Übersicht über verschiedene Wärmeerzeuger
Niedertemperaturkessel (auch NT-Kessel) sind laut Begriffsdefiniton des GEG (Gebäude-Energie-Gesetz) Heizkessel, die kontinuierlich mit einer Eintrittstemperatur von 35 bis 40 °C betrieben werden können und in denen es unter bestimmten Umständen zur Kondensation des in den Abgasen enthaltenen Wasserdampfes kommen kann. Sie basieren auf der Verbrennung fossiler Kohlenwasserstoffe, wie Erdöl oder Erdgas.
Bei jeder Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entsteht als Verbrennungsprodukt Wasser. Bei den üblichen Verbrennungstemperaturen ist dieses Wasser gasförmig und enthält die sogenannte Verdampfungsenergie, die bei einer Kondensation des Wassers wieder frei wird.
Unter bestimmten Voraussetzungen kann es bei NT-Kesseln zur Kondensation des Wasserdampfes kommen. In den meisten Fällen entweicht das gasförmige Wasser aber ungenutzt mit dem Abgas. Bei Brennwertgeräten sollte die Kondensation des Wassers dagegen der Regelfall sein!
Vorteile
keine
Nachteile
Nachteile sind die höheren laufenden Kosten, aufgrund der schlechten Energieeffizienz. NT-Kessel sind in den meisten Fällen sehr alt und sie haben ihre Lebenserwartung dadurch bereits erreicht oder überschritten
Die Funktionsweise eines Brennwertheizkessels ist zunächst vergleichbar mit der eines NT-Heizkessels. Allerdings wird die Verdampfungsenergie des entstehenden Wassers genutzt, indem es kondensiert wird und die zusätzlich frei gewordene Energie ebenfalls für die Wärmebereitstellung verwendet werden kann.
Der Begriff Brennwert (alternativ auch oberer Heizwert) bezeichnet die Verbrennungsenergie eines Stoffes inklusive der Verdampfungsenergie des produzierten Wassers. Daher werden Geräte, die diese zusätzliche Energie nutzen können, als Brennwertgeräte bezeichnet.
In der folgenden Abbildung ist der Aufbau und die Funktionsweise eines Brennwertgerätes dargestellt.
Vorteile
Vorteile gegenüber Niedertemperaturheizkesseln ist die höhere Energieeffizienz, wodurch die laufenden Kosten geringer ausfallen.
Nachteile
Nachteil ist die schlechtere Ökobilanz im Vergleich zu den folgenden Wärmeerzeugern.
Holzpelletheizungen verbrennen automatisiert kleine Holzschnipsel, sogenannte Pellets. Beispielsweise durch eine Transportschnecke wird der Heizung kontinuierlich Brennmaterial zugeführt. Angeliefert wird das Material ähnlich wie Heizöl mit LKW. Auf diese Weise kann ein nachwachsender Rohstoff genutzt werden, um das Haus zu beheizen.
Vorteile
Vorteile liegen in der guten Primärenergiebilanz, solange das Holz tatsächlich aus nachhaltig bewirtschafteten Wäldern stammt.
Nachteile
Nachteilig wirken sich der erhöhte Platzbedarf durch die Pelletbevorratung und der undurchsichtige Markt aus, die u.U. zu deutlichen Preisschwankungen führen können. Außerdem kann der Wartungsaufwand je nach System hoch ausfallen, da bspw. Asche entsorgt werden muss.
Wärmepumpen nutzen bereits vorhandene Energie auf niedrigem Temperaturniveau und werten sie unter Verwendung elektrischer Energie auf, sodass damit geheizt werden kann. Das Prinzip ist vergleichbar mit einem Kühlschrank. Im Falle einer Wärmepumpe befindet sich die kalte Seite außerhalb des Hauses, der Umgebung wird Energie entzogen. Die warme Rückseite eines Kühlschrankes entspricht (grob vereinfacht) der Heizung im Haus.
Um die Umgebungsenergie zu nutzen, kann die Umgebungsluft verwendet werden. In diesem Fall wird von einer Luft-Wärmepumpe gesprochen. Der Vorteil er Nutzung von Umgebungsluft liegt in den für Wärmepumpen vergleichsweise niedrigen Anschaffungskosten. Der Nachteil besteht darin, dass die Außenluft im Winter - also bei hohem Wärmebedarf - besonders wenig Energie enthält. in der Regel wird bei sehr niedrigen Außentemperaturen automatisch ein elektrischer Heizstab als zusätzlicher Wärmeerzeuger zugeschaltet um den hohen Leistungsbedarf eines Gebäudes zu decken.
