Ein Material oder Stoff wird als hygroskopisch bezeichnet, wenn es die Fähigkeit besitzt, Wasser anzuziehen und aufzunehmen, bzw. zu binden. Ein Beispiel für einen hygroskopischen Baustoff ist Holz, das in der Lage ist, Feuchtigkeit aufzunehmen und auch wieder abzugeben. In welchem Maß dies geschieht, hängt vom Feuchtegehalt der unmittelbaren Umgebung, zum Beispiel der Raumluft, ab.

Hygroskopie als chemische Reaktion

Hygroskopische Stoffe entziehen der Umgebung Feuchtigkeit durch eine chemische Reaktion und verändern dabei zum Teil ihre Konsistenz wie auch die chemische Zusammensetzung. So löst sich zum Beispiel Kochsalz, das ebenfalls zu den hygroskopischen Stoffen gehört, durch das gebundene Wasser auf. Wird die Feuchtigkeit entzogen, bildet sich die Substanz zu ihrem Ausgangszustand zurück.

Gutes Raumklima durch hygroskopische Baustoffe

Alle hygroskopischen Baustoffe wirken sich durch die Fähigkeit, Feuchtigkeit aufzunehmen und wieder abzugeben, positiv auf das Raumklima aus. Deshalb werden Holz, aber auch Naturfaserteppiche, Mauersteine, Lehm- oder Kalkputz besonders gerne als Baustoffe verwendet. Steigt die Luftfeuchtigkeit in Innenräumen an, nehmen hygroskopisch wirkende Stoffe einen Teil des Wasserdampfes in der Luft auf und sorgen für ein Absinken der Luftfeuchte. Sinkt die Raumluftfeuchtigkeit unter einen bestimmten Wert ab, wird das gebundene Wasser wieder an den Raum abgegeben. Dadurch herrscht in den Innenräumen immer ein angenehmes Klima mit idealer Luftfeuchtigkeit.

Unerwünscht hygroskopisch

Im Zusammenhang mit der Hygroskopie gibt es allerdings auch unerwünschte Erscheinungen wie zum Beispiel die Ablagerung alkalischer Salze an der Außenwand eines Gebäudes. Diese wird durch eine fehlerhaft ausgeführte horizontale Abdichtung ausgelöst. Aufsteigende Feuchtigkeit verteilt sich im Mauerwerk und löst die darin enthaltenen Salze, die anschließend an der Wandoberfläche auskristallisieren.

hygroskopisch und hydrophil

Im Gegensatz zu hygroskopischen Stoffen reagieren zwar auch hydrophile Substanzen leicht mit Wasser, allerdings kommt es dabei nicht unbedingt zu einer chemischen Reaktion. Als Faustregel gilt, dass stark hygroskopische Stoffe immer auch hydrophil sind.

Hygroskopie bezeichnet die Eigenschaft, vorhandene Feuchtigkeit aus der Umgebung zu binden. Meistens tritt diese als Wasserdampf auf, der aus der Luftfeuchtigkeit entsteht. Der Großteil der festen aufnehmenden Stoffe neigt dazu, bei einer Aufnahme von Wasser, zu verklumpen oder zu zerfließen. Davon ausgenommen sind poröse Materialien, die Wasser in ihren Hohlräumen binden können.

Auf dem Bau kann sich hygroskopisches Material negativ auf Bauteile, die starken Witterungseinflüssen ausgesetzt sind, auswirken. Vorhandene Wasserteilchen, die sich im Baumaterial befinden, können sich bei Frost in Eiskristalle umwandeln und somit zur Zerstörung der Innen- und Außenstruktur des Materials führen. Deshalb sollte darauf geachtet werden, für bestimmte Bauteile Material zu wählen, dass eine frostunempfindliche Eigenschaft aufweist und somit nicht hygroskopisch reagiert.

