Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Erdgas, Flüssiggas 247 g CO2äq/kWh Für jedes Gebäude geeignet
Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Heizöl 318 g CO2äq/kWh Vor allem bei mittlerem bis hohem Wärmebedarf
Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Luft bzw. Sonnenenergie, Strom 189 CO2äq/kWh, abh. von Strommix und Arbeitszahl Vor allem bei geringem Wärmebedarf, Gasbetriebene Wärmepumpen für Bestandsgebäude
Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Grundwasser- bzw. Erdwärme, Strom 175 g CO2äq/kWh, abh. von Strommix und Arbeitszahl Vor allem bei geringem Wärmebedarf, Gasbetriebene Wärmepumpen für Bestandsgebäude
Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Grundwasser- bzw. Erdwärme, Strom 159 g CO2äq/kWh, abh. von Strommix und Arbeitszahl Vor allem bei geringem Wärmebedarf, Gasbetriebene Wärmepumpen für Bestandsgebäude
Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Holzpellets 91 g CO2äq/kWh, abh. von den betrachteten Prozessschritten etc. Für jedes Gebäude geeignet
Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Scheitholz 29 g CO2äq/kWh, abh. von den betrachteten Prozessschritten etc. Für jedes Gebäude geeignet
Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Hackschnitzel 47 g CO2äq/kWh, abh. von den betrachteten Prozessschritten etc. Insbesondere im landwirtschaftlichen Bereich als Heizzentrale landwirtschaftlicher Betriebe oder für kleinere und größere Wärmenetze
Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Erd-, Flüssig- und Biogas, Heizöl abh. von Randbedingungen Vor allem Gebäude mit ganzjährig hohem Wärmebedarf
Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Sonnenenergie 12 g CO2äq/kWh Für jedes Gebäude geeignet
Wärmequelle CO2-Emissionen Einsatzbereich
Erdgas, Biogas, Wasserstoff 30 - 50 % geringer im Vergleich zu konventioneller Strom-/ Wärmeerzeugung; Nahezu keine Emissionen bei regenerativer Wasserstofferzeugung Ein- und Mehrfamilienhäuser mit erhöhtem Wärmebedarf

Funktionsweise

1. Konventioneller Heizkessel (HT-/NT-Kessel)

Das Erdgas strömt unter einem leichten Überdruck aus der Leitung in den Heizkessel. Dort wird es mit Luft vermischt und entzündet. Die Wärme, die bei der Verbrennung entsteht, wird über eine Heizfläche an den Heizkreis abgegeben.

Bei der Verbrennung von Erdgas entsteht, neben CO2, auch Wasserdampf. In herkömmlichen Heizwertkesseln entweicht der Wasserdampf ungenutzt mit dem Abgas durch den Schornstein.

2. Brennwertkessel

Der Brennwertkessel hingegen nutzt auch die (latente) Wärme, die im Wasserdampf steckt. Die heißen Abgase wärmen das Wasser vor, das abgekühlt von den Heizkörpern zurück zur Heizung fließt. Dabei wird der Wasserdampf bis unter den Taupunkt heruntergekühlt, so dass er zu flüssigem Wasser wird. So können bis zu 11 % mehr Wärme aus dem Abgas gewonnen werden. Wenn man einen Heizwert- durch einen Brennwertkessel austauscht, muss der Schornstein eventuell ertüchtigt werden.

Neben der Verwendung in Heizkesseln kann Erdgas auch als Brennstoff in Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung, Brennstoffzellen und Wärmepumpen eingesetzt werden.

Einfluss auf die Umwelt

  • Eine Erdgasheizung stößt weniger CO2 und Schadstoffe aus als eine Heizölheizung.
  • Erdgas besteht zu einem Großteil aus Methan, das etwa 20-mal schädlicher für das Klima ist als CO2, falls es in die Atmosphäre gelangen sollte.
  • Bei den Bohrungen zur Erdgasgewinnung entstehen Abfälle, deren Zusammensetzung von der standortspezifischen Geologie abhängig ist. Die Abfälle müssen aufbereitet und ordnungsgemäß entsorgt werden, um Umweltschäden zu vermeiden.
  • Derzeit wird das weltweit benötigte Erdgas teilweise aus Schiefertonformationen (Schiefergas) mit der sog. unkonventionellen-Fracking-Methode gefördert. Wie sich diese Bohrungen und die eingesetzten Chemikalien auf die Umwelt auswirken, ist noch nicht abschließend geklärt. Methoden ohne grundwasserschädliche Substanzen müssen erst erforscht werden. Aufgrund der wasserrechtlichen Vorgaben ist unkonventionelles Fracking in Deutschland nicht genehmigungsfähig.

Nutzen für den Verbraucher

  • Die Technik ist ausgereift.
  • Die Anlagen sind kompakt und können dadurch an vielen Stellen im Haus aufgestellt werden.
  • Es ist kein Lagerraum nötig.

Was es zu bedenken gibt

  • Erdgas ist ein fossiler Energieträger und sollte daher als Brennstoff möglichst sparsam eingesetzt werden.
  • Erdgas ist ein hochwertiger Rohstoff und sehr vielseitig einsetzbar.
  • Einige erschlossene Erdgasvorkommen werden künftig ausgeschöpft sein, das gilt vor allem für konventionelle, meist kostengünstiger zu erschließende Lagerstätten. Bei unerschlossenen Vorkommen ist mit hohen Investitionskosten zu rechnen.
  • Wie bei vielen anderen Energieträgern hat man als Verbraucher keinen Einfluss auf die ökologischen Bedingungen, unter denen der Rohstoff abgebaut wird.

Wirkungsgrad

  • Brennwertkessel: 90 - 95 % bezogen auf den Brennwert
  • Heizwertkessel: 80 % bezogen auf den Brennwert

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Ein modulierender Brenner passt seine Leistung an den Wärmebedarf des Hauses an. Der Modulationsbereich gibt dabei an, in welchem Bereich die Leistung des Heizkessels regelbar ist. Zusammen mit einem passenden Wasserinhalt von Kessel und Heizsystem verhindert die Modulation, dass der Heizkessel zu oft an- und ausschalten muss. So werden die Schadstoffemissionen und der Verschleiß reduziert.
  • Heizkessel, die mit der Brennwerttechnologie arbeiten, können sehr effizient sein.
  • Ein zentraler Brennwertkessel, der das gesamte Warmwasser bereitstellt, arbeitet wesentlich sparsamer als einzelne Thermen.
  • Bei regelmäßiger fachgerechter Wartung funktioniert der Heizkessel dauerhaft effizient.
  • Mit einer niedrigen Heizungsrücklauftemperatur und Flächenheizkörpern erreicht man einen besseren Wirkungsgrad.
  • Die Wärmeverluste verringern sich, wenn der Heizkessel bzw. die Therme im beheizten Gebäudebereich aufgestellt wird.

Kombinationsmöglichkeiten

Solarthermieanlagen und Holzheizungen können mit der Gasheizung kombiniert werden. Gaskessel decken dann zum Beispiel den Bedarf, wenn Solarenergie nicht ausreichend verfügbar ist.

Lebensdauer

Eine Modernisierung bzw. Erneuerung ist in der Regel erst nach frühestens 20 Jahren notwendig.

Fördermöglichkeiten

Dezentrale und zentrale Gasheizung

Gasheizungen bzw. Gas-Warmwasserbereiter können zentral oder auch dezentral, also in jeder Wohneinheit separat, verwendet werden. Dies findet man vor allem in Mehrfamilienhäusern und großen Mietswohnungen vor.

Flüssiggas

Einen Gasanschluss legen zu lassen verursacht hohe Kosten, wenn das Gasnetz weit entfernt verläuft, zum Beispiel in ländlichen Gebieten. Alternativ kann in diesem Fall Flüssiggas verwendet werden. Es wird mit einem LKW angeliefert und vor Ort in Tanks gelagert.

  • Flüssiggas ist ein Gemisch aus Propan und Butan und hat nichts mit Erdgas zu tun. Vielmehr handelt es sich um ein Mineralölprodukt, das bei der Erdölverarbeitung in Raffinerien entsteht.
  • Propan und Butan haben einen höheren Kohlenstoffgehalt als Methan, das den Hauptbestandteil von Erdgas ausmacht. Deswegen sind die CO2-Emissionen von Flüssiggas höher als bei Erdgas.
  • Wird Flüssiggas in einem Brennwertkessel verwendet, lässt sich die Energieausbeute um bis zu 8 % gegenüber Heizkesseln ohne Brennwertnutzung erhöhen.
  • Es gibt Sicherheitsauflagen, wie Flüssiggas gelagert werden muss. Der Tank darf zum Beispiel nicht im Haus aufgestellt werden.
  • Heizen mit Flüssiggas ist teurer als mit Erdgas aus der Leitung.
  • Man kann den Flüssiggastank mieten. Dies verursacht meist hohe Kosten. Zudem muss das Flüssiggas in dem Fall häufig vom Tankanbieter bezogen werden. Daher ist es in der Regel günstiger, den Tank zu kaufen. Dann kann man den Flüssiggasanbieter selbst wählen und bei Bedarf wechseln.

Unterschied Heizwert - Brennwert

  • Der Heizwert bezeichnet den Teil der Wärme, die entsteht, wenn man einen Energieträger verbrennt. Bei diesem Wert fließt nicht ein, dass auch im dabei entstandenen Wasserdampf Wärme steckt. Das bei der Verbrennung entstehende Abgas ist bei Heizwertkesseln so heiß, dass der darin enthaltene Wasserdampf nicht auskondensiert. Die Wärme des Wasserdampfs geht mit dem Abgas verloren. Daher handelt es sich beim Heizwert also nicht um die komplette Energie, die bei der Verbrennung frei wird.
  • Der Brennwert hingegen umfasst die gesamte Menge an Wärmeenergie, die durch die Verbrennung eines Energieträgers bereitgestellt werden kann. Bei der Brennwerttechnik wird auch ein Teil der Wärme genutzt, die im Wasserdampf steckt. Dabei kühlt das Abgas soweit ab, dass der Wasserdampf flüssig wird. Man nutzt so auch die Kondensationswärme, die dabei frei wird. Die Temperatur des Rücklaufwassers darf max. 57 Grad Celsius betragen, damit es zur Kondensation kommt.
  • Die Brennwerttechnik ist effizienter als die Heizwerttechnik, da weniger Wärme mit dem Abgas verloren geht. Bei Erdgas kann durch die Brennwerttechnik mehr Energie aus dem Abgas gewonnen werden (+11 %) als bei Heizöl (+6 %).
  • Wirkungsgrade sind - noch aus der Zeit als es keine Brennwerttechnik gab - meist auf den Heizwert bezogen. Brennwertgeräte können deswegen rechnerisch Wirkungsgrade von über 100 % erreichen.
  • Alte ineffiziente Heizkessel, wie Konstanttemperaturheizkessel, verschwinden gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV) schrittweise aus den Kellern. Ihre Technik ist überholt. Niedertemperaturheizkessel können ihre Leistung der Heizungsvorlauftemperatur anpassen. Sie sind effizienter als Konstanttemperaturheizkessel. Heute sind Brennwertheizungen Stand der Technik. Sie erzielen den besten Wirkungsgrad unter den Heizkesseln.

Funktionsweise

1. Konventioneller Heizkessel (HT-/NT-Kessel)

Das Heizöl wird über eine Leitung vom Tank zum Kessel geführt. Um den flüssigen Brennstoff verbrennen zu können, muss er zunächst verdampft und als Heizöl-Luft-Gemisch entzündet werden. Die Wärme, die bei der Verbrennung frei wird, wird über eine Heizfläche an den Heizkreis abgegeben.

Bei der Verbrennung von Heizöl entsteht, neben CO2, auch Wasserdampf. In herkömmlichen Heizwertkesseln entweicht der Wasserdampf ungenutzt mit dem Abgas durch den Schornstein.

2. Brennwertkessel

Der Brennwertkessel nutzt im Gegensatz zum Heizwertkessel auch die (latente) Wärme, die im Wasserdampf steckt. Die heißen Abgase wärmen das Wasser vor, das abgekühlt von den Heizkörpern zurück zur Heizung fließt. Dabei wird der Wasserdampf bis unter den Taupunkt heruntergekühlt, so dass er zu flüssigem Wasser wird. So können bis zu 6 % mehr Wärme aus dem Abgas gewonnen werden. Wenn man einen Heizwert- durch einen Brennwertkessel austauscht, muss der Schornstein eventuell ertüchtigt werden. Zudem kann wegen des ggf. sauren Kondensats die Installation einer Neutralisationsvorrichtung erforderlich sein. Dies hängt maßgeblich vom Schwefelgehalt des eingesetzten Heizöls ab.

Neben der Verwendung von Heizöl in Heizkesseln kann es auch als Brennstoff in Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung verwendet werden.

Einfluss auf die Umwelt

  • Heizöl ist im Zentralheizungsbereich der Brennstoff, bei dessen Verbrennung am meisten CO2 entsteht.
  • Heizöl ist ein wassergefährdender Stoff und stellt somit grundsätzlich ein Risiko für die Umwelt dar.
  • Bei der Gewinnung von Erdöl auf dem Meer kann die Umwelt bei der Erkundung, Installation und dem Betrieb der Plattformen belastet werden. Insbesondere besteht das Risiko, dass Havarien zu erheblichen Umweltschäden führen können.

Nutzen für den Verbraucher

  • Die Technik und die Sicherheitseinrichtungen sind ausgereift.
  • Für den Brennstoff Heizöl gibt es flexiblere Lieferwege vom Förderland zum Verbraucher als für Erdgas.

Was es zu bedenken gibt

  • Heizöl wird aus Erdöl gewonnen. Erdöl ist ein fossiler Energieträger und sollte daher als Brennstoff möglichst sparsam eingesetzt werden.
  • Erdöl ist ein hochwertiger Rohstoff und sehr vielseitig einsetzbar. Bei zahlreichen alltäglichen Anwendungen und Gegenständen ist er unentbehrlich. Beispiele sind Kunststoffe, Medikamente oder auch der Straßenbau.
  • Einige erschlossene Erdölvorkommen werden künftig ausgeschöpft sein, vor allem für konventionelle, in der Regel kostengünstiger zu erschließende Lagerstätten. Bei unerschlossenen Vorkommen ist mit hohen Investitionskosten zu rechnen.
  • Wie bei vielen anderen Energieträgern hat man als Verbraucher keinen Einfluss auf die ökologischen Bedingungen, unter denen der Rohstoff abgebaut wird.
  • Die Lagerung von Heizöl erfordert Platz für Tanks und ist mit Kosten verbunden.

