In einem meiner Blog-Beiträge habe ich darüber geschrieben, wie wichtig es ist, möglichst effiziente Heizungsanlagen zu betreiben. Der Grund dafür ist dem Umstand geschuldet, dass die Wärmeerzeugung mit Abstand am meisten zum Energieverbrauch deutscher Haushalte beiträgt. Im Folgenden stelle ich einige Wärmeerzeuger vor und gehe kurz auf ihre Vorzüge und Nachteile ein.

Übersicht über verschiedene Wärmeerzeuger

Niedertemperatur-Heizkessel

Niedertemperaturkessel (auch NT-Kessel) sind oftmals in älteren Gebäuden aus den 70er und 80er Jahren zu finden. 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. 

Vorteile

Vorteile gegenüber anderen Wärmeerzeugern liegen in den niedrigeren Anschaffungskosten. 

Nachteile

Nachteile sind die höheren laufenden Kosten, aufgrund der schlechten Energieeffizienz. Heizkessel haben bei Betrieb mit Öl einen höheren Platzbedarf aufgrund des Ölspeichers. 

Brennwert-Heizkessel

Die Funktionsweise eines Brennwertheizkessels ist zunächst vergleichbar mit der eines Standardheizkessels. 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.

Schema eines Brennwertheizkessels
Funktionsweise eines Brennwertheizkessels
Vorteile

Vorteile gegenüber herkömmlichen Niedertemperaturheizkesseln ist die höhere Energieeffizienz, wodurch die laufenden Kosten geringer ausfallen.

Nachteile

Nachteile sind die höheren Anschaffungskosten gegenüber NT-Kesseln und die schlechtere Ökobilanz im Vergleich zu den folgenden Wärmeerzeugern. Auch Brennwert-Heizkessel haben bei Betrieb mit Heizöl einen höheren Platzbedarf aufgrund des Ölspeichers. 

Holzpellet-Heizung

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

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 Luftwärmepumpe gesprochen. Der Vorteil er Nutzung von Umgebungsluft liegt in den für Wärmepumpen vergleichsweise niedrigen Anschaffungskosten. Der Nachteil besteht darin, dass Luftwärmepumpen nur bis zu einer gewissen Lufttemperatur nutzbar sind. Daher wird diese Art von Wärmepumpe meistens mit einem Brennwert-Spitzenlastkessel kombiniert.

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.

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 nur 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.

Solare Heizungsunterstützung

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.

Herkömmliche Blockheizkraftwerke und Brennstoffzellen

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 sehr effizient und daher 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. Außerdem ist ihr Wirkungsgrad nicht größer als bei herkömmlichen BHKW, wodurch sie keinen intrinsischen ökologischen Vorteil haben.