Aber auch positive Eigenschaften können durch die Hygroskopie beim Bau eines Hauses genutzt werden. Bei der Nutzung von hygroskopischen Baumaterialien im Innenraum eines Hauses, wie beispielsweise beim Verputzen von Wänden oder der Nutzung von Holzböden, kann positiv auf die Luftfeuchtigkeit eines Raumes, und das dadurch entstehende Raumklima Einfluss genommen werden. Hier sind hygroskopische Stoffe, wie zum Beispiel Holz, Ziegel, Kalk und Lehm, den nicht hygroskopischen Baustoffen wie Stahl oder Metall, zum Erzielen eines optimalen Raumklimas, vorzuziehen.

Ein Hygrometer ist ein Messgerät zur Bestimmung des Feuchtegehalt in der Luft. Dabei zeigt das Hygrometer die relative Luftfeuchtigkeit mit einer Genauigkeit von +/- 2 % an. Die Luftfeuchte gibt den Anteil an Wasserdampf in der Umgebungsluft an. Dieser Anteil in der Luft hängt von der Temperatur ab und bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit ist die Luft vollständig mit Wasserdampf gesättigt. Der Wasserdampfgehalt der Luft wird mit der relativen Luftfeuchtigkeit angegeben. In einem analogen Hygrometer, das auch Absorptionshygrometer genannt wird, erfolgt die Messung unter Verwendung von hygroskopischen, also Wasser-anziehenden, Materialien.

In der Regel wird ein synthetisches Haar oder eine beschichtete Bimetall-Feder in analogen Hygrometern verwendet. Beides dehnt sich mit zunehmender Feuchtigkeit aus und zieht sich wieder zusammen, wenn die Luft trockener wird. Digitale Hygrometer messen die Umgebungsluft am Aufstellort mittels Sensoren, die den absoluten Feuchtigkeitswert und die Lufttemperatur messen. Das Gerät errechnet dann daraus die relative Feuchte. Der absolute Wert der Luftfeuchtigkeit steht für die tatsächlich vorhandene Menge Wasser in einem Kubikmeter Luft. Abhängig von der Lufttemperatur kann sich der Wert der relativen Feuchtigkeit verändern. Digitale Hygrometer werden in Hygrograph und Hygrostat unterteilt.

• Hygrograph
  Messung und Aufzeichnung der Feuchtigkeitswerte.
  
  
• Hygrostat
  Messung der Feuchtigkeitswerte und Übersendung an angeschlossene Geräte wie ein Luftbefeuchter oder Luftentfeuchter.

Die Messung und Überwachung der relativen Luftfeuchte kann sinnvoll sein, denn bei zu feuchter Raumluft droht Schimmelbefall und zu trockene Raumluft kann zu gesundheitlichen Beschwerden wie trockenen Augen führen. Von einem gesunden Raumklima spricht man, wenn die Luftfeuchte in einem Raum bei ca. 50 % liegt. Einige Baustoffe und Baumaterialien neigen zu Dimensions- oder Formveränderungen, wenn die Luftfeuchte zu hoch oder zu niedrig ist.

Übersetzt bedeutet hydrophob „Wasser abweisend“. Beim Thema Hausbau geht es vor allem um hydrophobe Baustoffe, die mit dem Verfahren der Hydrophobierung wasserabweisend gemacht werden. Das hydrophobe Wirkprinzip an Fassaden verhindert oder reduziert das Eindringen von Wasser in die Poren der Baustoffe.

Allerdings verringert sich die hydrophobe Wirkung der Spezialbehandlung auf der Oberfläche von porösen Baustoffen wie Ziegel mit der Zeit. Ein hypdrophober Putz kann aufgetragen werden, doch die Beschichtung der Putzflächen als Nachbehandlung hat gezeigt, dass Putze über das Jahr durch ausfallendes Tauwasser stärker mit Feuchtigkeit belastet werden, als durch den selteneren Regen. Eine Lösung ist hier ein dickschichtiges hydrophiles Putzsystem, dass das Oberflächenwasser nicht abweist, sondern in den Kapillaren der Baustoffe zwischenspeichert und in Form von Wasserdampf kontinuierlich abgibt.