Wirkungsgrad

  • Brennwertkessel: 90 - 95 % bezogen auf den Brennwert
  • Heizwertkessel: 80 % bezogen auf den Brennwert

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Heizkessel, die mit der Brennwerttechnik arbeiten, können sehr effizient sein.
  • Bei regelmäßiger Wartung kann ein Heizkessel dauerhaft effizient arbeiten und der Brennstoff wird bei verhältnismäßig niedrigen Emissionen gut ausgenutzt. Der Schornsteinfeger überprüft die richtigen Einstellungen und die Schadstoffemissionen bei seinen Kontrollmessungen.
  • Mit Flächenheizungen (z. B. Fußbodenheizung) und damit einhergehenden niedrigen Heizkreistemperaturen erreicht man einen besseren Wirkungsgrad.
  • Entschwefeltes Heizöl (Heizöl EL schwefelarm) belastet die Umwelt weniger und schont die Heizungsanlage. Korrosion und Wartungsaufwand werden verringert.

Kombinationsmöglichkeiten

Es sind Kombinationen mit Solarthermieanlagen und Holzheizungen möglich. Heizölkessel decken zum Beispiel dann den Bedarf, wenn Solarenergie nicht verfügbar ist bzw. wenn die solare Wärme nicht ausreicht.

Lebensdauer

Eine Modernisierung bzw. Erneuerung ist in der Regel nach frühestens 20 Jahren notwendig.

Fördermöglichkeiten

Unterschied Heizwert - Brennwert

  • Der Heizwert bezeichnet den Teil der Wärme, die entsteht, wenn man einen Energieträger verbrennt. Bei diesem Wert fließt nicht ein, dass auch im dabei entstandenen Wasserdampf Wärme steckt. Das bei der Verbrennung entstehende Abgas ist bei Heizwertkesseln so heiß, dass der darin enthaltene Wasserdampf nicht auskondensiert. Die Wärme des Wasserdampfs geht mit dem Abgas verloren. Daher handelt es sich beim Heizwert also nicht um die komplette Energie, die bei der Verbrennung frei wird.
  • Der Brennwert hingegen umfasst die gesamte Menge an Wärmeenergie, die durch die Verbrennung eines Energieträgers bereitgestellt werden kann. Bei der Brennwerttechnik wird auch ein Teil der Wärme genutzt, die im Wasserdampf steckt. Dabei kühlt das Abgas soweit ab, dass der Wasserdampf flüssig wird. Man nutzt so auch die Kondensationswärme, die dabei frei wird. Die Temperatur des Rücklaufwassers darf max. 47 Grad Celsius betragen, damit es zur Kondensation kommt.
  • Die Brennwerttechnik ist effizienter als die Heizwerttechnik, da weniger Wärme mit dem Abgas verloren geht. Bei Erdgas kann durch die Brennwerttechnik mehr Energie aus dem Abgas gewonnen werden (+11 %) als bei Heizöl (+6 %).
  • Wirkungsgrade sind - noch aus der Zeit, als es keine Brennwerttechnik gab - meist auf den Heizwert bezogen. Brennwertgeräte können deswegen rechnerisch Wirkungsgrade von über 100 % erreichen.
  • Alte ineffiziente Kessel, wie Konstanttemperaturheizkessel, verschwinden gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV) schrittweise aus den Kellern. Ihre Technik ist überholt. Niedertemperaturheizkessel können ihre Leistung der Heizungsvorlauftemperatur anpassen. Sie sind effizienter als Konstanttemperaturheizkessel. Heute sind Brennwertheizungen Stand der Technik. Sie erzielen den besten Wirkungsgrad unter den Heizkesseln.

Funktionsweise

Die Luft-Wärmepumpe entzieht der Luft Wärme und gibt diese an einen Wasserspeicher ab. Da die Luft von der Sonneneinstrahlung erwärmt wird, nutzt eine Luftwärmepumpe Sonnenenergie. Die niedrige Ausgangstemperatur wird mit Hilfe von zusätzlicher Energie (meist Strom, seltener auch Gas und Diesel) auf eine höhere Temperatur „gepumpt“. Diese Wärme kann dann für die Heizung und die Warmwasserbereitung verwendet werden. Das gleiche technische Prinzip wird auch in einem Kühlschrank verwendet. In diesem Fall ist der Kreislauf umgedreht. Die Wärme wird aus dem Kühlschrank ausgeleitet.

Die folgenden Schritte erläutern die Funktionsweise einer Luftwärmepumpe im Detail (siehe Ziffern im Bild):

(1) Die Umgebungswärme wird mit niedriger Temperatur im Verdampfer (1) aufgenommen, indem sie von außen über einen Ventilator angesaugt wird. Es gibt auch Bauarten, bei denen der Verdampfer mit Ventilator im Freien aufgestellt wird (Splitgerät). Der Verdampfer ist bei einem Splitgerät über Kältemittelleitungen mit dem Rest der Wärmepumpe im Heizungsraum verbunden.
Der Verdampfer wird von einem Kältemittel (Wärmeträgermedium) durchströmt, das bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft. Über einen Wärmetauscher wird das Kältemittel durch die Temperatur der Luft erwärmt und verdampft. Die Luft kühlt dabei ab und wird abgeleitet.

(2) Der Kältemitteldampf wird von einem Motor (2) mit Kompressor (3) verdichtet. Dabei steigt die Dampftemperatur auf ein nutzbares Niveau an. Bei diesem Schritt wird zusätzliche Antriebsenergie, meist Strom, für den Motor des Kompressors eingesetzt.

(4) Die Energie des erhitzten Kältemitteldampfes wird über einen zweiten Wärmetauscher, den Kondensator (4), an den Heizkreislauf des Hauses abgegeben. Das Wärmeträgermedium kühlt dabei ab und wird wieder flüssig. Bei einem Splitgerät befindet sich üblicherweise nur dieser Verflüssiger, der Kondensator, innerhalb des Gebäudes.

(5) Durch ein Expansionsventil (5) wird der Druck, den der Kompressor aufgebaut hat, wieder abgebaut. Die Flüssigkeit dehnt sich dabei aus und kühlt noch weiter, bis unter die Außentemperatur der Luft, ab.

Der Prozess kann nun von neuem beginnen.

Es gibt auch Luftwärmepumpen, die, anders als oben beschrieben, nicht der Außenluft, sondern der Raumluft Wärme entziehen. Diese werden oftmals in Kellerräumen aufgestellt, die durch eine Waschmaschine oder andere Geräte erwärmt sind. Die ungenutzte Wärme des Geräts wird von der Wärmepumpe verwendet, um das Brauchwasser zu erwärmen.

Einfluss auf die Umwelt

  • Da der Anteil an regenerativ erzeugtem Strom zunimmt, verbessert sich die CO2-Bilanz einer Wärmepumpe ohne weitere Investitionen, denn der Kompressor wird mit Strom angetrieben. Bereits jetzt sind die CO2-Emissionen niedriger als die von Heizungen mit fossilen Energieträgern.
  • Die CO2-Emissionen hängen von den für die Stromerzeugung genutzten Energieträgern ab. Daher ist die Wärmeerzeugung mit einer Wärmepumpe nicht immer zu 100 % regenerativ.

Nutzen für den Verbraucher

  • Es muss kein Brennstoff beschafft und gelagert werden.
  • Es fallen keine Gebühren für den Schornsteinfeger an, da kein Abgasabzug nötig ist.
  • Die Wartungskosten sind gering.
  • Wegen des geringen Platzbedarfs dieser Technologie eignen sich auch kleine Grundstücke bzw. Keller mit geringem Platzangebot für eine Luftwärmepumpe.
  • Durch spezielle Tarife kann der Strom für den Betrieb von Wärmepumpen günstiger bezogen werden.
  • Luftwärmepumpen können auch zur Kühlung eines Gebäudes verwendet werden. Da im Sommer die Temperatur der Außenluft über der Kühltemperatur für die Gebäude liegt, muss aktiv gekühlt werden. Das bedeutet, dass der Kältekreislauf in der Wärmepumpe umgekehrt wird, wie bei einem Kühlschrank. Die Wärme wird dem Innenraum entzogen und nach außen abgegeben. Für die aktive Kühlung ist also der Wärmepumpenbetrieb erforderlich. Im Vergleich zur passiven Kühlung ohne Wärmepumpen ist dies deutlich energieintensiver.
  • Die Sonnenenergie ist eine unerschöpfliche Energiequelle. Bei einer Wärmepumpe wird zu einem Großteil kostenlose Wärme aus der Umwelt verwendet.
  • Eine Luftwärmepumpe kann schnell montiert werden.
  • Die Erschließung dieser Energie ist im Vergleich zu anderen Wärmepumpenarten kostengünstig.
  • Der Platzbedarf für eine Luftwärmepumpe ist gering.
  • Es ist keine Genehmigung für den Bau nötig.
  • Luft ist überall verfügbar.

Was es zu bedenken gibt

  • Luftwärmepumpen weisen im Vergleich zu erdgekoppelten Wärmepumpen eine geringere Effizienz auf. Dies schlägt sich in einem höheren Stromverbrauch nieder. Verstärken kann sich dieser Effekt zusätzlich durch eine schlechte Auslegung und Planung der Luftwärmepumpenanlage.
  • Die Temperatur der Luft ist genau dann am niedrigsten, wenn der Bedarf an Raumwärme und Warmwasser am größten ist. Die Anlage arbeitet im Winter ineffizient. Es ist in der Regel ein zusätzliches Heizsystem oder ein Wasserspeicher nötig.
  • Durch die stark schwankenden Lufttemperaturen verändert sich auch der Stromverbrauch einer Luftwärmepumpe. Bei geringeren Außentemperaturen benötigt sie mehr Strom, um die gewünschte Wärme bzw. Warmwasser herzustellen. Die Betriebskosten sind deswegen im Vergleich zu den anderen Wärmepumpen, die konstantere Ausgangstemperaturen haben, höher.
  • Luftwärmepumpen erzeugen Geräusche und müssen deshalb Abstand zu benachbarten Gebäuden haben.

Jahresarbeitszahl (Wirkungsgrad einer Wärmepumpe)

Die Jahresarbeitszahl hängt unter anderem von der richtigen Planung und Auslegung, der fachgerechten Ausführung und dem Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und der benötigten Temperatur für Raumwärme bzw. Warmwasser ab. Wärmepumpen, die unter guten Bedingungen arbeiten, haben Jahresarbeitszahlen zwischen 3,5 und 4,5. Je höher die Jahresarbeitszahl ist, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe und desto niedriger sind die Betriebskosten. Die Jahresarbeitszahl spielt bei der Wirtschaftlichkeit einer Anlage eine Rolle.

Wärmequelle Außenluft : durchschnittliche Jahresarbeitszahl 3,1

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Wärmepumpen können grundsätzlich auch in Bestandsgebäuden eingesetzt werden. Dafür sind jedoch eine energetische Sanierung und eine Modernisierung der Heizungsrohre und der Heizkörper nötig.
  • In Bestandsgebäuden mit hohem Wärmebedarf oder mit herkömmlichen Heizkörpern kommen eher gasbetriebene Wärmepumpen in Frage.
  • Die benötigte Temperatur des Heizsystems sollte möglichst niedrig sein. Dies ist vor allem bei einer flächigen Wärmeverteilung mit einer Vorlauftemperatur von maximal 35 ˚C der Fall. Das sind z. B. Fußboden- oder Wandheizungen. Bei anderen Heizsystemen kann der Stromverbrauch für die Wärmeerzeugung per Luftwärmepumpe unverhältnismäßig hoch sein.
  • Die Temperatur der Wärmequelle sollte möglichst das ganze Jahr über auf hohem Temperaturniveau zur Verfügung stehen. Dies ist bei einer Luftwärmepumpe nicht der Fall.
  • Je kleiner der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und gewünschter Temperatur ist, desto höher ist die Jahresarbeitszahl. Eine Heizung mit Wärmepumpe ist auch bei größeren Temperaturunterschieden möglich, allerdings wesentlich weniger effizient.
  • Mit einem Puffer- oder Schichtenspeicher können Energiebedarfsspitzen abgefangen werden und kurze Schaltzyklen der Wärmepumpe unterbunden werden.
  • Mit einem entsprechenden Stromspeicher können Wärmepumpen immer dann arbeiten, wenn es einen Überschuss an regenerativ erzeugtem Strom gibt. Das leistet einen Beitrag zur Stabilität der regenerativen Stromversorgung. Zudem wird es künftig Tarife geben, bei denen Strom in Überschusszeiten günstiger ist.
  • Ein hydraulischer Abgleich sorgt dafür, dass die Wärme effizient im Haus verteilt wird. Ein hydraulischer Abgleich ist zudem für die Bereitstellung von Fördergeldern erforderlich.
  • Bei Wärmepumpen spielt die sorgfältige Planung und Ausführung eine besonders große Rolle für eine möglichst hohe Effizienz. Lassen Sie sich von einer Fachperson beraten.
  • Die Umweltbilanz verbessert sich bei der Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien.
  • Bei einer Aufstellung im Außenbereich müssen der Schallschutz und die Immissionswerte der TA Lärm beachtet werden. Lassen Sie sich beraten. Für möglichst geringe Geräusche sollten Geräte mit geringen tieffrequenten Schallemissionen und möglichst niedrigem Schallleistungspegel gewählt werden.
  • Bei Wärmepumpen, die die Außenluft über entsprechende Rohrsysteme ansaugen und ausblasen, sollte der Lufteinlass und der –auslass weit genug voneinander entfernt sein, damit die Wärmepumpe nicht die abgekühlte Luft, die sie ausstößt, wieder einsaugt.
  • Der Lufteinlass und -auslass sollten außerdem nicht durch Gegenstände verdeckt werden.
  • Wenn der Wärmebedarf verringert wird, sinken auch die Investitionskosten, da kleinere Anlagen verwendet werden können.

Kombinationsmöglichkeiten

Es ist grundsätzlich möglich, Luftwärmepumpen als alleinige Technologie zur Bereitstellung von Wärme für die Heizung und die Warmwasserbereitung zu verwenden. Da sich die Luftwärmepumpe an sehr kalten Tagen (mit hohem Wärmebedarf) ausschaltet, ist ein elektrischer Heizstab, auch Heizschwert genannt, nötig.

