Heizungsanlagen machen sich unterschiedlichste Wege der Wärmeübertragung zu Nutze, um ihrem Zweck nachzukommen. Im Großen und Ganzen unterscheidet man drei Formen der Wärmeübertragung:
- Wärmeleitung
- Wärmestrahlung
- Konvektion
Bei jeder dieser drei Arten wird thermische Energie auf die eine oder andere Weise übertragen. Zum Aufbau einer leistungsgerechten und zweckmäßigen Heizungsanlage ist ein grundlegendes Wissen über die Wärmeübertragung unumgänglich. So finden sich in jedem herkömmlichen Heizungssystem mindestens zwei Formen der Wärmeübertragung. Der Heizkessel – unabhängig von der Form der Hitzeerzeugung – sorgt durch Konvektion dafür, dass der vorbeifließende Wärmespeicher aufgeheizt wird. Im späteren Verlauf geben Heizkörper aus Metall auf der Grundlage der Wärmeleitung die gespeicherte Wärme wieder ab. Bei der Konvektion umfließt eine Flüssigkeit einen warmen Körper und speichert dadurch thermische Energie. Daher stammt auch das deutsche Synonym des Verfahrens: die Wärmeströmung.
Wärmeleitung bedeutet in diesem Fall lediglich, dass die thermische Energie vom Speichermedium – Wasser, Wasserdampf oder Thermo-Öl – abgegeben wird und sich in Richtung kälterer Areale im Raum ausbreitet. Das System ist aus dem alltäglichen Leben wahrscheinlich jedem bekannt.
Wärmeübertragung durch Luft und Gase
Nachdem die Wärme erzeugt worden ist, muss sie auch wieder freigegeben werden, damit Räume und Zimmer beheizt werden können. Dies kann auch durch die Luft oder Gase geschehen. Infrarotlampen erhitzen ihre Umgebung und die Wärme breitet sich auf der physikalischen Grundlage des Prinzips der Wärmeleitung aus. Die Umgebung wird wärmer. Je nach Größe und Leistung der Wärmequelle funktioniert dieses Prinzip sowohl in Brutkästen für Tiere als auch in kleineren Badezimmern, wo man noch heute Infrarot-Heizungen finden kann. Gewöhnliche Raumluft wird bei diesem Verfahren zum Mittelpunkt der Wärmeübertragung. Ebenso lassen sich Gase zum Heizen nutzen. In der Regel handelt es sich hierbei um Wasserdampf. Das Wasser wird im Heizkessel bis zum Sieden erhitzt, es verdampft und strömt dann durch die Rohre und Leitungen des Heizungssystems. Je nach Regelung erhitzt der heiße Wasserdampf wiederum auf der Basis der Wärmeleitung die Räume in unterschiedlichem Maße.
Wärmeübertragung durch Wasser und Flüssigkeiten
Wasser muss jedoch nicht bis zum Verdampfen erhitzt werden, um als Grundlage der Wärmeübertragung in Heizungen fungieren zu können. Eine Vielzahl der Heizungsanlagen greift auf ganz gewöhnliches, heißes Wasser zurück. Auch hier wird es am Heizkessel durch Wärmeströmung erhitzt, fließt durch die Rohre im ganzen Haus und gibt, je nach Einstellung, die Wärme wieder frei. Die Räume werden angenehm warm. Weitaus weniger verbreitet ist die Verwendung von Thermo-Ölen. Sie gliedern sich in zwei Gruppen: Öle mit niedriger Viskosität und hoher Entflammbarkeit und Öle mit hoher Viskosität und niedrigerer Entflammbarkeit. Genau in diesen Eigenschaften liegt der Grund für ihre recht geringe Verbreitung in privaten Haushalten. Die Brandgefahr von Thermo-Ölen als Wärmetransportmittel macht sie trotz ihrer preiswerten Verfügbarkeit zu einem Sicherheitsrisiko. Gleichzeitig verfügen sie über die unangenehme Eigenschaft, dass sie Dichtungen angreifen und schädigen können. Kommt es bei einer Wasserheizung zu einem Schaden im Dichtungssystem entsteht schnell ein Wasserschaden. Bei Thermo-Öl besteht wiederum die Gefahr, dass in kürzester Zeit das gesamte Hab und Gut in Flammen steht.
Wärmeübertragung und Energieeffizienz
Je nach Wahl des Wärmetransportmittels muss eingeschätzt werden, wie groß seine Wirkung sein kann. Gewöhnliche Raumluft hat als Trägermedium den Vorteil der ständigen und kostenfreien Verfügbarkeit. Allerdings ist sie in ihrer Wirkung begrenzt. Außerdem gelten Infrarotheizkörper als wahre Energiefresser, die nicht gerade durch Energieeffizienz überzeugen können. Wasser ist in erschlossenen Gebieten in aller Regel auch stets verfügbar und kostengünstig. Die gewöhnliche Beheizung mit heißem Wasser hat sich auch deshalb durchgesetzt, da sie mit vergleichsweise hoher Effizienz überzeugen kann. Im Gegensatz zum Verfahren der Beheizung mit Wasserdampf muss das kühle Nass nicht erst zum Sieden gebracht werden. Dieses System lohnt sich in der Regel nur bei Großobjekten und der Wärmeübertragung von Fernwärme. Am wenigstens sinnvoll erscheint der Einsatz von Themo-Ölen. Die Gefahren, die ihre Verwendung mit sich bringt, müssen sehr genau gegen die günstigen Einkaufskonditionen abgewogen werden.