Eine gängige Art der Imprägnierung für saugfähige, mineralische Untergründe wie Ziegelsichtmauerwerk, Klinker oder Kalksandstein bieten wasserverdünnbare Silikonharze, die wasserdampfdurchlässige Oberflächen erlauben und gleichzeitig einen Feuchteschutz gegen Schlagregen bieten. Im Handel finden sich zahlreiche Mittel in Form von wasserabweisenden Farben und Oberputzen, die einen Baustoff derart wasserabweisend machen, dass selbst in kleine Risse kein Regenwasser mehr eindringen kann.

Ein hydraulischer Kurzschluss ist das Resultat eines Ungleichgewichtes im Heizungskreislauf. Dabei werden heizungskesselnahe Heizkörper und Anlagenteile überversorgt. Geräte, die sich weiter weg befinden, werden hingegen unterversorgt. Die Ursache für diesen ‘Kurzschluss’ ist ein fehlender hydraulischer Abgleich.

Das Wasser im Heizungskreislauf ‘sucht’ sich den geringsten Widerstand. In einem hydraulisch unausgeglichenen System fließt ständig Heizungswasser zwischen dem Wärmeerzeuger und den erzeugernahen Heizkörpern. Dieser Umstand erhöht die Stromkosten für die Umwälzpumpe aufgrund unnötig erbrachter Pumparbeit. Zusätzlich steigt der Verbrauch an Brennstoffen um bis zu 10 Prozent.

Um zu überprüfen, ob eine Optimierung des Heizungssystems notwendig ist, sind unter anderem folgende Kriterien zu beachten:

• Heizkörper weiter weg gelegenen Räumen werden nur lauwarm
• Vermehrtes Rauschen im Heizkörper
• Rücklauftemperatur ist kaum kälter als die Vorlauftemperatur, insbesondere bei nahe am Wärmeerzeuger gelegenen Heizkörpern
• Schwierige Gestaltung der gewünschten Raumtemperaturregulierung in der Wohnung oder im Haus

Der hydraulische Abgleich bewirkt, dass jeder im Heizungssystem integrierte Heizkörper nach festgelegter Vorlauftemperatur mit der Wärmemenge versorgt wird, die er zur Beheizung des jeweiligen Raumes benötigt.

Bei der Durchführung eines hydraulischen Abgleiches handelt es sich im Wesentlichen um die Berechnung der erforderlichen Heizleistung und die dafür nötige Einstellung an den Heizkörpern. Für jeden Raum der beheizt wird muss eine Heizlast berechnet werden. Dafür sind viele Faktoren und Daten, wie beispielsweise die Größe eines Raumes, die Größe der Fenster und der Wandflächen, zu berücksichtigen. Auch die Entfernung der Heizungspumpe und das Rohrnetz müssen hierfür berechnet werden. Dieses ist besonders sinnvoll und auch notwendig, da Heizungsanlagen, die nicht richtig eingestellt sind, nicht über einen einheitlichen Druck verfügen, der jedoch wichtig ist um ausreichend warmes Wasser zu den gesamten Heizkörpern transportieren zu können.

In der Praxis sieht das dann so aus, dass die Heizkörper, die den kürzesten Weg zur Heizungsanlage haben, überversorgt sind und somit heiß werden hingegen die weiter entfernten Heizkörper durch den abfallenden Druck unterversorgt sind und eine ausreichende Wasserzirkulation nicht mehr gewährleistet werden kann. Hierbei kommt nun der Hydraulische Abgleich zum Einsatz.

Für Hauseigentümer erbringt eine hydraulische Einregulierung ökonomische sowie ökologische Vorteile. Nicht nur das Energie- und Heizkosten eingespart werden können. Auch die Steigerung des Wohnkomforts nimmt durch die Einriegelung zu, was sich durch eine gleichmäßig stattfindende Wärmeverteilung bemerkbar macht.