Der Stromverbrauch eines Heizstabs kann jedoch relativ hohe Kosten verursachen und ist nicht effizient. Eine Wärmepumpenheizung, die durch ein Heizschwert ergänzt wird, sollte daher nur bei sehr effizienten und gedämmten Häusern angewendet werden.

Eine Kombination mit Solarthermie ist im Einzelfall zu prüfen. Diese Konstellation ist in der Regel extrem unwirtschaftlich. Die Solaranlage stellt im Sommer am meisten Wärme zur Verfügung. Genau dann, wenn auch die Luftwärmepumpe mit einer hohen Arbeitszahl am effektivsten arbeitet. Die Ersparnisse sind hier also besonders gering.

Die Kombination einer Luftwärmepumpe mit Photovoltaik ist ein zukunftsweisender Weg. Die Stromeigenproduktion kann durch geschickte Steuerung der Anlage für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden. Beachten Sie allerdings, dass die Stromproduktion einer PV-Anlage in den Wintermonaten extrem sinkt und in der Regel den Strombedarf der Wärmepumpe nur zu einem geringen Teil decken kann.

Lebensdauer

Eine Erneuerung ist in der Regel nach 15 – 20 Jahren nötig.

Fördermöglichkeiten

Hinweise zur Installation (einer Luftwärmepumpe)

  • Falls eine energetische Sanierung bzw. Dämmung geplant ist, sollte die Wärmepumpe auf den späteren niedrigen Wärmebedarf ausgelegt werden. In der Zwischenzeit kann der alte Kessel für die Spitzenlasten weiterverwendet werden.
  • Bei der Suche nach einem kompetenten Installateur helfen Qualitätszertifikate. EU zertifizierte Wärmepumpen-Installateure erhalten das „EHPA“-Siegel. Die Förderung des BAFA wird nur bei diesem Siegel vergeben.
  • Durch den Einbau eines Wärmemengenzählers kann die tatsächliche Jahresarbeitszahl und die Effizienz festgestellt werden. Für die Erlangung einer finanziellen Förderung der Wärmepumpenanlage kann der Einbau sogar gefordert sein.
  • Mit dem Installateur können Mindestjahresarbeitszahlen schriftlich vereinbart werden.

Unterschied Jahresarbeitszahl – Leistungszahl

  • Die Leistungszahl beschreibt das Verhältnis von abgegebener Wärme zu aufgenommener elektrischer Leistung unter Laborbedingungen. Die Leistungszahl wird nach den Vorgaben der DIN-Norm angegeben. Dabei werden die Wärmequellen bzw. die Wärmeträger abgekürzt: W= Water (Wasser), B= Brine (Sole) und A= Air (Luft). Die Eingangstemperatur und die Temperatur der gewonnen Wärme werden in Zahlen angegeben. Bsp.: Leistungszahl 4 bei A2W35. Dies bedeutet, dass die Wärmequelle Luft (A) eingangs eine Temperatur von 2 ˚C hat. Die gewonnene Wärme, die an das (Heizungs-)Wasser (W) abgegeben wird, hat 35 ˚C. Durch eine Kilowattstunde elektrischer Leistung erhält man unter den definierten Bedingungen das Vierfache an Wärme. Die Leistungszahlen liegen häufig zwischen 3 und 6.
  • Die Jahresarbeitszahl gibt das Verhältnis von jährlich erzeugter Wärme bezogen auf den verursachten Stromverbrauch eines Jahres an. In diesem Fall wird unter realen Bedingungen individuell gemessen.
  • Die Jahresarbeitszahl ist daher für den Einzelfall aussagekräftiger als die Leistungszahl. Mit der Leistungszahl kann man Wärmepumpen untereinander gut vergleichen.

Gasbetriebene Wärmepumpen

  • Gasbetriebe Wärmepumpen sind auch bei hohen Vorlauftemperaturen effizient und eignen sich daher vor allem für Bestandsgebäude.
  • Der Betrieb ist günstiger als bei einer Elektrowärmepumpe.
  • Es ist weniger Primärenergie nötig, da das Gas direkt verwendet wird und bei der Umwandlung in Strom Verluste auftreten. Die Energiebilanz ist um 30 – 50 % besser als bei der elektrischen Variante.
  • Gas ist ein fossiler Brennstoff und daher endlich. Bei der Nutzung von Gas entstehen CO2-Emissionen, die dem Klima schaden.
  • Gaswärmepumpen haben hohe Planungs- und Anschaffungskosten. Sie werden daher selten in kleinen Wohneinheiten angewendet. Durch die Bauform und den angebotenen Leistungsbereich sind sie eher für Mehrfamilienhäuser interessant.
  • Derzeit gibt es nur eine geringe Produktauswahl.
  • Der Brennstoff muss verfügbar sein.

Funktionsweise

Die erdgekoppelte Wärmepumpe, auch Sole-Wasser-Wärmepumpe genannt, entzieht dem Erdboden mit Hilfe von Erdwärmesonden oder Erdwärmekollektoren Wärme und gibt diese an einen Wasserspeicher ab. Damit gehört sie zum Bereich der so genannten oberflächennahen Geothermie. Anlagen zur Nutzung der oberflächennahen Wärme aus dem Erdinneren reichen bis maximal 400 Meter, meist bis 100 Meter, unter die Erde. Dort sind die Ausgangstemperaturen, im Gegensatz zur tiefen Geothermie, niedrig (etwa 12 ˚C) und werden mit Hilfe von zusätzlicher Energie (meist Strom, seltener auch Gas und Diesel) auf eine höhere Temperatur „gepumpt“. Diese Wärme kann dann für die Heizung und die Warmwasserbereitung verwendet werden. Das gleiche technische Prinzip wird auch in einem Kühlschrank verwendet. In diesem Fall ist der Kreislauf umgedreht. Die Wärme wird aus dem Kühlschrank ausgeleitet.

Die folgenden Schritte erläutern die Funktionsweise einer Erdwärmepumpe im Detail (siehe Ziffern im Bild):

(1) Die Umgebungswärme wird mit niedriger Temperatur im Verdampfer (1) aufgenommen. Dafür wird die Temperatur des Erdreichs auf unterschiedliche Weise nutzbar gemacht (siehe Arten von erdgekoppelten Wärmepumpen mit Erdwärmesonden oder Erdwärmekollektoren). In den Teilen der Wärmepumpe, die im Erdreich verlegt sind, zirkuliert ein Kältemittel, das die Erdwärme aufnimmt. Das Kältemittel wird an die Oberfläche gepumpt.
Der Verdampfer (Wärmetauscher) wird ebenfalls von einem Kältemittel (Wärmeträgermedium) durchströmt, das Erdwärme aufnimmt und bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft.

(2) Der Kältemitteldampf wird von einem Motor (2) mit Kompressor (3) verdichtet. Dabei steigt seine Temperatur auf ein nutzbares Niveau an. Bei diesem Schritt wird zusätzliche Antriebsenergie, meist Strom, für den Motor des Kompressors eingesetzt.

(4) Die Energie des erhitzten Kältemitteldampfes wird über einen weiteren Wärmetauscher, den Kondensator (4), an den Heizkreislauf des Hauses abgegeben. Das Wärmeträgermedium kühlt dabei ab und wird wieder flüssig.

(5) Im Expansionsventil (5) wird der Druck, den der Kompressor aufgebaut hat, wieder abgebaut. Die Flüssigkeit dehnt sich dabei aus und kühlt noch weiter, bis unter die Temperatur der Luft, ab.

Der Prozess kann nun von neuem beginnen.

Arten von erdgekoppelten Wärmepumpen

Horizontale Erdkollektoren werden flach und großflächig in etwa 2 – 4 Meter Tiefe unter die Erdoberfläche verlegt.
Erdwärmekörbe sind eine besondere Form von Kollektoren. Sie liegen in 6 bis 8 Meter Tiefe, sind geformt wie ein Korb und deutlich platzsparender als horizontale Erdwärmekollektoren.

Einfluss auf die Umwelt

  • Da der Anteil an regenerativ erzeugtem Strom am Strommix zunimmt, verbessert sich auch die CO2-Bilanz einer Wärmepumpe kontinuierlich ohne weitere Investitionen für den Nutzer. Bereits jetzt sind die CO2-Emissionen einer Heizung auf Wärmepumpen-Basis niedriger als die von Heizungen mit fossilen Energieträgern.
  • Es wird zu einem Großteil regenerative Wärme aus der Umwelt verwendet.
  • Die CO2-Emissionen hängen von den für die Stromerzeugung genutzten Energieträgern ab, da für den Kompressor der Pumpe Energie benötigt wird. Daher ist die Wärmeerzeugung mit einer Wärmepumpe nicht immer zu 100 % regenerativ.
  • In einzelnen Fällen kann es bei einer unsachgemäßen Ausführung von Erdwärmebohrungen zu temporären oder auch dauerhaften Schäden kommen. Beispielsweise kann ein unter starkem hydraulischem Druck stehender Grundwasserleiter angebohrt werden und das Grundwasser an der Erdoberfläche austreten. Oder es kann zum Austritt von Gas kommen. Der Bau von Erdwärmeanlagen in Gesteinseinheiten mit Gips oder Anhydrit kann bei Wasserzutritt in diese Gesteinseinheiten zu einem Auslaugen oder Aufquellen führen und sich als Senkung oder Hebung an der Erdoberfläche bemerkbar machen.

Nutzen für den Verbraucher

  • Es muss kein Brennstoff beschafft und gelagert werden.
  • Es fallen keine Gebühren für den Schornsteinfeger an, da kein Abgasabzug nötig ist.
  • Die Wartungskosten sind gering.
  • Durch spezielle Tarife kann der Strom für den Betrieb von Wärmepumpen günstiger bezogen werden.
  • Besonders erdgekoppelte Wärmepumpen können auch zur aktiven und passiven Kühlung eines Gebäudes verwendet werden. Bei der energiesparenden passiven Kühlung läuft nur die Umwälzpumpe im Erdwärmetauscherkreislauf und befördert die Wärme aus dem Gebäude in den Untergrund. Im Falle einer aktiven Kühlung wird die Wärmepumpe zur Temperierung des Gebäudes eingeschaltet und die Betriebsweise in einem umgekehrten Kreislauf gefahren.
  • Die Erdwärme und die Sonnenenergie sind unerschöpfliche Energiequellen. Bei einer erdgekoppelten Wärmepumpe wird zu einem Großteil kostenlose Wärme aus der Umwelt verwendet.
  • Die Erde hat auch im Winter konstante und vergleichsweise hohe Temperaturen (etwa 12 ˚C).

Was es zu bedenken gibt

  • Für eine Erdwärmepumpe sind relativ hohe Investitionskosten nötig.
  • Es sind aufwändige bauliche Maßnahmen zur Erschließung der Erdwärme nötig.
  • Im Bestandsgebäude ist ein nachträglicher Einbau einer Niedertemperatur-Flächenheizung teilweise schwierig.
  • In Trinkwasserschutzgebieten sind erdgekoppelte Wärmepumpen nicht zugelassen.
  • Die Erde wird in dem Bereich, in dem die Erdwärmekollektoren verlegt sind, hauptsächlich von der Sonneneinstrahlung und Niederschlägen erwärmt. Die Kollektorfläche darf daher nicht überbaut werden.
  • Bei einem Neubau kann eine Wärmepumpe nicht zur Trocknung des Gebäudes verwendet werden. Dafür würde zu viel Wärme entzogen werden und das Erdreich würde zu stark auskühlen.
  • Die Dimensionierung und Ausführung erdgekoppelter Wärmepumpen sollte auf die geologischen, hydrogeologischen und geothermischen Bedingungen am Standort abgestimmt sein. Auskunft über das geothermische Potenzial des Untergrundes und der Böden geben spezifische Karten im Energie-Atlas Bayern.
  • Für den Bau von Erdwärmesonden ist keine große Fläche nötig. Je nach der Beschaffenheit des Untergrundes kann eine Bohrung jedoch eventuell nicht oder nur eingeschränkt möglich sein. Bei Erdwärmesonden ist in der Regel eine wasserrechtliche Genehmigung der unteren Wasserbehörde nötig.
  • Bei horizontalen Erdwärmekollektoren muss das Grundstück für die Verlegung ausreichend groß sein. Die Kollektorfläche muss ungefähr doppelt so groß sein, wie die zu beheizende Fläche und darf nicht überbaut werden. Wird der Erdwärmekollektor im Grundwasser verlegt, ist eine wasserrechtliche Genehmigung der unteren Wasserbehörde erforderlich.

Jahresarbeitszahl (Wirkungsgrad einer Wärmepumpe)

Die Jahresarbeitszahl hängt unter anderem von der richtigen Planung und Auslegung, der fachgerechten Ausführung und dem Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und der benötigten Temperatur für Raumwärme bzw. Warmwasser ab. Wärmepumpen, die unter guten Bedingungen arbeiten, haben Jahresarbeitszahlen zwischen 3,5 und 4,5. Je höher die Jahresarbeitszahl ist, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe und desto niedriger sind die Betriebskosten. Die Jahresarbeitszahl spielt bei der Wirtschaftlichkeit einer Anlage eine Rolle.

