der englische Kupferschmied Paalcow, der um 1833 eine solche Anlage baute. Noch ein wenig früher, 1831, hatte der Engländer A.M. Perkins ein Patent für eine Heißwasserheizung bekommen. Sein System bestand aus einer endlosen Rohrschlange, die am Kessel begann und insgesamt 150 bis 200 m lang war; auch die Heizkörper waren als Rohrschlangen ausgebildet. Es handelte sich um ein vollkommen geschlossenes System, in dem hohe Drücke auftraten. Folgerichtig hatten die benutzten Rohre auch
6,5 mm Wandstärke! Perkins experimentierte auch schon mit Ausdehnungsgefäßen, um die Volumenänderungen aufzufangen.
Die ersten Zentralheizungen mit in Serie gefertigten Teilen wurden um 1860 in den vereinigten Staaten erstellt. Zur gleichen Zeit setzte auch die Produktion von Gussheizkesseln und Radiatoren ein, eine Entwicklung, die in den siebziger Jahren über England auch nach Deutschland kam. Ein erstes Modell dieser Art ist im Zentralheizungsmuseum der Buderus Werke in Lollar zu sehen – ein Museum übrigens, das nicht nur weltweit einzigartig ist, sondern gerade auch dem Fachmann viel Interessantes zu bieten hat.
In Deutschland hat Körting in Hannover um 1875 die ersten Gussheizkessel auf den Markt gebracht. Sie bestanden aus liegend angeordneten Gussgliedern und waren noch rundum gemauert, besaßen aber bereits die typischen Merkmale der auch heute noch anzutreffenden Ringglieder-Bauweise.

Das 1871 erlassene Dampfkesselgesetz hatte u.a. den Einbau eines Sicherheitsstandrohres vorgeschrieben. Damit konnten auch ungelernte Heizer eine solche Anlage bedienen, und die behördliche Kesselkontrolle entfiel. Die eigentliche industrielle Serienfertigung von Gussheizkesseln hängt eng mit Josef Strebel zusammen. Rudolf Otto Meyer ließ sich dessen Idee 1893 in Hamburg patentieren. 1898 begann Buderus mit der Fertigung von Gussheizkesseln nach eingenen Patenten. Mit Beginn des 20. Jahrhunderts beschleunigten sich die Fortschritte, zum einen weil zunehmend wissenschaftlich fundierte Grundlagen für die Berechnung von Warmwasser- und Niederdruckdampf-Heizungen zur Verfügung standen. Hier hat sich Prof. Hermann Rietschel besondere Verdienste erworben; sein „Leitfaden zum Berechnen und Entwerfen von Lüftungs- und Heizungsanlagen“ gab dem Praktiker mit Tabellen und Diagrammen das erforderliche geistige Rüstzeug.

1901 wurde das erste Dampffernheizwerk in Europa gebaut: in Dresden , insgesamt 12 Gebäude mit max. 1000 m Entfernung wurden zentral versorgt. Die erste Fernheizung mit Warmwasser richtete Tichelmann 1906 für die Krankenanstalten in Plauen/Vogtland ein.
Alle damaligen Warmwasseranlagen basierten auf dem Dichteunterschied von kaltem und warmem Wasser als Umtriebskraft. Auch bei sehr großen Rohrdurchmessern reichte die Schwerkraftwirkung für ausgedehntere Netze nicht aus. Um die Zirkulation zu fördern, experimentierte man mit Dampfeinspritzung und anderen Methoden. Um 1930 brachte Wilhelm Opländer, der Gründer der Wilo-Pumpenwerke, einen sog. Umlaufbeschleuniger auf den Markt. Es war ein in einem Rohrkrümmer sitzender Propeller, der von einem Motor angetrieben wurde: damit war die Pumpenheizung geboren.

Bei den Brennstoffen war man zunächst bei Kohle oder Koks geblieben. In den Notzeiten nach dem 1. Weltkrieg kamen auch Torf und Braunkohle wieder zu Ehren. Doch schon Ender der zwanziger Jahre erschienen in Europa die ersten Spezialkessel für Stadtgas; in den USA waren sie damals bereits recht weit vorbereitet. Nach dem 2. Weltkrieg hatten zunächst die Einzelöfen wieder Konjunktur; man war froh, ein Dach über dem Kopf und ein paar Briketts zum Heizen zu haben. Ein Ofen im Wohnraum, ein Badeofen im Bad und der Herd in der Küche mussten als Wärmequelle genügen. Noch im Jahre 1960 besaßen nur etwa 12 Prozent aller Wohnungen Zentralheizung – 1965 war diese Zahl schon auf 25 Prozent gestiegen. Lag 1955 bei den Neubauten der Anteil an zentralbeheizten Wohnungen noch bei 11 Prozent, so stieg er 1967 auf 83 Prozent. Entsprechend gingen die Absatzzahlen für Einzelöfen zurück.