Vorteile des hydraulischen Abgleichs:

• alle Heizkörper funktionieren einwandfrei, einschließlich der Fußbodenheizung
• mehr Wohnkomfort
• hohe Energieeinsparungen und weniger Energiekosten
• Umweltfreundlich
• Günstiges Verfahren
• Ausgezeichnetes Preis-Leistungs-Verhältnis

Auch bei einer Fußbodenheizung ist die Durchführung eines hydraulischen Abgleichs sinnvoll. Die Berechnung ist hier zwar etwas aufwendiger, jedoch können durch eine passende Einstellung wiederum Kosten eingespart werden. Bei der Berechnung dieser Werte setzt man heute auf ein relativ neues Verfahren, der Thermografie. Hierbei wird, durch Hilfe einer Wärmekamera, die Verteilung der Energie genauestens lokalisiert und abgebildet, was die Messung enorm vereinfacht. Hauseigentümer sollten bei einer Modernisierung ihrer Heizungsanlage immer Experten hinzuziehen. Diese verfügen über modernste Mittel um eine effiziente Lösung präsentieren zu können.

Im Zusammenhang mit anderen Sanierungsmaßnahmen können Hauseigentümer auch Förderungen in Anspruch nehmen. Der hydraulische Abgleich ist mittlerweile sogar Voraussetzung für alle Förderprogramme der KfW sowie der BAFA, die den Neubau eines Heizungssystems oder eine Modernisierung betreffen.

Weitere Informationen: www.hausbau-berater.de/hydraulischer-abgleich.html.

Die hydraulische Weiche ist ein Bauteil innerhalb von Heizungsanlagen und dient zur Entkopplung  der Wasserkreisläufe von Heizkreis und Verteilerkreis. Fehlt diese Entkopplung, kann es zu verschiedenen Problemen im Betrieb der Anlage wie erhöhtem Stromverbrauch und erschwerter Temperaturregelung kommen.

Aufbau und Funktion der hydraulischen Weiche

Die hydraulische Weiche besteht aus einem senkrecht angeordneten Rohr, das Vor- und Rücklauf der Heizkreise miteinander verbindet. Damit alle angeschlossenen Erzeuger und Verbraucher mit der nötigen Wassermenge befüllt sind, ist das Rohr so groß dimensioniert, dass das Wasser in seinem Inneren mit geringer Geschwindigkeit fließt. Zusätzlich wird bei Brennwertheizgeräten im Verbraucherkreis eine extra Pumpe installiert.

Das Bauteil kommt zum Einsatz, wenn Wärmeerzeuger und Wärmeverbraucher mit unterschiedlichen Wassermengen betrieben werden. Die Weiche wird zwischen Kessel und Heizkörper geschaltet und erzeugt in ihrer Mitte den sogenannten hydraulischen Nullpunkt. Dadurch wird sichergestellt, dass die beiden Systemkreise unabhängig voneinander funktionieren und an jeder Stelle der Heizungsanlage das nötige Heizungswasser zur Verfügung steht.

Vorhandene Pufferspeicher, die als Vorratsspeicher dienen, erfüllen alle Voraussetzungen für eine hydraulische Weiche und werden häufig als solche verwendet.

Einsatzbereiche hydraulische Weiche

In der Praxis werden hydraulische Weichen in Heizungsanlagen eingesetzt, bei denen sich die Wasserströme von Wärmeerzeuger und Wärmeverbraucher stark unterscheiden. Dies ist zum Beispiel bei Zweikreis-Anlagen mit Fußbodenheizung der Fall.

Die Vorteile der hydraulischen Weiche

Die Entkopplung der Heizkreise innerhalb einer Heizungsanlage bringt mehrere Vorteile für den Betrieb:

• Garantierter Mindest-Umlaufmassenstrom im Heizkessel
• Effiziente Regelung
• Einfache Dimensionierung der Kesselkreisumwälzpumpe
• Einsatz als Luft- oder Schlammabscheider (bei ausreichender Dimensionierung)

Probleme kann es beim Einsatz in Brennwertheizgeräten geben. Die in diesen Anlagen gewünschte niedrige Rücklauftemperatur für eine maximale Effizienz wird durch die hydraulische Weiche aufgehoben.