Eine weitere Möglichkeit besteht in der Nutzung von Erdwärme. Dafür werden entweder Flächenkollektoren unter freien Flächen vergraben oder Erdsonden gebohrt, die mehrere hundert Meter tief sein können. Diese Bodenwärmepumpen können auch ganzjährig verwendet werden, sind aber deutlich teurer in der Anschaffung als Luftwärmepumpen. In diesem Fall spricht man auch von Sole-Wärmepumpen.
Wärmepumpen haben Wirkungsgrade, die bezogen auf den elektrischen Strom über 100% liegen. Daher wird in der Regel nicht mehr von Wirkungsgraden, sondern von Leistungszahlen gesprochen. Eine Leistungszahl von 3 bedeutet z.B., dass dreimal mehr Wärmeenergie erzeugt als Strom verbraucht wird. Ihren ökologischen Vorteil gegenüber herkömmlichen, fossilen Heizsystemen können Wärmepumpen v.a. bei Verwendung von regenerativ erzeugten Strom ausspielen. Daher lohnt sich die Kopplung mit einer eigenen Photovoltaikanlage.
Die Leistungszahl einer Wärmepumpe ist von der Temperaturspreizung zwischen Umgebungstemperatur und Vorlauftemperatur abhängig. Daher sollte die Heizungssystem-Temperatur möglichst niedrig sein. Deshalb eignen sich Fußbodenheizungen besonders für den Betrieb mit einer Wärmepumpe, aber auch Heizungssysteme mit Heizkörpern können wirtschaftlich durch eine Wärmepumpe mit Wärme versorgt werden.
Bei der solaren Heizungsunterstützung werden andere Wärmeerzeuger durch eine solarthermische Anlage unterstützt. Dafür werden Sonnenkollektoren auf dem Dach installiert, die von einem Wasser-Glykol-Gemisch durchströmt werden, um die Sonnenenergie an einen Warmwasserspeicher abzugeben. Üblicherweise können auf diese Weise ca. 10% des Heizbedarfs und 60% des Warmwasserbedarfs gedeckt werden.
Blockheizkraftwerke (BHKW) sind eine Form der Kraft-Wärme-Kopplung. Dabei wird die Erzeugung von Strom und Wärme in einem Kraftwerk kombiniert. I.d.R. werden Blockheizkraftwerke wärmegeführt betrieben, d.h. ihr Betrieb ist nur an den Wärmebedarf gekoppelt und ggf. überflüssiger Strom wird ins Netz eingespeist.
Herkömmliche BHKW
Bei herkömmlichen BHKW wird Erdgas verwendet um einen Motor anzutreiben, der wiederum mit einem Generator zur Erzeugung elektrischer Energie gekoppelt ist. Die Abwärme des Systems wird für die Bereitstellung von Nutzwärme verwendet.
Vor- und Nachteile
BHKW sind effizienter als die getrennte Erzeugung von Strom und Wärme aus Erdgas. Daher sind sie vergleichsweise umweltfreundlich. Allerdings ist der Wartungsaufwand hoch, wodurch zusätzliche laufenden Kosten entstehen. Darüber hinaus ist die Geräuschentwicklung nicht zu vernachlässigen.
Brennstoffzellen
BHKW auf Basis von Brennstoffzellen produzieren ebenfalls Strom und Wärme gleichzeitig. Dafür wird Erdgas verwendet, das je nach Brennstoffzellentyp entweder direkt genutzt wird oder zunächst in einem anlagen-internen Reformer aufgespalten wird, um reinen Wasserstoff zu gewinnen. Für die Spitzenlastdeckung ist in den meisten Geräten ein Brennwert-Heizkessel vorhanden.
Vor- und Nachteile
Die Vorteile gegenüber herkömmlichen BHKW bestehen darin, dass sie im Brennstoffzellenbetrieb komplett geräuschlos arbeiten. Darüber hinaus ist das Verhältnis von produzierten Strom zur produzierten Wärme größer, sodass die Stromdeckung bei gleichem Wärmebedarf größer ausfällt. Theoretisch sind die laufenden Kosten aufgrund der fehlenden beweglichen Verschleißteile niedriger als bei BHKW mit Verbrennungsmotoren.
Die Brennstoffzellen-Technologie ist allerdings noch nicht so lange am Markt, sodass Folgekosten schlecht eingeschätzt werden können.