Etwa seit 1950 gibt es wartungsfreie Heizungsumwälzpumpen. Zusammen mit der Entwicklung der automatischen Feuerung haben sie die Einsatzmöglichkeiten der Warmwasserheizung wesentlich erweitert und schon etwa ab 1955 die Niederdruck-Dampfheizung bei neuen Anlagen im Wohnungsbau ganz verdrängt.
Bei den Zentralheizungen führte sich zunehmend die Ölfeuerung ein. Maßgebend waren der niedrige Energiepreis und die Möglichkeit eines vollautomatischen Betriebs. Viele alte, für den Einsatz fester Brennstoffe konstruierte Kessel konnten auch Schamotte-Ausmauerung und Anbau eines Ölbrenners auf den automatischen Betrieb umgestellt werden. Erst in der Folgezeit wurden Spezialkessel für reinen Ölbetrieb entwickelt. Daneben gab es Umstellbrand- und Wechselbrandkessel, die meherere Feuerungsarten möglich machten. Ihr Wirkungsgrad war uns ist freilich geringer als der der Spezialkessel.

Bei den Heizkörpern war 1936 die erste Norm für Gussradiatoren herausgekommen, 1938 folgte die Norm für Stahlradiatoren. Auch damit sollte die Verbreitung der Zentralheizung gefördert werden. Während der Kriegsjahre wurden mit Heizkörpern aus Porzellan experimentiert, auch für Warmwasser-
speicher wurde dieses Material eingesetzt. 1960 wurden die Normen für Guss- uns Stahlradiatoren neu gefasst. Daneben setzten sich die neu entwickelten Plattenheizkörper durch.

Stahlradiator DIN 4703
DIN Gussradiator FKR
Standard Plattenheizkörper

Wie bei den Radiatoren wurde auch bei den Heizkesseln die Stahlbauweise im stärker bevorzugt. Man kombinierte Stahlheizkessel und Brauchwassererwärmer zu einer kompakten Einheit. Die ursprünglichen Nachteile durch starke Verkalkung ließen sich durch die integrierte Speicherladepumpe beheben. Mit steigender Verwendung von Erdgas kam wieder die Zeit für den Kesselwerkstoff Gusseisen. Hier erwies sich der Gusskessel mit atmosphärischem Gasbrenner als gute Lösung.

Die erste Energiekrise 1973 ließ die Preise für Öl und Gas rapide steigen und zwang zur Suche nach Altenativen und Einsparungsmöglichkeiten. Man versuchte, Sonnenenergie und Umweltwärme nutzbar zu machen, wenn sich auch bald erwies, dass diese Energien allein für eine ausschließliche Wärmeversorgung in unserem Klima nicht ausreichen können.
Um den Aufwand an Heizenergie zu drosseln, wurden für Neu- und Umbauten die vorgeschriebenen Wärmedämmwerte heraufgesetzt. Durch die Entwicklung der Niedertemperaturheizung und dem Aufsplitten der Anlage in mehere Komponenten wurde die Ausnutzung der Heizenergie weiter verbessert. Da für den Bereich Wohnen der bei weitem größte Anteil an Primärenergie für Heizung und Warmwasserversorgung benötigt wird, kann man davon ausgehen, dass auch in Zunkunft
(bezogen auf Buchdruck 1990) auf diesem Feld weiteren Erfolge bei dem Bemühen erzielt werden, die verfügbaren Energien optimal zu nutzen, das heißt so wirtschaftlich, so komfortabel und so wenig umweltbelastend wie möglich.

Mit der technischen Entwicklung eng verbunden sind die jeweils geltenden Normen und anderen Vorschriften. 1926 gab es die ersten einheitlichen Regeln zur Berechnung des Wärmebedarfs. Sie waren die Grundlage für das 1929 erstmals veröffentliche Normblatt DIN 4701 Regeln für die Berechnung des Wärmebedarfs von Gebäuden und für die Berechnung der Kessel- und Heizkörpergrößen von Heizungsanlagen. Diese Norm hatte grundlegende Bedeutung und war über Jahrzehnte fast unverändert die entscheidende Planungshilfe für den Heizungsbauer. Erst die Energiekrise der siebziger Jahre gab den Anstoß zu einer tiefgreifenden Neubearbeitung. Die zuvor übliche Überdimensionierung der Wärmeerzeuger wurde zurückgenommen, das Berechnungsverfahren insgesamt differenzierter, zumal neue wissenschaftliche Erkenntnisse bezüglich der Anströmung der Gebäude, der Wind- und Auftriebseinflüsse eingeabeitet werden konnten. Auch dies ein wichtger Beitrag, um mit den begrenzten, uns zur Verfügung stehenden Energien wirtschaftlich umzugehen.

Quelle: Julius Hoffmann Verlag GmbH Stuttgart 1990 – Autoren Ulrich Soller, Hartmut Munkelt , Mitwirkung Claus Hanff- Buchtitel: Der Heizungsbauer, Seite 9 und 10

Epilog
In der heutigen Zeit, einige Jahre nach Veröffentlichung des o.g. Buches von 1990,
spricht man von Brennwerttechnik, Wärmepumpen, Solarthermie, Kraft-Wärme-Kopplung, Pelletheizung  usw.
Durch diese verschiedenen Techniken wurde die Wirtschaftlichkeit der Anlagen extrem optimiert.
Informationen über diese Themen werden in den aktuellen Webinhalten dargestellt.

Vielen Dank für Ihr Interesse
Hartmut Körner und Frank Haase