Die Verteilerweiche

Als Verteilerweiche übernimmt die hydraulische Weiche nicht nur die Entkoppelung, sondern dient zusätzlich auch als Verteiler mit gesonderten Zu- und Abgängen. Dadurch können Erzeuger und Verbraucher das Wasser in den passenden Temperaturschichten einspeisen oder abnehmen.

Hydrationsenergie wird freigesetzt, wenn sich Wassermoleküle in Ionen anlagern. Es handelt sich hierbei um einen Spezialfall der Solvationsenergie mit Wasser als Lösungsmittel. Löst sich beispielsweise ein Salz in Wasser auf, dann bedeutet dies, dass sich die Ionen am Rande des Ionengitters von den Wassermolekülen aus dem Gitter lösen und von ihnen umhüllt werden. Ist die auftretende Hydrationsenergie dann gleich groß oder größer als seine Gitterenergie, wird ein Salz als gut löslich bezeichnet. Bei Salzen bei denen die Hydrationsenergie, die sogenannte Gitterenergie jedoch überkompensiert, tritt beim Lösen des Salz-Wasser-Gemisches, eine Erwärmung ein. Beispielsweise löst sich wasserfreies Calcium 2-Chlorid unter Erwärmung in Wasser auf. Beim Lösen von Calciumchlorid-Hexahydrat kühlt die Lösung hingegen ab. Eine Abkühlung der Stoffe führt dazu, dass die zum Auflösen des Salzes benötigte sogenannte Gitterenergie nicht vollständig von der Hydrationsenergie gedeckt wird und dadurch die benötigte Energie aus der im Wasser entstandenen Wärmeenergie entnommen werden muss. Ist die Gitterenergie dabei erheblich größer als die Hydrationsenergie, dann kann der Lösungsvorgang nicht durchgeführt werden. Das bedeutet, der betreffende Stoff ist somit nicht in Wasser löslich.

Der Hybridkollektor produziert Strom und Wärme in einem Element. Damit lässt sich die Dachfläche ideal ausnutzen, um Energie aus der Sonne zu gewinnen. Dieser Kollektortyp erzeugt wie ein Solarmodul aus der einfallenden Sonnenenergie Strom, die dabei anfallende Wärme wird wie bei einer Solarzelle zur Warmwasserbereitung genutzt.

Hybridkollektor und Photovoltaikkollektor – Gemeinsamkeiten und Unterschiede

Ein Photovoltaikkollektor nutzt den sichtbaren Teil des Sonnenlichts, also die Sonnenstrahlen, um Strom zu produzieren. Die übrigen etwa 42 % der Sonnenenergie, die in Form von nicht sichtbarer Infrarotstrahlung anfallen, bleiben ungenutzt. Auch der Hybridkollektor produziert Strom, allerdings besitzt er neben der Modulfläche eine zweite Schicht, mit der die Wärmestrahlung der Sonne ebenfalls genutzt werden kann. Durch eine integrierte Lüftung wird eine Überhitzung des Kollektors verhindert. Dies ist erforderlich, da die Stromproduktion mit der Temperatur des Kollektors nachlässt. Der Hybridkollektor stellt hier einen Kompromiss dar und produziert Strom und Wärme in einem für beide Energiearten optimierten Verhältnis.

Arten von Hybridkollektoren

Hybridkollektoren sind in verschiedenen Bauformen erhältlich. Ein abgedeckter Hybridkollektor verfügt zwischen der Abdeckplatte aus Glas und der Solarzelle über eine Luftschicht, um die Wärmeproduktion zu steigern. Der flexible Hybridkollektor besteht aus zwei Solarzellenschichten. Über eine interne Steuerung meldet der Wärmespeicher, wenn seine Kapazitäten ausgeschöpft sind und der Kollektor produziert bevorzugt Strom statt Wärme. Dieser Kollektortyp ist aktuell in der Entwicklungsphase und noch nicht auf dem Markt erhältlich.