Wärmequelle Erdwärme: durchschnittliche Jahresarbeitszahl 4

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Wärmepumpen können grundsätzlich auch in Bestandsgebäuden eingesetzt werden. Dafür sind jedoch eine energetische Sanierung und eine Modernisierung der Heizungsrohre und der Heizkörper nötig. Im Gegensatz zur Luftwärmepumpe sind hier auch höhere Temperaturen erreichbar, da die Temperatur des Untergrunds relativ hoch ist.
  • In Bestandsgebäuden mit hohem Wärmebedarf oder mit herkömmlichen Heizkörpern kommen eher gasbetriebene Wärmepumpen in Frage.
  • Die benötigte Temperatur des Heizsystems sollte möglichst niedrig sein, wie es vor allem bei einer flächigen Wärmeverteilung mit einer Vorlauftemperatur von maximal 35 ˚C und damit bei z. B. Fußboden- oder Wandheizungen der Fall ist.
  • Die Temperatur der Wärmequelle sollte möglichst das ganze Jahr über auf hohem Temperaturniveau zur Verfügung stehen. Dies ist bei der Erdkoppelung gegeben, da die Erde auch im Winter eine konstante und vergleichsweise hohe Temperaturen (etwa 12 ˚C) hat.
  • Je kleiner der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und gewünschter Temperatur ist, desto höher ist die Jahresarbeitszahl. Eine Heizung mit Wärmepumpe ist auch bei größeren Temperaturunterschieden möglich, allerdings wesentlich weniger effizient.
  • Wenn der Wärmebedarf verringert wird, sinken auch die Investitionskosten. Denn es können dadurch kleinere Anlagen verwendet werden. Außerdem ist eine geringere Bohrtiefe nötig.
  • Mit einem Puffer- oder Schichtenspeicher können Energiebedarfsspitzen abgefangen werden und kurze Schaltzyklen der Wärmepumpe unterbunden werden. Wärmepumpen mit Speicher können immer dann arbeiten, wenn es einen Überschuss an regenerativ erzeugtem Strom gibt. Das leistet einen Beitrag zur Stabilität der regenerativen Stromversorgung. Zudem wird es künftig Tarife geben, bei denen Strom in Überschusszeiten günstiger ist.
  • Ein hydraulischer Abgleich sorgt dafür, dass die Wärme effizient im Haus verteilt wird. Er ist für die Bereitstellung von Fördergeldern erforderlich.
  • Bei Wärmepumpen spielt die sorgfältige Planung und Ausführung eine besonders große Rolle für eine möglichst hohe Effizienz. Lassen Sie sich von einer Fachperson beraten.
  • Die Umweltbilanz verbessert sich bei der Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien.
  • Damit sich das Erdreich von dem Wärmeentzug erholen kann, also nicht dauerhaft auskühlt, darf die Fläche über einem Erdkollektor nicht verbaut werden. Es muss möglich sein, dass Regen versickert. Durch eine Unterkühlung des Erdreichs steigen die Energiekosten nachhaltig.
  • Bei Erdwärmepumpen kann das Erdreich durch eine Kühlung des Gebäudes im Sommer regeneriert werden. Wenn die überschüssige Wärme im Sommer aus dem Gebäude in den Untergrund abgegeben wird, erreicht dieser seine Ausgangstemperatur schneller. Die Wärmepumpe arbeitet effizienter und es muss nicht so tief gebohrt werden.

Kombinationsmöglichkeiten

Wärmepumpen können als alleinige Heizung und Warmwasserbereitung betrieben werden. Für sehr kalte Tage mit hohem Wärmebedarf ist ein elektrischer Heizstab, auch Heizschwert genannt, vorzusehen. Der Stromverbrauch dieses Heizstabs kann jedoch hohe Kosten verursachen. Eine Heizung direkt mit Strom, dem kostbarsten Energieträger, ist nicht effizient. Sie sollte daher nur bei sehr effizienten gedämmten Häusern angewendet werden.

Eine Kombination mit Solarthermie ist vorteilhaft und im Einzelfall zu prüfen. Die Wärme aus der Solaranlage kann dazu benutzt werden, den Erdboden rasch zu erwärmen und den geringen Energiebedarf für das Warmwasser im Sommer zu decken. Die Wärmepumpenanlage kann dann in den Sommermonaten abgeschaltet werden.

Die Kombination von Wärmepumpen mit Photovoltaik ist ein zukunftsweisender Weg. Die Stromeigenproduktion kann durch geschickte Steuerung der Anlage für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden. Zu beachten ist jedoch, dass der Stromertrag, gerade in der Kernheizperiode von November bis Februar, minimal ist. Der Strombedarf der Wärmepumpe kann in dieser Zeit von der eigenen PV-Anlage nur zu einem sehr geringen Prozentsatz gedeckt werden.

Lebensdauer

Die Lebensdauer der erdgekoppelten Wärmepumpe beträgt etwa 15 bis 20 Jahre.

Fördermöglichkeiten

Hinweise erdgekoppelte Wärmepumpe

  • Falls eine energetische Sanierung bzw. Dämmung geplant ist, sollte die Wärmepumpe auf den späteren niedrigen Wärmebedarf ausgelegt werden. In der Zwischenzeit kann der alte Heizkessel für die Spitzenlasten weiterverwendet werden.
  • Bei der Suche nach einem kompetenten Installateur helfen Qualitätszertifikate. EU zertifizierte Wärmepumpen-Installateure erhalten das „EHPA“-Siegel. Die Förderung des BAFA wird nur bei diesem Siegel vergeben.
  • Durch den Einbau eines Wärmemengenzählers kann die tatsächliche Jahresarbeitszahl und Effizienz festgestellt werden.
  • Mit dem Installateur können Mindestjahresarbeitszahlen schriftlich vereinbart werden.
  • Eine Bohrung kann unvorhersehbare Schäden verursachen. Daher ist eine Versicherung für Bohrschäden ratsam.
  • Nach der ersten Bohrung sollte die Auslegung der Erdwärmeanlage nochmals auf Grundlage der Bohrergebnisse geprüft werden.
  • Bohrunternehmen für Erdsonden sollten die "W 120 Zertifizierung" des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfachs haben.
  • Die Bohrung einer Erdwärmesonde ist schriftlich zu dokumentieren, u. a. mit Lageplan der Bohrung und der Leitung, dem Bohrprotokoll und Ablauf, Verpressprotokoll und Verpressmaterial und dem Druckprüfprotokoll der Sonden.
  • Legen Sie Warnbänder einige Zentimeter über dem Erdwärmekollektor aus. So gehen Sie sicher, dass der Kollektor bei Gartenarbeiten nicht versehentlich beschädigt wird.
  • Bei kleinen Erdwärmesondenanlagen (bis 50 kW) außerhalb von Wasserschutzgebieten im oberflächennahen, nicht gespannten Grundwasser muss dem Antrag ein Gutachten eines privaten Sachverständigen der Wasserwirtschaft (PSW) beigefügt werden. Dieser muss auch die Bauabnahme der Anlage durchführen. In geologisch und wasserwirtschaftlich kritischen Bereichen ist eine Begleitung der Bohrung durch einen Geologen erforderlich.

Unterschied Jahresarbeitszahl – Leistungszahl

  • Die Leistungszahl beschreibt das Verhältnis von abgegebener Wärme zu aufgenommener elektrischer Leistung unter Laborbedingungen. Die Leistungszahl wird nach den Vorgaben der DIN-Norm angegeben. Dabei werden die Wärmequellen bzw. die Wärmeträger abgekürzt: W= Water (Wasser), B= Brine (Sole) und A= Air (Luft). Die Eingangstemperatur und die Temperatur der gewonnen Wärme werden in Zahlen angegeben. Bsp.: Leistungszahl 4 bei A2W35. Dies bedeutet, dass die Wärmequelle Luft (A) eingangs eine Temperatur von 2 ˚C hat. Die gewonnene Wärme, die an das (Heizungs-)Wasser (W) abgegeben wird hat 35 ˚C. Durch eine Kilowattstunde elektrischer Leistung erhält man unter den definierten Bedingungen das Vierfache an Wärme. Die Leistungszahlen liegen häufig zwischen 3 und 6.
  • Die Jahresarbeitszahl gibt das Verhältnis von jährlich erzeugter Wärme bezogen auf den verursachten Stromverbrauch eines Jahres an. In diesem Fall wird unter realen Bedingungen individuell gemessen.
  • Die Jahresarbeitszahl ist daher für den Einzelfall aussagekräftiger als die Leistungszahl. Mit der Leistungszahl kann man Wärmepumpen untereinander gut vergleichen.

Gasbetriebene Wärmepumpen

  • Gasbetriebe Wärmepumpen sind auch bei hohen Vorlauftemperaturen effizient und eignen sich daher vor allem für Bestandsgebäude.
  • Der Betrieb ist günstiger als bei einer Elektrowärmepumpe.
  • Es ist weniger Primärenergie nötig, da das Gas direkt verwendet wird und bei der Umwandlung in Strom Verluste auftreten. Die Energiebilanz ist um 30 – 50 % besser als bei der elektrischen Variante.
  • Gas ist ein fossiler Brennstoff und daher endlich. Bei der Nutzung von Gas entstehen CO2-Emissionen, die dem Klima schaden.
  • Gaswärmepumpen haben hohe Planungs- und Anschaffungskosten. Sie werden daher selten in kleinen Wohneinheiten angewendet. Durch die Bauform und den angebotenen Leistungsbereich sind sie eher für Mehrfamilienhäuser interessant.
  • Derzeit gibt es nur eine geringe Produktauswahl.
  • Der Brennstoff muss verfügbar sein.

Funktionsweise

Die Grundwasserwärmepumpe entzieht dem Grundwasser Wärme und gibt diese an einen Wasserspeicher ab. Da das Grundwasser durch die Temperaturen in der Erde erwärmt wird, zählen Grundwasserwärmepumpen auch zur oberflächennahen Geothermie, wie erdgekoppelte Wärmepumpen. Die Ausgangstemperatur des Grundwassers (etwa 12 ˚C) wird mit Hilfe von zusätzlicher Energie (meist Strom, seltener auch Gas und Diesel) auf eine höhere Temperatur „gepumpt“. Diese Wärme kann dann für die Heizung und die Warmwasserbereitung verwendet werden. Das gleiche technische Prinzip wird auch in einem Kühlschrank verwendet. In diesem Fall ist der Kreislauf umgedreht. Die Wärme wird aus dem Kühlschrank ausgeleitet.

Die folgenden Schritte erläutern die Funktionsweise einer Grundwasserwärmepumpe im Detail (siehe Ziffern im Bild):

(1) Die Umgebungswärme wird mit niedriger Temperatur im Verdampfer aufgenommen. Dafür wird das Grundwasser über einen Förderbrunnen an die Erdoberfläche zum Verdampfer gepumpt. Der Verdampfer (1) wird von einem Kältemittel (Wärmeträgermedium) durchströmt, das über einen Wärmetauscher vom Grundwasser erwärmt wird und bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft. Dabei kühlt das Grundwasser um ca. 3 ˚C ab. Nun wird es durch einen zweiten Brunnen, den sogenannten Schluckbrunnen zurück in den Grundwasserleiter geführt.

(2) Der Kältemitteldampf wird von einem Motor (2) mit Kompressor (3) verdichtet. Dabei steigt seine Temperatur auf ein nutzbares Niveau an. Bei diesem Schritt wird zusätzliche Antriebsenergie, meist Strom, für den Motor des Kompressors eingesetzt.

(4) Die Energie des nun weiter erhitzten Kältemitteldampfes wird über einen weiteren Wärmetauscher, dem Kondensator (4), an den Heizkreislauf des Hauses abgegeben. Das Wärmeträgermedium kühlt dabei ab und wird wieder flüssig.

(5) Im Expansionsventil (5) wird der Druck, den der Kompressor aufgebaut hat, wieder abgebaut, die Flüssigkeit dehnt sich dabei wieder aus und kühlt noch weiter, bis unter die Temperatur der Luft, ab.

Der Prozess kann nun von neuem beginnen.

Einfluss auf die Umwelt

  • Da der Anteil an regenerativ erzeugtem Strom am Strommix zunimmt, verbessert sich auch die CO2-Bilanz einer Wärmepumpe kontinuierlich ohne weitere Investitionen für den Nutzer. Bereits jetzt sind die CO2-Emissionen niedriger als die von Heizungen mit fossilen Energieträgern.
  • Es wird zu einem Großteil regenerative Wärme aus der Umwelt verwendet.
  • Die CO2-Emissionen hängen von den für die Stromerzeugung genutzten Energieträgern ab, da für den Kompressor der Pumpe Energie benötigt wird. Daher ist die Wärmeerzeugung mit einer Wärmepumpe nicht immer zu 100 % regenerativ.

Nutzen für den Verbraucher

  • Es muss kein Brennstoff beschafft und gelagert werden.
  • Es fallen keine Gebühren für den Schornsteinfeger an, da kein Abgasabzug nötig ist.
  • Die Wartungskosten sind gering.
  • Durch spezielle Tarife kann der Strom für den Betrieb von Wärmepumpen günstiger bezogen werden.
  • Besonders erdgekoppelte Wärmepumpen können auch zur aktiven und passiven Kühlung eines Gebäudes verwendet werden. Bei der energiesparenden passiven Kühlung läuft nur die Umwälzpumpe im Erdwärmetauscherkreislauf und befördert die Wärme aus dem Gebäude in den Untergrund. Im Falle einer aktiven Kühlung wird die Wärmepumpen zur Temperierung des Gebäudes eingeschaltet und die Betriebsweise in einem reversiblen Kreislauf gefahren.
  • Die Erdwärme und die Sonnenenergie sind unerschöpfliche Energiequellen. Es wird zu einem Großteil kostenlos Wärme aus der Umwelt verwendet.
  • Das Grundwasser hat auch im Winter konstante und vergleichsweise hohe Temperaturen (durchschnittlich 12 ˚ C).

Was es zu bedenken gibt

  • Für Grundwasserwärmepumpen muss das Grundwasser in ausreichender Menge, Qualität und oberflächennah verfügbar sein.
  • Für den Bau und Betrieb ist eine wasserrechtliche Erlaubnis erforderlich. Grundwasserwärmepumpen dürfen nicht in Trinkwasserschutzgebieten errichtet werden.
  • Das Grundstück muss groß genug für die Installation der Brunnenbohrungen sein und der Abstand zwischen den Brunnen sollte so groß sein, dass die Brunnen sich nicht gegenseitig beeinflussen.
  • Für Grundwasserwärmepumpen sind relativ hohe Investitionskosten nötig. Es sind aufwändige bauliche Maßnahmen zur Erschließung nötig. Im Bestand ist ein nachträglicher Einbau einer Niedertemperatur-Flächenheizung teilweise schwierig.
  • Schwankende Grundwasserspiegel wirken sich negativ auf die Wärmepumpe aus.
  • Falls die Nutzung von Grundwasserwärme in einem Ortsteil bzw. der näheren Umgebung weit verbreitet ist und man in Grundwasserrichtung hinter vielen anderen Abnehmern ist, reicht die Temperatur des Grundwassers eventuell nicht mehr aus.
  • Achten Sie auf die Qualität und Menge des Grundwassers. Hohe Eisen- und Manganmengen im Grundwasser verbunden mit geringem Sauerstoffgehalt können zu einer Verockerung (Ausfällung von Eisen beim Kontakt mit Luftsauerstoff) und zum Zusetzen des Brunnens führen.
  • Im Schluckbrunnen muss zu jeder Zeit das geförderte Grundwasser aus dem Förderbrunnen vollständig versickern können. Andernfalls kommt es zu einem Anlagenausfall.
  • Für die Planung sollte eine Voruntersuchung durch ein hydrogeologisches Büro erfolgen.
  • In Trinkwasserschutzgebieten sind Grundwasserwärmepumpen nicht zugelassen.

