Heizkosten reduzieren einfach gemacht

Bevor wir diese Frage beantworten lassen Sie uns erst mal schauen wie Heizen funktioniert und welche Einflüsse da eine Rolle spielen.

Warum heizen wir?
Wir wollen nicht frieren, das Haus soll warm sein, wären mögliche Antworten. Doch was meinen wir damit eigentlich?

Behaglichkeit
Darum geht es. Und die stellt sich ein, wenn der menschliche Körper genau so viel Wärme an die Umgebung abgeben kann wie er selbst gerade produziert. Der Mensch ist im Grunde selbst ein Heizkörper. Je nach Aktivität, Geschlecht, Alter und Gewicht gibt ein Mensch eine Wärmeleistung von 70 bis 100 Watt an seine Umgebung ab. Damit der Körper die richtige Menge Wärme abgeben kann muss seine Umgebung kühler sein als er selbst. Ca. 22°C empfinden die meisten Menschen da als angenehm. Wird es deutlich wärmer als diese 22°C, gelingt es dem Körper nicht mehr, die Wärme durch Strahlung abzugeben. Er schaltet auf Verdunstung um und wir beginnen zu schwitzen. Was aber eher ein Sommerthema ist.
Befinden wir uns in einer Umgebung deren Temperatur deutlich unter den 22°C liegt gibt der Körper mehr Wärme ab als er gerade produzieren kann. Hände und Füße werden kalt, die Blutgefäße verengen sich, um die Wärmeabgabe zu reduzieren. Jetzt kommen die Hausschuhe, ein Pullover, usw. ins Spiel um den Körper gegen die kalte Umgebungstemperatur zu isolieren.

Warum dieser Ausflug in die Biologie?
Vielfach wird die Raumtemperatur mit der Lufttemperatur im Raum gleichgesetzt. Thermometer im Raum messen in der Regel auch die Lufttemperatur. Dabei hat die Temperatur der Luft einen relativ geringen Einfluss auf die Behaglichkeit. Viel entscheidender ist die Wärmeabstrahlung uns umgebender Körper wie Wände, Möbel, Zimmerdecke und Fußboden. In einem Wohnraum von 30m² Fläche enthält die Raumluft zwischen 3 und 5% der im Raum gespeicherten Wärmeenergie. Der Rest entfällt auf die umgebenden Wände und die Einrichtung. Diese haben eine wesentlich größere Masse als das Luftvolumen und daher auch eine vielfach höhere Wärmespeicherfähigkeit.

Empfundene Raumtemperatur
Diese wird grob nach der Formel „Empfundene Raumtemperatur=(Raumlufttemperatur + Mittlere Temperatur der Umschließungsflächen)/2“ berechnet. Nehmen wir mal einen Raum an der über Nacht ohne Beheizung ausgekühlt ist und in dem morgens eine Stunde der Heizkörper aufgedreht war. Die Raumluft hat nun eine Temperatur von 21°C, die Umschließungsflächen eine Temperatur von 17°C. Nach der Gleichung bedeutet das: (21+17)/2 = 19. Der Raum fühlt sich trotz eingeschalteter Heizung unbehaglich an.

Wärmeverluste im Gebäude/ in einem Raum
Sobald zwischen der Innentemperatur eines Raumes und der an den Außenwänden anliegenden Umgebungstemperatur eine nennenswerte Differenz besteht, gibt es einen Wärmestrom vom Warmen zum Kalten, dieser wird Transmission genannt. Je größer die Temperaturdifferenz um so größer ist auch der Wärmestrom. In der Heizperiode gibt es diesen Wärmestrom 24 Stunden am Tag. Dieser findet auch statt wenn wir, um Energie zu sparen, die Heizung im Raum über Nacht abstellen. Wir sparen also keine Energie, wir hören nur auf, die Wärmeverluste des Gebäudes mit der Heizung auszugleichen. In der Folge kühlen zunächst die Wandoberflächen, dann die Raumluft und auch die Möbel im Raum aus.
Wird nun am nächsten Morgen die Heizung wieder aufgedreht muss diese dreifach arbeiten:

1. Erwärmung der Raumluft, das fällt der Heizung am leichtesten
2. Erwärmung der Umfassungsflächen. Das geschieht zum Teil durch Strahlungswärme der Heizung, zum größeren Teil durch Wärmeübertragung von der zuvor erwärmten Raumluft an Flächen und Gegenstände
3. Ausgleichen der ja weiterhin stattfindenden Wärmeverluste durch Transmission

Die Heizung muss hier Schwerstarbeit leisten um die Verluste aus der Nacht wieder aufzuholen. Schafft sie es, diese Verluste schnell wieder auszugleichen, wird oft von einer „guten Heizung“ gesprochen.
Die Heizung schafft das aber nur, weil der Installateur, in weiser Voraussicht, die Heizkurve am Kessel so eingestellt hat, das die erzeugte Vorlauftemperatur ein ganzes Stück über der zum Ausgleich der stetigen Wärmeverluste notwendigen Temperatur liegt. 
Hat die Heizung nun nach ein paar Stunden ihr Werk vollbracht, macht das Thermostatventil am Heizkörper erstmal wieder zu. Im Heizungskreislauf wird jedoch weiterhin das viel zu warme Wasser durch das Haus gepumpt. 

Die Grafik „Wärmemenge im Tagesverlauf“ bildet die gespeicherte Wärmemenge in einem Einzelraum ab. Dieser wird mit einem Heizkörper beheizt. Für eine empfundene Raumtemperatur von 20°C müssen im Raum 80 kWh Wärmeenergie gespeichert sein. Dieser Wert ist der Ausgangspunkt um 00:00 Uhr.
Die blaue Linie zeigt den Wärmeverlust des Raums im Zeitverlauf, wenn nicht geheizt wird. Der Wärmeverlust des Raums durch Transmission beträgt 1,5 kW, also je Stunde 1,5 kWh. Da mit abnehmender Wärmeenergie auch die Raumtemperatur sinkt, verringert sich im Zeitverlauf auch der Transmissionswärmeverlust je Stunde. So verläuft die Kurve nicht gerade, sondern in einem leichten Bogen. Um 16:00 Uhr hat der Raum 25% seiner Wärmeenergie verloren, so dass die Raumtemperatur etwas 15°C betragen sollte.

Die orangefarbene Linie zeigt den Heizverlauf bei einer Vorlauftemperatur von 70°C und einer Rücklauftemperatur von 55°C. Der Heizkörper hat mit diesen Temperaturen eine Heizleistung von 3 kW und ist damit für den Raum deutlich überdimensioniert. Bis 05:00 morgens ist die Heizleistung stark abgesenkt, danach beginnt das Aufheizen mit voller Leistung. Etwa gegen 09:00 Uhr hat die Heizung die Wärmeverluste der Nacht wieder ausgeglichen. Aufgrund der hohen Wassertemperatur „überschießt“ die Heizung zunächst das Ziel um dann die Leistung zurückzunehmen. Der weiter folgende Tagesverlauf zeigt dann den bei hohen Heiztemperaturen typischen ON/OFF Betrieb mit wiederholten Über-und Unterschreiten der Zieltemperatur.

Die graue Linie zeigt den Verlauf mit Vorlauf 60°C und Rücklauf 45°C. Eine Nachtabsenkung ist auch hier eingestellt, aber nicht so stark wie bei der orangen Linie. Der Grund dafür ist, dass der Heizkörper bei diesen Temperaturen eine Leistung von 2,1 kW hat. Hier muss schon bis 10:30 Uhr mit voller Leistung geheizt werden, um die Wärmeverluste wieder auszugleichen. Danach folgt das typische Über-und Unterschwingen der Heizleistung.

Die gelbe Linie zeigt den Verlauf bei einer Vorlauftemperatur von 50°C und einer Rücklauftemperatur von 40°C. Hier hat der Heizkörper noch eine Leistung von 1,55 kW. Ist also passend für den Transmissionsverlust des Raums ausgelegt. Die Nachtabsenkung ist hier nur noch minimal und wird bereits um 04:00 wieder aufgehoben.
Da Heizleistung und Wärmeverlust nahezu gleich sind wird der Raum anschließend gleichmäßig auf Temperatur gehalten.