Wann ist ein Hybridkollektor sinnvoll?

Die Vorteile des Hybridkollektors, nämlich die parallele Produktion von Strom und Wärme, lassen sich nur dann optimal ausspielen, wenn die Wärme auch wirklich genutzt wird. Dies ist in Einfamilienhäusern meist seltener der Fall, da die entsprechenden Verbraucher fehlen. Wirtschaftlich ist der Einsatz in Gebäuden mit hohem Warmwasserbedarf wie Schwimmbädern, Krankenhäusern oder Hotels sowie in Gewerbetrieben mit einem hohen Bedarf an Prozesswärme.

Im Einfamilienhaus kann der Hybridkollektor dann sinnvoll sein, wenn er bedarfsabhängig arbeitet oder in Kombination mit einer Wärmepumpenheizung zur sommerlichen Kühlung genutzt wird.

Als Hybridheizung bezeichnet man eine Heizungsanlage, die Ihre Energie aus verschiedenen Wärmequellen bezieht. In der Regel werden dabei eine fossile und eine erneuerbare Energiequelle kombiniert, alternativ können auch zwei regenerative Energiequellen eingesetzt werden. Zunehmend wird auch eine dritte Quelle miteingebunden, in diesem Fall spricht man von einem trivalenten Heizsystem.

Vor- und Nachteile der Hybridheizung

Hybridheizungen sind flexibel, sehr effizient und erweiterungsfähig. Sie kommen im Neubau, aber auch bei der Sanierung oder der Modernisierung von Heizungsanlagen zum Einsatz. Die zumindest teilweise Verwendung erneuerbarer Energien schont Umwelt und Klima, durch die Nutzung verschiedener Energiequellen besteht eine hohe Versorgungssicherheit. So können die meist schwankend verfügbaren regenerativen Energien durch die zuverlässige und von der Umwelt unabhängige Versorgung mit Gas oder Öl ergänzt werden. Schließlich sinken auch die Heizkosten insgesamt, da ein Teil der Wärme aus kostenloser Umweltenergie erzeugt wird. Gerade die trivalenten Systeme eignen sich auch zur schrittweisen Modernisierung. Die Hybridheizung erfüllt die Anforderungen aus dem Gebäudeenergiesetz (GEG), nachdem Neubauten zumindest teilweise ihre Energie aus erneuerbaren Energien beziehen müssen. Schließlich gibt es für diese Systeme auch besonders attraktive Förderprogramme, um ihren Einsatz zu fördern.

Als nachteilig kann sich erweisen, dass die Anschaffungskosten vergleichsweise hoch sind und eine Hybridheizung nicht unbeschränkt einsetzbar ist, bzw. Gasanschlüsse oder Tanks ebenfalls neu installiert werden müssen. Die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen bleibt nach wie vor bestehen. Umgangen werden kann dies durch die Wahl einer Hybridheizung, die ausschließlich mit regenerativen Energien arbeitet.

Mögliche Kombinationen für trivalente Heizsysteme

Klassische Hybridheizungen mit zwei Komponenten (bivalente Heizsysteme) bestehen zum Beispiel aus einer Kombination von Ölheizung und Solarthermie, Gasbrennwertheizung und Kaminofen (mit Warmwasserbereitung), Gasbrennwertheizung und Solaranlage oder Gasheizung und Luftwärmepumpe. Bei trivalenten Systemen bieten sich Gasbrennwertheizung, Solaranlage und Kaminofen oder Luftwärmepumpe, Solaranlage und Kaminofen als sinnvolle und effektive Kombination an.

Siehe auch: Hybridheizungen vereinen verschiedene Systeme