Jahresarbeitszahl (Wirkungsgrad einer Wärmepumpe)

Die Jahresarbeitszahl hängt unter anderem von der richtigen Planung und Auslegung, der fachgerechten Ausführung und dem Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und der benötigten Temperatur für Raumwärme bzw. Warmwasser ab. Wärmepumpen, die unter guten Bedingungen arbeiten, haben Jahresarbeitszahlen zwischen 3,5 und 4,5. Je höher die Jahresarbeitszahl ist, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe und desto niedriger sind die Betriebskosten. Die Jahresarbeitszahl spielt bei der Wirtschaftlichkeit einer Anlage eine Rolle.

Wärmequelle Grundwasser : durchschnittliche Jahresarbeitszahl 3,9

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Wärmepumpen können grundsätzlich auch in Bestandsgebäuden eingesetzt werden. Dafür sind jedoch eine energetische Sanierung und eine Modernisierung der Heizungsrohre und der Heizkörper nötig. Im Gegensatz zur Luftwärmepumpe sind hier auch höhere Temperaturen erreichbar, da die Temperatur des Untergrunds relativ hoch ist.
  • In Bestandsgebäuden mit hohem Wärmebedarf oder mit herkömmlichen Heizkörpern kommen eher gasbetriebene Wärmepumpen in Frage.
  • Die benötigte Temperatur des Heizsystems sollte möglichst niedrig sein, wie es bei einer flächigen Wärmeverteilung mit einer Vorlauftemperatur von maximal 35 ˚C und damit bei z. B. Fußboden- oder Wandheizungen der Fall ist.
  • Die Temperatur der Wärmequelle sollte möglichst das ganze Jahr über auf hohem Temperaturniveau zur Verfügung stehen. Dies ist bei der genutzten Wärmequelle einer Grundwasserwärmepumpe, dem Grundwasser, der Fall.
  • Je kleiner der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und gewünschter Temperatur ist, desto höher ist die Jahresarbeitszahl. Eine Heizung mit Wärmepumpe ist auch bei größeren Temperaturunterschieden möglich, allerdings wesentlich weniger effizient.
  • Mit einem Puffer- oder Schichtenspeicher können Energiebedarfsspitzen abgefangen werden und kurze Schaltzyklen der Wärmepumpe unterbunden werden. Wärmepumpen mit Speicher können immer dann arbeiten, wenn es einen Überschuss an regenerativ erzeugtem Strom gibt. Das leistet einen Beitrag zur Stabilität der regenerativen Stromversorgung. Zudem wird es künftig Tarife geben, bei denen Strom in Überschusszeiten günstiger ist.
  • Ein hydraulischer Abgleich sorgt dafür, dass die Wärme effizient im Haus verteilt wird. Zudem ist er für die Bereitstellung von Fördergeldern erforderlich.
  • Bei niedrigerem Wärmebedarf sinken auch die Investitionskosten, kleinere Anlagen können verwendet werden. Außerdem ist dann weniger Grundwasser nötig.
  • Bei Wärmepumpen spielt die sorgfältige Planung und Ausführung eine besonders große Rolle für eine möglichst hohe Effizienz. Lassen Sie sich von einer Fachperson beraten.
  • Die Umweltbilanz verbessert sich bei der Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energien.

Kombinationsmöglichkeiten

Wärmepumpen können als alleinige Heizung und Warmwasserbereitung betrieben werden. Für sehr kalte Tage mit hohem Wärmebedarf ist ein elektrischer Heizstab, auch Heizschwert genannt, vorzusehen. Der Stromverbrauch dieses Heizstabs kann jedoch hohe Kosten verursachen. Eine Heizung direkt mit Strom, dem kostbarsten Energieträger, ist nicht effizient. Sie sollte daher nur bei sehr effizienten gedämmten Häusern angewendet werden. Die Kombination mit einem Heizöl-, Gas- oder Holzkessel ist möglich, aber in der Regel eine teure Lösung.

Eine Kombination mit Solarthermie ist im Einzelfall zu prüfen. Diese Konstellation ist in der Regel unwirtschaftlich.

Die Kombination von Wärmepumpen mit Photovoltaik ist ein zukunftsweisender Weg. Die Stromeigenproduktion kann durch geschickte Steuerung der Anlage für den Betrieb der Wärmepumpe genutzt werden. Beachten Sie allerdings, dass die Stromproduktion einer PV-Anlage in den Wintermonaten extrem sinkt und in der Regel den Strombedarf der Wärmepumpe nur zu einem geringen Teil decken kann.

Lebensdauer

Die Lebensdauer der erdgekoppelten Wärmepumpe beträgt etwa 15 bis 20 Jahre.

Der Brunnen kann ca. 25 bis 50 Jahre genutzt werden.

Fördermöglichkeiten

Hinweise Grundwasserwärmepumpe

  • Falls eine energetische Sanierung bzw. Dämmung geplant ist, sollte die Wärmepumpe auf den späteren niedrigen Wärmebedarf ausgelegt werden. In der Zwischenzeit kann der alte Kessel für die Spitzenlasten weiterverwendet werden.
  • Bei der Suche nach einem kompetenten Installateur helfen Qualitätszertifikate. EU zertifizierte Wärmepumpen-Installateure erhalten das „EHPA“-Siegel. Die Förderung des BAFA wird nur bei diesem Siegel vergeben.
  • Mit einem Wärmemengenzähler kann die tatsächliche Jahresarbeitszahl und Effizienz festgestellt werden.
  • Mit dem Installateur können Mindestjahresarbeitszahlen schriftlich vereinbart werden.
  • Eine Bohrung kann unvorhersehbare Schäden verursachen. Eine Versicherung für Bohrschäden ist daher ratsam.
  • Lassen Sie den Eisen- und Mangangehalt des Grundwassers prüfen. Bei zu hohen Werten kann es zu Verockerung (Ausfällung von Eisen beim Kontakt mit Luftsauerstoff), was sich negativ auf die Wasserentnahme auswirkt.
  • Eine wasserrechtliche Genehmigung der unteren Wasserbehörde ist nötig

Unterschied Jahresarbeitszahl – Leistungszahl

  • Die Leistungszahl beschreibt das Verhältnis von abgegebener Wärme zu aufgenommener elektrischer Leistung unter Laborbedingungen. Die Leistungszahl wird nach den Vorgaben der DIN-Norm angegeben. Dabei werden die Wärmequellen bzw. die Wärmeträger abgekürzt: W= Water (Wasser), B= Brine (Sole) und A= Air (Luft). Die Eingangstemperatur und die Temperatur der gewonnen Wärme werden in Zahlen angegeben. Bsp.: Leistungszahl 4 bei A2W35. Dies bedeutet, dass die Wärmequelle Luft (A) eingangs eine Temperatur von 2 ˚C hat. Die gewonnene Wärme, die an das (Heizungs-)Wasser (W) abgegeben wird hat 35 ˚C. Durch eine Kilowattstunde elektrischer Leistung erhält man unter den definierten Bedingungen das Vierfache an Wärme. Die Leistungszahlen liegen häufig zwischen 3 und 6.
  • Die Jahresarbeitszahl gibt das Verhältnis von jährlich erzeugter Wärme bezogen auf den verursachten Stromverbrauch eines Jahres an. In diesem Fall wird unter realen Bedingungen individuell gemessen.
  • Die Jahresarbeitszahl ist daher für den Einzelfall aussagekräftiger als die Leistungszahl. Mit der Leistungszahl kann man Wärmepumpen untereinander gut vergleichen.

Gasbetriebene Wärmepumpen

  • Gasbetriebe Wärmepumpen sind auch bei hohen Vorlauftemperaturen effizient und eignen sich daher vor allem für Bestandsgebäude.
  • Der Betrieb ist günstiger als bei einer Elektrowärmepumpe.
  • Es ist weniger Primärenergie nötig, da das Gas direkt verwendet wird und bei der Umwandlung in Strom Verluste auftreten. Die Energiebilanz ist um 30 – 50 % besser als bei der elektrischen Variante.
  • Gas ist ein fossiler Brennstoff und daher endlich. Bei der Nutzung von Gas entstehen CO2-Emissionen, die dem Klima schaden.
  • Gaswärmepumpen haben hohe Planungs- und Anschaffungskosten. Sie werden daher selten in kleinen Wohneinheiten angewendet. Durch die Bauform und den angebotenen Leistungsbereich sind sie eher für Mehrfamilienhäuser interessant.
  • Derzeit gibt es nur eine geringe Produktauswahl.
  • Der Brennstoff muss verfügbar sein.

Funktionsweise

Quelle: Guntamatic

Holzpellets bestehen aus gepresstem, naturbelassenem Holz, das sich hauptsächlich aus Hobel- und Sägespänen zusammensetzt. Zur Verbesserung der Brennstoffqualität, der Verbrennungseigenschaften und der Produktionseffizienz können bis zu 2 % Additive zugegeben werden, beispielsweise Stärke, Pflanzenmehl, Pflanzenöl und Lignin. Pellets müssen für den Einsatz in Kleinfeuerungsanlagen die speziellen Anforderungen (DIN EN ISO 17225 Teil 2) erfüllen.

  • Bei einem Pelletofen, der im Wohnraum steht, wird die Wärme direkt an die Umgebung abgegeben. Die Pellets werden per Hand in den Vorratsbehälter gegeben und gelangen von dort automatisch in die Brennschale des Ofens.
  • Bei einer Pellet-Zentralheizung erwärmt der mit Pellets befeuerte Heizkessel den Heizkreislauf des Hauses über einen Wärmetauscher. Die Pellets können vollautomatisch mit einer Saugvorrichtung oder halbautomatisch aus einem Lagerraum in den Brennraum des Heizkessels transportiert werden. Das Pelletlager und der Heizkessel müssen nicht unmittelbar aneinander angrenzen. Durch die Saugförderung können Entfernungen von bis zu 20 Metern und Höhenunterschiede überwunden werden.
  • Mit einem Heißluftgebläse oder einem Glühzünder werden sie entzündet. Der Verbrennungsvorgang wird elektronisch gesteuert und reguliert.

Einfluss auf die Umwelt

  • Eine Pelletzentralheizung ist die emissionsärmste Möglichkeit mit Holz zu heizen. Sie wird alle 2 Jahre vom Schornsteinfeger auf die Einhaltung der Emissionsanforderungen geprüft.
  • Bei geeigneter Feuerungstechnik sowie sachgemäßer Anlageneinstellung und Anlagenwartung ist die Verbrennung von Pellets durch deren genormten Eigenschaften (Asche- und Wassergehalt, Form und Größe) relativ emissionsarm. Aufgrund des geringen Aschegehalts entstehen nur wenige Rückstände. Die Emissionswerte können in Kombination mit einem Staubabscheider minimiert werden.
  • Holz ist ein nachwachsender Rohstoff.
  • Bäume nehmen während ihrer Wachstumsphase CO2 aus der Atmosphäre auf. Wenn man das Holz anschließend verbrennt, wird nur die vorher aufgenommene CO2-Menge abgegeben. Es entstehen allerdings Treibhausgasemissionen bei der Herstellung und dem Transport. Die CO2-Gesamtbilanz von Holzpellets ist dennoch wesentlich besser als bei fossilen Brennstoffen.
  • Holzpellets werden aus Kostengründen aus Holzspänen hergestellt, die bei der Holzverarbeitung anfallen. Sie sind also ein Koppelprodukt der Nutzung von Holz als Werkstoff. Zusätzliche Bäume müssen nicht gefällt werden.
  • Das Grundwasser wird bei Transport und Lagerung von Holz nicht gefährdet, wie es beispielsweise bei einem Heizölunfall gegeben sein kann.
  • Es gibt aktuell nur bei Pelletheizungen sowie bei einer Scheitholzheizung Heizkessel mit serienmäßiger Brennwertnutzung.

Nutzen für den Verbraucher

  • Die Brennstoffe werden meist regional erzeugt und bereitgestellt. Das erhöht die Versorgungssicherheit.
  • Mit Pelletheizungen lassen sich die Vorgaben der Energieeinsparverordnung (EnEV) an den Primärenergiebedarf von Wohngebäuden leichter erfüllen.
  • Eine Pelletheizung kann fast so komfortabel wie eine Gas- oder Heizölfeuerung und emissionsarm betrieben werden.
  • Durch die genormten Eigenschaften und die höhere Energiedichte ergeben sich gegenüber anderen Holzbrennstoffen einige Vorteile:
    • Pellets können günstiger transportiert werden.
    • Die Verbrennung kann gut geregelt werden.
    • Im Vergleich zu Scheitholz und Hackschnitzeln ist bei Pelletheizungen, bezogen auf den Heizwert, ein kleineres Lager nötig.
  • Pelletheizungen eignen sich auch für Häuser, in denen vergleichsweise wenig Fläche als Lagerplatz für den Brennstoff vorhanden ist.

Was es zu bedenken gibt

  • Pelletfeuerungen können bei Schwachlast (wenn nur ein kleiner Teil der Leistung abgerufen wird) nicht emissionsarm betrieben werden. Daher sollte die Pelletzentralheizung stets mit einem Pufferspeicher betrieben werden. Durch eine Solarthermieanlage kann man im Sommer auf den Betrieb der Pelletheizung ganz verzichten.
  • Für eine Pelletheizung müssen, wie bei jeder Heizanlage, diverse bauliche Anforderungen erfüllt werden. Bei Pelletheizungen sind dies Anforderungen
    • an den Kamin (Querschnitt und Kaminzug),
    • an den Aufstell- bzw. Heizungsraum (z. B. Mindestabstände zu brennbaren Gegenständen und Bauteilen) und
    • an das Pelletlager, z.B. Befüll- und Absaugstutzen, Lagerraumgeometrie, gute Belüftung, da bei Funktionsstörungen der Anlage oder direkt aus den Pellets Kohlenmonoxid entweichen kann.
  • Pelletheizungen haben einen höheren Anschaffungspreis als z.B. Heizöl- und Gasheizungen, u. a. wegen den Lager- und Fördereinrichtungen. Der Brennstoff ist im Vergleich zu Hackschnitzeln teurer, dafür ist die Technik weniger aufwändig.
  • Die Nennwärmeleistung neuer Pelletöfen mit Wasserwärmetauscher muss sich am Wärmebedarf des Aufstellraumes orientieren und darf nur in Ausnahmefällen 8 kW überschreiten. Dann wird ein Pelletofen mit Wassertasche nach der 1. BImSchV als Zentralheizung eingestuft und es gelten strengere Richtwerte für die Emissionsmessung und die Anlage wird messpflichtig.

Wirkungsgrad

Einzelraumfeuerstätten (Pelletöfen): durchschnittlich ca. 87 %

Heizkessel: durchschnittlich mehr als 90 %

Mit dem Wirkungsgrad lässt sich die Effizienz einer Anlage nicht abschließend bewerten. Er gibt nur einen Anhaltspunkt. Aussagekräftiger ist der Jahresnutzungsgrad einer Anlage, der auch die Verluste, z. B. beim Anfahren oder Abkühlen mit berücksichtigt. Der Jahresnutzungsgrad von Pelletzentralheizungen (im Leistungsbereich 15 bis 50 kW) beträgt etwa 78%, sollte aber für jede Anlage einzeln ermittelt werden.

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Die Verbrennungsluftzufuhr kann automatisch anhand des Sauerstoffgehalts im Abgas (Lambda-Sonde) geregelt werden.
  • Beim Neukauf sollte man auf niedrige Emissionswerte achten. Hinweise geben die Anforderungen an förderfähige Feuerungsanlagen und Staubabscheider der bafa.
  • Vor der Anschaffung sollte man den Kaminkehrer informieren (sichere Abführung der Abgase).
  • Die Abgasabführung liegt am besten nicht unter dem First und hat möglichst keine Kaminabdeckhauben.
  • Die Verbrennung ist am effizientesten, wenn die Holzfeuerung möglichst lange ununterbrochen betrieben wird, um häufiges An- und Abfahren, bei dem viele Emissionen entstehen, zu vermeiden. Dies wird durch den Einsatz eines entsprechend ausgelegten Pufferspeichers erreicht.
  • Generell ist es wichtig, dass der Kessel die richtige Leistungsgröße hat (nicht überdimensioniert ist) und mit einer automatischen Zündvorrichtung betrieben wird.
  • Pellets, die das Umweltsiegel „Der blaue Engel“ tragen, werden nachweislich nachhaltig und energieeffizient erzeugt. Für diese Pellets wird nur Holz aus nachhaltiger Forstwirtschaft und Holzrückstände, die nicht chemisch behandelt wurden, verwendet. Auch der Transportweg wird bei diesem Zertifikat beachtet. Darüber hinaus sind Grenzwerte für die Feinstaubemissionen bei der Herstellung festgelegt.
  • Es sollten staubarme Pellets mit guter Qualität verwendet werden. Die Norm DIN EN ISO 17225-2 unterteilt Pellets in Güteklassen. Kunden können sich an zwei Zertifikaten (EN-plus und DIN-plus) orientieren, die Qualitätsmerkmale bewerten. Diese Zertifikate treffen allerdings keine Aussage über die Nachhaltigkeit der Herstellung. Ein Qualitätsmerkmal ist eine glatte glänzende Oberfläche. Es sollten wenig Risse und wenig Staub zu sehen sein.
  • Die Pellets müssen trocken gelagert werden.

Kombinationsmöglichkeiten

Eine Kombination mit Solarthermieanlagen ist sinnvoll.

Lebensdauer

Die Lebensdauer der Anlage erreicht etwa 20 Jahre.

Fördermöglichkeiten

Hinweise zur Planung von Pelletheizungen

  • Der Lagerraum sollte passend dimensioniert werden. Das Pelletlager sollte dabei maximal den Brennstoff für den Wärmebedarf von zwei Jahren aufnehmen können.
  • Der Lagerraum muss trocken sein.
  • Steht im Keller kein Raum für das Pelletlager zur Verfügung, kann man die Pellets auch in einem Tank im Garten (ober- oder unterirdisch) lagern.
  • Werden die Pellets per LKW angeliefert, sollte dafür eine Zufahrt in der Nähe des Einfüllstutzens sein. Je kürzer die Strecke zwischen LKW und Lager ist, desto weniger werden die Pellets beim Befüllen abgerieben bzw. zerkleinert.
  • Das Pelletlager darf nur unter bestimmten Voraussetzungen betreten werden. Um Gefahren durch Kohlenmonoxidanreicherungen zu vermeiden, ist eine Belüftung besonders wichtig.
  • Fertiglager werden den Anforderungen an moderne Pelletlager am besten gerecht. In hochwassergefährdeten Gebieten sollten ausschließlich Fertiglager verwendet werden.
  • Es gibt Richtlinien und Hinweise zur Planung von Holzzentralheizungsanlagen und für den richtigen Bau von Pelletlagern, nach denen man sich richten sollte, wenn man das Lager selbst baut.
  • Je größer der Vorratsbehälter eines Pelletofens ist, desto länger brennt der Ofen ohne weiteres Auffüllen.
  • Wenn die Pellets vom Lager mit einer Saugvorrichtung zum Heizkessel befördert werden, kann das Geräusche verursachen. Dies kann durch eine Schalldämmung der Rohre verringert werden. Eine Zeitschaltuhr sorgt dafür, dass nachts keine Pellets transportiert werden.

Funktionsweise

Quelle: Guntamatic

Scheitholz ist gespaltenes Stückholz, zumeist aus Wald oder Flur.

  • Bei Scheitholzöfen im Wohnraum wird das Scheitholz von Hand in die Brennkammer gegeben. Auch das Anschüren erfolgt manuell, indem das Anzündmaterial angebrannt wird. Zum Anzünden werden leicht brennbare Materialien wie wachsgetränkte Holzwolle und dünn gespaltenes Holz verwendet. Es wird empfohlen, das Feuer von oben anzuzünden, da so gewährleistet wird, dass alle bei der Verbrennung entstehenden Gase durch die Flamme strömen und so nachweislich weniger Emissionen entstehen.
    Verbrennungsluft wird nur kurzzeitig (während der Zündphase) von unten durch den Rost (falls vorhanden) zugeführt und beim weiteren Abbrennen von oben entlang der Sichtscheibe geleitet, damit diese von Rußpartikeln frei gehalten wird. Neuere Öfen dosieren die Zuluft zusätzlich oberhalb des Glutbetts (z.B. vom rückseitigen Brennraum). Die Zufuhr der Verbrennungsluft wird meist über Schieberegler von Hand reguliert.
  • Bei modernen Zentralheizungen für Scheitholz wird der Brennstoff in einen Füllschacht gegeben. Die Holzscheite liegen auf einem Rost, auf den zum Anzünden zunächst dünn gespaltenes Holz aufgelegt wird. Ein Gebläse sorgt beim Anfeuern dafür, dass der Brennstoff sich auf dem Rost entzündet und das entstehende Brenngas durch den Rost nach unten oder zur Seite in eine separate, schamottierte Brennkammer strömt. Dort wird, abhängig vom Sauerstoffgehalt im Abgas, weitere Verbrennungsluft hinzugeführt.

Einfluss auf die Umwelt

  • Holz ist ein nachwachsender Rohstoff.
  • Bäume nehmen während ihrer Wachstumsphase CO2 aus der Atmosphäre auf. Wenn man das Holz anschließend verbrennt, wird nur die vorher aufgenommene CO2-Menge abgegeben. Es entstehen allerdings Treibhausgasemissionen bei der Herstellung und dem Transport von Scheitholz. Die CO2-Gesamtbilanz ist dennoch wesentlich besser als bei fossilen Brennstoffen.
  • Das Grundwasser wird bei Transport und Lagerung von Holz nicht gefährdet, wie es beispielsweise bei einem Heizölunfall gegeben sein kann.
  • In Bayern wurde das PEFC-Zertifizierungssystem eingeführt, nach dem mehr als 80 % der bayerischen Waldfläche zertifiziert ist. Entsprechend zertifiziertes Holz kann man ohne Bedenken nutzen. Wieviel Brennstoff zusätzlich verwendet werden kann, wird wissenschaftlich untersucht. Es gibt noch keine abschließenden Ergebnisse.
  • Mit Scheitholz betriebene Heizkessel arbeiten mit fortschrittlicher Anlagentechnik und automatischer Verbrennungsregelungen und erreichen niedrige Emissionswerte, wenn trockenes Scheitholz verwendet wird.
  • Scheitholzöfen können, abhängig von der Erfahrung des Bedieners und der Feuerungstechnik, bisweilen sehr hohe Emissionswerte aufweisen.
  • Niedrigere Emissionswerte sind nur bei fortschrittlicher Anlagentechnik, sauberen und trockenen Brennstoffen und korrekter Bedienung erreichbar.

Nutzen für den Verbraucher

  • Mit Scheitholzzentralheizungen lassen sich die Vorgaben der Energieeinsparverordnung (EnEV) zum Primärenergiebedarf von Wohngebäuden leichter erfüllen.
  • Scheitholzöfen verbreiten eine gemütliche Wärme.
  • Die Brennstoffe werden regional erzeugt und bereitgestellt. Das erhöht die Versorgungssicherheit.
  • Sofern man berechtigt ist, kann man das Brennholz selbständig im Wald schlagen und trocknen. Es ist also nicht unbedingt ein Zwischenhändler nötig.

Was es zu bedenken gibt

  • Scheitholzöfen haben im Vergleich zu den anderen Holzheizungsarten relativ hohe Emissionen. Sie sollten nur gelegentlich betrieben werden. Die Nennwärmeleistung neuer Kaminöfen muss sich am Wärmebedarf des Aufstellraumes orientieren und sollte für neue Gebäude nur in Ausnahmefällen 8 kW überschreiten. Über die richtige Bedienung sollte man sich gründlich informieren.
  • Scheitholzzentralheizungsanlagen werden alle 2 Jahre vom Schornsteinfeger auf die Einhaltung der Emissionsanforderungen geprüft.
  • Scheitholzfeuerungen können bei Schwachlast nicht emissionsarm betrieben werden. Bei Scheitholzheizkesseln ist der Einsatz eines Pufferspeichers daher zwingend erforderlich. Durch eine Solarthermieanlage kann man im Sommer auf den Betrieb ggf. ganz verzichten.
  • Für eine Scheitholzheizung müssen bauliche Anforderungen erfüllt werden.
    • an den Kamin (Querschnitt und Kaminzug) und
    • an den Aufstell- bzw. Heizungsraum (z. B. Mindestabstände zu brennbaren Gegenständen und Bauteilen)
  • Bei Scheitholzheizungen muss der Brennstoff von Hand nachgelegt werden. Dies ist bei Scheitholzöfen im Abstand von ca. 30 bis 75 Minuten erforderlich. Bei Scheitholzheizkesseln sind in der Regel maximal zwei Brennstofffüllungen pro Tag notwendig, um den Heizbedarf abzudecken und das Speichervermögen des Wärmespeichers auszulasten.
  • Scheitholzöfen mit Wasserwärmetauscher können bei besonders effizienten Gebäuden auch die alleinige Heizung übernehmen. Auch die Leistung dieser Öfen darf nur in Ausnahmefällen 8 kW überschreiten. Bei Einstufung als Zentralheizung (> 8 kW) gelten strengere Richtwerte für die Emissionsmessung und die Anlage wird messpflichtig. (Im Zweifelsfall sollte man den Schornsteinfeger befragen).
  • Da Scheitholzöfen abhängig von der Qualität und Bauart des Ofens sowie der Erfahrung des Bedieners bisweilen sehr hohe Emissionswerte aufweisen können, eignen sie sich in der Regel nur für den gelegentlichen Betrieb.

Wirkungsgrad

  • Kachelofen: durchschnittlich ca. 79 %
  • Kaminofen: durchschnittlich ca. 70 %
  • Offener Kaminofen: 10 % (darf laut 1. BImSchV nur gelegentlich befeuert werden) Wegen diesem niedrigen Wirkungsgrad kann offenes Kaminfeuer kaum zu Heizzwecken genutzt werden. Es sind große Mengen kalter Verbrennungsluft nötig. Deswegen kann der Raum nicht effektiv erwärmt werden.
  • Zentralheizung mit Scheitholzkessel: durchschnittlich mehr als 90 %

In speziellen Kombikesseln können verschiedene Brennstoffe verwendet werden. Neben Holzscheiten können darin oft auch Pellets verfeuert werden. Damit wird eine Möglichkeit geschaffen, das eigene Holz zu nutzen und im Bedarfsfall auf eine automatische Brennstoffzufuhr umzuschalten. Der Schornsteinfeger führt Emissionsmessungen für beide Brennstoffe durch.

Mit dem Wirkungsgrad lässt sich die Effizienz einer Anlage nicht abschließend bewerten. Er gibt nur einen Anhaltspunkt. Aussagekräftiger ist der Jahresnutzungsgrad einer Anlage, der auch die Verluste, z. B. beim Anfahren oder Abkühlen, mit berücksichtigt. Die Jahresnutzungsgrade von Scheitholzeinzelöfen liegen bei 65 %, die von Scheitholzkesseln bei 78 %, sollten aber für jede Anlage einzeln ermittelt werden.

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Es sollte Holz genutzt werden, das regional verfügbar ist.
  • Die Regelung der Verbrennungsluftzufuhr sollte automatisch erfolgen.
  • Die Verbrennung ist am effizientesten, wenn die Holzfeuerung möglichst lange ununterbrochen betrieben wird. Damit wird das häufige An- und Abfahren, bei dem viele Emissionen entstehen, vermieden. Dies wird durch den Einsatz eines Pufferspeichers erreicht.
  • Generell ist es wichtig, dass der Kessel die richtige Leistungsgröße hat (nicht überdimensioniert ist) und in Volllast betrieben wird. Der Wärmespeicher sollte entsprechend ausgelegt sein.
  • Scheitholzkessel nach dem Durchbrandprinzip (Abbrand nach oben) sollten gegen emissionsarme Heizkessel mit unterem Abbrand ausgetauscht werden.
  • Zur Minderung der Staubemissionen können Staubabscheider in den Abgasweg geschaltet werden.
  • Das Scheitholz sollte ca. 2 Jahren trocknen, einen Wassergehalt unter 15 - 20 % zu erreichen. Ansonsten verschlechtert sich die Verbrennung. Das Scheitholz sollte auch nach der Anlieferung so gelagert werden, dass es weiter trocknen kann. Es sollte so gestapelt werden, dass es gut belüftet wird und vor der Bodenfeuchtigkeit geschützt ist. Es ist auch wichtig, den Holzstapel gegen Niederschläge abzudecken.

Kombinationsmöglichkeiten

Die Kombination mit einer Solarthermieanlage ist sinnvoll.

Lebensdauer

Die Lebensdauer eines Scheitholzofens beträgt etwa 20 Jahre.

Fördermöglichkeiten

Hinweise bei der Wahl eines Unterbrandkessels

  • Die maximale Länge der Holzscheite ist wichtig, da davon auch der Arbeitsaufwand für die Brennstoffbeschaffung abhängt.
  • Je größer der Füllraum eines Unterbrandkessels ist, desto länger ist die Brenndauer. Es muss also seltener nachgelegt werden.
  • Holzscheite sollten im Füllschacht mit möglichst geringen Abständen gestapelt werden. Die Tür muss entsprechend groß sein, damit man den Schacht möglichst optimal befüllen kann.

Exkurs: Briketts

Holzbriketts werden nach einem ähnlichen Prinzip hergestellt wie Pellets. Briketts sind jedoch größer und meist so geformt, dass sie gestapelt werden können. Während Pellets gebrochen werden, haben Briketts glatt geschnittene Kanten. Hier gilt die EU-Norm DIN EN ISO 17225-3. Achten Sie darauf, nur Briketts zu kaufen, die diese Norm einhalten. Denn viele andere handelsübliche Holzbriketts bestehen nicht aus naturbelassenem Holz. Ihr Einsatz in Kleinfeuerungsanlagen ist verboten. Presslinge dürfen in Kleinfeuerungen nur eingesetzt werden, wenn sie die DIN 51731 erfüllen (oder eine gleichwertige Qualität haben). Dazu muss nahezu ausschließlich Stammholz verwendet werden. Rindenbriketts erfüllen diese Norm nicht. Industrierestholz kann auch beschichtetes Holz enthalten. Es ist daher ebenfalls nicht zulässig.

Briketts haben durch ihr Herstellungsverfahren gewisse Vorteile gegenüber Scheitholz:

  • Briketts haben eine hohe Energiedichte.
  • Durch die genormte Form und Größe können Briketts günstig transportiert werden.
  • Im Vergleich zu Scheitholz und Hackschnitzeln ist bei der Lagerung von Holzbriketts, bezogen auf den Heizwert, eine kleinere Lagerfläche nötig.
  • Bei der Verbrennung entstehen nur wenige Rückstände (aber nur wenn sie die Anforderungen der DIN EN ISO 17225-3 erfüllen).

Funktionsweise

Quelle: Guntamatic

Hackschnitzel sind maschinell zerkleinerte Holzstücke aus Stamm- und Astholz (Energierundholz) oder Ast- und Kronenholz (Waldrestholz) aus dem Wald, Reste der holzverarbeitenden Industrie oder Holz aus Kurzumtriebsplantagen und Landschaftspflegeholz.

Die Hackschnitzel werden, zum Beispiel durch Transportschnecken oder durch eine hydraulische Schubvorrichtung, automatisch vom Brennstofflager in die Brennkammer befördert. Es gibt unterschiedliche Techniken, bei denen die Hackschnitzel von unten oder seitlich in die Brennkammer gelangen.

Die Zündung erfolgt automatisch, zum Beispiel durch ein Heißluftgebläse. Auch die Verbrennungsluft und die Abgasführung sind elektronisch geregelt.

Werden Hackschnitzel aus Waldrestholz oder Flur- und Siedlungsholz mit höheren Rinden- und Grünanteilen verwendet, müssen Staubabscheider zur Abgasreinigung eingesetzt werden. Dann werden die Emissionsanforderungen eingehalten, die für seit dem 01.01.2015 errichtete Feuerungsanlagen gelten.

Einfluss auf die Umwelt

  • Holz ist ein nachwachsender Rohstoff.
  • Bäume nehmen während ihrer Wachstumsphase CO2 aus der Atmosphäre auf. Wenn man das Holz anschließend verbrennt, wird nur die vorher aufgenommene CO2-Menge abgegeben. Es entstehen allerdings Treibhausgasemissionen bei der Herstellung und dem Transport. Die CO2-Gesamtbilanz ist jedoch um ein Vielfaches besser als bei fossilen Brennstoffen.
  • Das Grundwasser wird bei Transport und Lagerung von Holz nicht gefährdet, wie es beispielsweise bei einem Heizölunfall der Fall sein kann.
  • Es können Rest- und Nebenprodukte aus der Holzwirtschaft verwendet werden.
  • In Bayern wurde das PEFC-Zertifizierungssystem eingeführt, nach dem mehr als 80 % der bayerischen Waldfläche zertifiziert ist. Entsprechend zertifiziertes Holz kann man ohne Bedenken nutzen.
  • Im kleinen, mittleren und großen Leistungsbereich gibt es für Hackschnitzelheizungen Rauchgaskondensationsanlagen und Economiser, die latente Wärme (Kondensationswärme) aus dem Abgas teilweise nutzen können (Brennwerttechnik).
  • Der Großteil des verfügbaren Holzes wird derzeit bereits genutzt. Standortbezogen kann weiteres Holz entnommen werden, ohne der Umwelt zu schaden.
  • Für Hackschnitzelheizungen gibt es zur Brennwertnutzung zurzeit lediglich sekundäre Bauteile, die dem Heizkessel nachgeschaltet werden, um die Wärme aus dem Abgas zu nutzen.
  • Wenn zu viel Restholz mit Rinden- oder Nadelanteilen aus dem Wald entnommen wird, werden dem Ökosystem wichtige Nährstoffe entzogen. Ein nährstoffarmer Waldboden ist auch für die Forstwirtschaft nachteilig.

Nutzen für den Verbraucher

  • Die Brennstoffe werden regional erzeugt und bereitgestellt. Das erhöht die Versorgungssicherheit.
  • Mit Hackschnitzelzentralheizungen lassen sich die Vorgaben der Energieeinsparverordnung (EnEV) zum Primärenergiebedarf von Wohngebäuden leichter erfüllen.
  • Eine Hackschnitzelanlage kann automatisiert beschickt werden.

Was es zu bedenken gibt

  • Seit 01.01.2015 gelten für neu errichtete Hackschnitzelfeuerungsanlagen strengere Staubemissionsgrenzwerte. Sollen Hackschnitzel aus Waldrestholz mit Rinden- oder Nadelanteilen eingesetzt werden (z.B. Hackschnitzel der Qualität B nach DIN EN 17225-4 mit einem Aschegehalt von 3 % oder mehr), dann wird man die Feuerungsanlage mit einer effektiven Staubminderungseinrichtung ausstatten müssen – also beispielweise Elektrofilter mit einer Abscheideleistung von 70 Prozent oder mehr.
  • Soll nur rindenarmes Stamm- oder Energierundholz (Qualität A1 oder A2 nach DIN EN 17225-4) zum Einsatz kommen, dann kann bei vielen Anlagentypen unter Umständen der Staubgrenzwert auch ohne solche Filter eingehalten werden. Der Betreiber muss dann allerdings dem Schornsteinfeger gegenüber erklären, dass keine schlechtere Hackschnitzelqualität im regulären Betrieb eingesetzt wird als zum Zeitpunkt der Messungen.
  • Vor dem Kauf sollte man sich daher genau informieren, für welche Hackschnitzelqualität der Anlagenhersteller die Einhaltung des Staubgrenzwertes garantiert.
  • Für eine Hackschnitzelheizung müssen bauliche Anforderungen erfüllt werden.
    • an den Kamin (Querschnitt und Kaminzug),
    • an den Aufstell- bzw. Heizungsraum (z. B. Mindestabstände zu brennbaren Gegenständen und Bauteilen)
  • Der Schornsteinfeger sollte deshalb frühzeitig in die Planungen eingebunden werden.
  • Hackschnitzel haben einen relativ geringen spezifischen Energiegehalt. Es wird daher relativ viel Raum benötigt, um die nötige Menge an Hackgut zu lagern.
  • Hackschnitzel sind im Vergleich zu den anderen Holzbrennstoffen besonders kostengünstig. Andererseits sind die Anschaffungskosten für Feuerungsanlage und Brennstofflager relativ hoch.
  • Bezogen auf den Heizwert haben Hackschnitzel ein deutlich höheres Volumen als Pellets, sodass also ein ausreichender Lagerplatz nötig ist.
  • Automatisch beschickte Anlagen werden ab einer Leistung von ca. 20 kW angeboten.

Wirkungsgrad

Hackschnitzelkessel: durchschnittlich mehr als 90 %

Mit dem Wirkungsgrad lässt sich die Effizienz einer Anlage nicht abschließend bewerten. Er gibt nur einen Anhaltspunkt. Aussagekräftiger ist der Jahresnutzungsgrad einer Anlage, der auch die Verluste, z. B. beim Anfahren oder Abkühlen mit berücksichtigt. Der Jahrenutzungsgrad von Hachschnitzelzentralheizung (im Leistungsbereich 50 bis 300 kW) liegt bei etwa 75 %, sollte aber für jede Anlage einzeln ermittelt werden.

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Es sollte Holz genutzt werden, das regional verfügbar ist.
  • Die Regelung der Verbrennungsluftzufuhr sollte automatisch erfolgen.
  • Der Speicher sollte richtig ausgelegt und genutzt werden.
  • Die Verbrennung ist am effizientesten, wenn die Holzfeuerung in der Heizperiode möglichst lange ununterbrochen betrieben wird, um häufiges An- und Abfahren, bei dem viele Emissionen entstehen, zu vermeiden. Dies wird durch den Einsatz eines Pufferspeichers erreicht.
  • Generell ist es wichtig, dass der Kessel die richtige Leistungsgröße hat (nicht überdimensioniert ist) und mit einer automatischen Zündvorrichtung betrieben wird.
  • Bei Planung und Auslegung der Anlage sollte die Richtlinie VDI 6012 Blatt 2.1 berücksichtigt werden.
  • Schwachlast- und Gluterhaltungsbetrieb über längere Zeiträume (> 2 h) sollten vermieden werden.
  • Holzfeuerungen können bei Schwachlast nicht emissionsarm betrieben werden. Daher sollte die Hackschnitzelheizung stets mit einem Pufferspeicher betrieben werden. Durch eine Solarthermieanlage kann man im Sommer auf den Betrieb der Pelletheizung ganz verzichten.
  • Die meisten Hackschnitzelfeuerungen sind auf Wassergehalte von 30-35 % ausgerichtet. Wird zu trockenes Material eingesetzt, kann es zu Überhitzungen kommen, bei zu feuchtem Material kann es zur schlechteren Verbrennung und höheren Emissionen kommen. Es gilt grundsätzlich, dass die Feuerung auf den Brennstoff eingestellt werden sollte. Außerdem sollte der Brennstoff eine möglichst konstante Qualität aufweisen.
  • Der Grenzwert für die Staubemission von neu errichteten Hackschnitzelfeuerungen wurde um 80 % reduziert. Dieser Grenzwert kann bei Verwendung von Hackschnitzeln geringerer Qualität ohne Filteranlage nicht mehr eingehalten werden, eine Abgasreinigung ist aus dann unbedingt erforderlich.
  • Eine gute Qualität ist bei Hackschnitzeln besonders wichtig. Beim Kauf von Hackschnitzeln dient die EU-Norm DIN EN ISO 17225-4, die Anforderungen an Qualität und Größe enthält und Hackschnitzel in Güteklassen unterteilt, als Anhaltspunkt. Der Brennstoff sollte nur wenig Rinde und keine Fremdkörper, wie Kunststoff und Metallteile enthalten. Hochwertige Hackschnitzel bestehen aus rindenarmem Stammholz (Energierundholz) und scharfkantigen Stücken, die möglichst wenig Staub bzw. Feinanteil enthalten.
  • Für Hackschnitzelheizungen gibt es sekundäre Bauteile zur Brennwertnutzung, die dem Heizkessel nachgeschaltet werden.

Kombinationsmöglichkeiten

Die Kombination mit einer Solarthermieanlage ist sinnvoll.

Lebensdauer

Die Lebensdauer eines Hackschnitzelofens beträgt etwa 20 Jahre.

Fördermöglichkeiten

Unterschied Einzelfeuerstätte – Heizkessel

  • Einzelfeuerstätte: steht frei im Raum, ist in der Regel nur dafür zuständig einen Raum, in dem sie aufgestellt ist, zu beheizen. Einzelfeuerstätten werden umgangssprachlich auch Ofen genannt.
  • Kaminofen: frei stehende Einzelfeuerstätte
  • Kachelofen: eine eingemauerte bzw. gekachelte Einzelfeuerstätte mit Heizeinsatz. Durch die große eigene Masse (oftmals mit Schamottesteinen ausgekleidet) kann der Kachelofen Wärme speichern und über längere Zeit abgeben.
  • Heizkessel: Holzheizung, die für die Heizung und Warmwasserbereitung des gesamten Hauses zuständig ist

Erweiterte Einzelfeuerstätte (auch wasserführender Ofen genannt)

Ein Scheitholz- oder Pelletofen kann durch Wasserwärmetauscher, sogenannte Wassertaschen, zur Zentralheizung und Warmwasserbereitung genutzt werden. Dabei wird die Wärme des Ofens nur zum Teil zur Beheizung des Aufstellraums genutzt. Gleichzeitig wird ein Teil der Wärme an die Wassertasche abgegeben. Das erhitzte Wasser in diesem Behälter wird über Leitungen zum Pufferspeicher geführt. Dort wird die Wärme für die Zentralheizung und die Erwärmung des Brauchwassers verwendet.

Es werden auch Kachelöfen mit Pelletfeuerung angeboten. Diese gibt es ebenfalls in Kombination mit einer Wassertasche.

  • Es können, neben dem Aufstellraum, weitere Räume mit dem Ofen beheizt werden.
  • Auch in effizienten Gebäuden, wie Passivhäusern, die einen geringen Wärmebedarf haben, kann ein solcher Ofen verwendet werden, ggf. auch zur alleinigen Heizwärmebereitstellung im Winter. Ohne die Wärmeabgabe an Heizung bzw. Warmwasser über einen Wärmetauscher würde der Raum aber schnell überhitzen. Im Sommer kann die erweiterte Einzelfeuerstätte jedoch nicht zur Erwärmung des Trinkwassers verwendet werden, da der Aufstellraum schnell überhitzen würde.
  • Die Wärme des Ofens kann gespeichert und verzögert abgegeben werden.
  • Scheitholz-Einzelraumfeuerungen haben in der Regel höhere Emissionen als Holzheizkessel. Für Kesselanlagen gelten strenge Anforderungen. Es wird regelmäßig kontrolliert, ob diese eingehalten werden.
  • Ein wasserführender Ofen ist teurer als eine Einzelfeuerstätte ohne Wassertasche. Außerdem sind Leitungen vom Ofen zur Heizungs- bzw. Warmwasseranlage nötig.
  • Wenn heiße Rauchgase auf die noch kalte Wassertasche treffen, entsteht sogenannter Glanzruß. Die Kaminanlage muss deswegen öfter gereinigt werden.
  • Öfen mit Wassertasche geben meist mindestens ca. 20 % der Wärme an die Raumluft ab. Im Sommer könnte daher Warmwasser kostengünstig mit einer Solarthermieanlage erzeugt werden.

Einsatzbereich

Blockheizkraftwerke gibt es in verschiedenen Leistungsklassen und können daher vielseitig eingesetzt werden. Sie eignen sich vor allem für Häuser, die auch im Sommer eine relativ hohe Wärmeabnahme haben. Denn das BHKW sollte möglichst 5000 Stunden im Jahr betrieben werden. Es lohnt sich daher vor allem für Geschäftsgebäude und größere Mehrfamilienhäuser, z. B. mit Schwimmbad. Mini-BHKWs haben eine Leistung von maximal 50 kWel und eignen sich vor allem für Siedlungen und Quartiere. Micro-BHKWs werden mit bis zu 15 kWel für Mehrfamilienhäuser, Gewerbe, Hotels oder Schwimmbäder eingesetzt. Es gibt auch sogenannte stromerzeugende Heizungen (Nano-BHKWs) mit einer noch geringeren Leistung bis zu 2,5 kWel. Anlagen mit geringer Leistung sind derzeit oftmals nicht wirtschaftlich. Es kann sich auszahlen, wenn mehrere Häuser in der näheren Umgebung eine größere Anlage gemeinsam verwenden. Dies gilt vor allem für Reihenhäuser, da hier der Leitungsaufwand gering ist.

Funktionsweise

Quelle: Peter Lehmacher

BHKWs nutzen die Abwärme der Stromerzeugung. Im Wesentlichen gibt es zwei Arten von Kraft-Wärme-Kopplungs-Technologien:

Zum einen kann der Brennstoff in einem klassischen Verbrennungsmotor (z. B. Gas-Otto-Motor) verbrannt werden. Dafür wird der Brennstoff mit Luft gemischt und im Motorbrennraum taktweise entzündet. Dabei werden Kolben in Bewegung gesetzt, die über die Antriebswelle einen Stromgenerator antreiben. Man kann den Strom direkt im Haus verwenden oder in das Stromnetz einspeisen. Bei der Verbrennung entsteht Abwärme, mit der man heizen oder Brauchwasser erwärmen kann. Wird sie nicht gleich gebraucht, kann die Wärme in einen Speicher eingespeist werden.

Zum anderen werden auch BHKWs mit Stirling-Motoren angeboten. Der Vorteil des Stirling-Motors ist, dass er mit einer kontinuierlichen Wärmezufuhr von außen betrieben wird. Er ist leiser und schadstoffärmer als Verbrennungsmotoren. Da die Wärme dem Arbeitsgas von außen zugeführt wird, kann man unterschiedliche Wärmequellen verwenden. Derzeit werden Stirling-Motoren für den Einsatz mit Erdgas angeboten. Es wird daran geforscht, alternativ eine emissionsfreie Strahlungsquelle (wie z. B. die Sonne) einzusetzen.

Dimensionierung

Der Großteil der BHKWs wird entsprechend des Wärmebedarfs ausgelegt. Bei dieser wärmegeführten Betriebsweise läuft die Anlage nahezu kontinuierlich und produziert den Grundwärmebedarf (Grundlast) für Warmwasser und Heizung. So kann eine möglichst hohe Volllaststundenzahl erreicht werden. Für die Spitzenlast wird im Winter ein zusätzlicher Heizkessel benötigt (z. B. ein Gasbrennwertkessel).

Stromgeführte BHKWs sind so ausgelegt, dass der erzeugte Strom möglichst selbst verbraucht wird bzw. zu Zeiten hohen Strombedarfs und hoher Preise ins Netz eingespeist wird. Es ist günstiger den produzierten Strom selbst zu verbrauchen, als ihn einzuspeisen, denn die Einspeisevergütung liegt deutlich unter dem sonst zu zahlenden Strompreis. Diese Betriebsweise ist vor allem bei großen Anlagen verbreitet. Die entstehende Abwärme wird direkt genutzt oder in einen Pufferspeicher eingebracht. Die Wärme kann allerdings nur in begrenztem Umfang gespeichert werden. Daher ist die stromgeführte Betriebsweise nur eingeschränkt möglich.

Einfluss auf die Umwelt

  • BHKWs haben einen hohen Gesamt-Wirkungsgrad, da sie die bei der Stromproduktion entstehende Abwärme nutzen. Es entstehen bis zu einem Drittel weniger Emissionen als bei getrennter Wärme- und Stromgewinnung.
  • Ein Großteil der deutschen Stromversorgung stammt aus fossilen Kraftwerken mit relativ niedrigen Wirkungsgraden. Es ist umweltschonender Strom mit effizienten BHKWs bei gleichzeitiger Abwärmenutzung bereitzustellen.
  • Die fossilen Brennstoffe werden effizienter genutzt.
  • Stirling-Motoren sind nur eingeschränkt marktreif.

Nutzen für den Verbraucher

  • Durch die Eigenproduktion muss weniger Strom aus dem Netz bezogen werden.
  • Wenn der produzierte Strom in das öffentliche Stromnetz eingespeist wird, erhält der Anlagenbesitzer eine Vergütung gemäß Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz.

Was es zu bedenken gibt

  • Diese Heizungsart ist meist nur bei ganzjährig hohem Wärmebedarf wirtschaftlich.
  • Die Investitionskosten zur Anschaffung sind insbesondere bei kleinen Anlagen relativ hoch. Ein BHKW muss unbedingt regelmäßig gewartet werden. Dabei entstehen zusätzliche Kosten, die besonders bei kleinen Anlagen ins Gewicht fallen.
  • Strom und Wärme werden immer gleichzeitig erzeugt, auch wenn nicht beides zur gleichen Zeit genutzt wird. Aus diesem Grund sind entsprechende Wärmespeicher bzw. Netzzugänge nötig.
  • Ein BHKW arbeitet grundsätzlich deutlich lauter als ein moderner Gasheizkessel. Man sollte daher darauf achten, dass die angebotenen Geräte sehr gut schallisoliert sind und möglichst schwingungsentkoppelt aufgestellt werden. Viele Hersteller bieten Geräte bereits mit Schalldämmung an.
  • Manche Anlagen können ihre Wärmeleistung modulierend an den Bedarf anpassen.

Wirkungsgrad

Häufig wird bei BHKWs der Gesamtwirkungsgrad angegeben. Dabei werden der Wirkungsgrad der Stromerzeugung (elektrischer Wirkungsgrad) und der Wirkungsgrad der Wärmenutzung (thermischer Wirkungsgrad) zusammengefasst.

  • Gas-Otto-Motor: ca. 25 - 30 % (elektrisch), 60 – 67 % (thermisch)
  • Stirling-Motor: ca. 10 – 15 % (elektrisch), ca. 80 % (thermisch)

Dies ist nur bedingt aussagekräftig. Strom ist eine wesentlich kostbarere Energieform als Wärme, da er sehr vielseitig eingesetzt werden kann.

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Ein BHKW sollte möglichst lange unterbrechungsfrei laufen. Häufiges Ein- und Ausschalten verkürzt die Lebensdauer des Motors, verursacht Verluste und höhere Emissionen.
  • Ein Pufferspeicher für Wärme trägt dazu bei, dass ein BHKW im Sommer nicht häufig takten muss, sondern am Stück zum Auffüllen des Speichers läuft. Wegen des in der Regel geringeren Wärmebedarfs im Sommer läuft das BHKW dann nur wenige Stunden täglich.
  • Bei Volllast arbeitet das BHKW mit höherem Wirkungsgrad.
  • Wird die Wärme nicht am Entstehungsort genutzt, sollte der Transportweg möglichst kurz sein. So werden Leitungsverluste gering gehalten. Eine Nahwärmeversorgung mit einem BHKW kann sinnvoll sein, wenn Häuser in der näheren Umgebung angeschlossen werden.
  • Es gibt Geräte, die ihre Leistung innerhalb eines Modulationsbereichs anpassen können.

Kombinationsmöglichkeiten

Da BHKWs nur bei einer hohen ganzjährigen Wärmeabnahme wirtschaftlich sind, ist nur eine Kombination mit einem Spitzenlastkessel sinnvoll, aber auch notwendig.

Lebensdauer

Die Lebensdauer eines BHKW beträgt etwa 10 bis 15 Jahre. Ein BHKW besteht jedoch aus vielen bewegten Einzelteilen, die einen erhöhten Verschleiß haben. Reparaturen können daher bereits früher notwendig sein.

Fördermöglichkeiten

Funktionsweise



  • Ein schwarzes Blech (Absorber) nimmt die solare Strahlung auf dem Dach auf und erwärmt sich (Energiezufuhr).
  • Unter der schwarzen Oberfläche (Absorber) verlaufen Rohre mit einer Wärmeträgerflüssigkeit (meist Wasser mit einem Frostschutzmittel). Der Absorber erwärmt die Flüssigkeit.
  • Die Glasabdeckung sorgt dafür, dass die Wärme im Kollektor gehalten wird. Auf der Rückseite ist der Kollektor zusätzlich gedämmt, um die Wärme möglichst vollständig zu nutzen.
  • Wenn der Kollektor wärmer ist als der Speicher, schaltet der Solarregler die Umwälzpumpe an. Die heiße Wärmeträgerflüssigkeit wird vom Kollektor zum Pufferspeicher gepumpt und erwärmt ihn.
  • Gleichzeitig wird die abgekühlte Flüssigkeit, die den Speicher bereits erwärmt hat, in den Kollektor zurückgeleitet. Der Kreislauf beginnt nun von vorne.
  • Nachts oder wenn die Sonne nicht scheint, soll der Wärmeträger nicht zirkulieren. Ein Ventil verhindert als sogenannte Schwerkraftbremse automatisch, dass kühle Wärmeträgerflüssigkeit vom Kollektor in den Speicher fließt.

Einfluss auf die Umwelt

  • Wenn Sonnenenergie die Heizung durch Solarthermie unterstützt und das Brauchwasser erwärmt, entlastet das die zusätzliche Heizöl- oder Erdgasheizung.
  • Es müssen weniger fossile und regenerative Brennstoffe beschafft und verbraucht werden. Damit entfallen die Risiken, die beim Transport bestehen, und die Umwelt wird weniger belastet.
  • Solarthermieanlagen stoßen kaum Treibhausgase aus.
  • Auch wenn es leicht bewölkt ist, erzeugt die Solaranlage noch Wärme.
  • Für die Herstellung der Anlage wird auch Energie verwendet. Diese ist allerdings im Verhältnis zur Energie, die durch die Solarthermie entsteht, sehr gering. Die Anlagen erzeugen meist in 1 - 2 Jahren in etwa so viel Energie, wie nötigt ist, um sie herzustellen.
  • Es wird viel Material verwendet, um Solarthermieanlagen zu produzieren. Viele Rohstoffe können aber recycelt werden, wenn die Anlage abgebaut wird.
  • Je größer die Kollektorfläche ist, desto mehr Energie erzeugt sie. Man braucht also entsprechend große bzw. viele Anlagen, um mehr Energie zu erzeugen.

Nutzen für den Verbraucher

  • Nicht nur im Sommer, sondern auch in den Übergangsjahreszeiten und im Winter kann die Sonnenenergie durch den Kollektor genutzt werden. Dadurch muss weniger Brennstoff für die zusätzliche Heizungsanlage beschafft und gelagert werden.
  • Sonnenenergie ist kostenlos.
  • Die herkömmliche Heizung kann im Sommer abgeschaltet werden.

Was es zu bedenken gibt

  • Nur im Sommer reicht die Solarwärme aus. Im Winter (zwischen November und Februar), wenn man am meisten Wärme braucht, liefert die Sonne bei uns zu wenig Energie für Heizung und Warmwasser. Eine Zusatzheizung ist daher notwendig.
  • Solarthermieanlagen werden in der Regel auf Dächern aufgestellt. Wird die Fläche für Solarthermie genutzt, bleibt weniger Platz für eine Photovoltaikanlage.
  • Auch an Flachdächern und Fassaden können Solaranlagen angebracht werden. Dafür werden Gestelle benutzt, die für den nötigen Winkel sorgen.
  • Wenn die Anlage auf dem Dach montiert wird, sollten die Gewerke Dacheindeckung und Anlagenmontage klar getrennt werden. Bei einem Mangel lässt sich leichter feststellen, wer für Reparaturen etc. aufkommen muss.
  • Bei einem Neubau sollte eine solarthermische Anlage bereits mit geplant werden. Es ist leichter, die Anlage später zu errichten, wenn Leitungen und Regelungstechnik bereits vorgesehen sind.
  • Ist die Montage einer Solarthermieanlage auf dem Dach eines Altbaus geplant, sollte vorher geprüft werden, ob das Dach saniert werden muss. In diesem Fall sollte das Dach saniert bzw. gedämmt werden, bevor die Solarthermieanlage angebracht wird.

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad der Solarthermieanlage hängt unter anderem davon ab, wie hoch die Außentemperatur und die Speichertemperatur ist. Der Wirkungsgrad der Anlage verändert sich mit den Einsatzbedingungen. Der optische Wirkungsgrad ist ein Anhaltspunkt. Dieser beträgt meist 70 - 85 % und beschreibt, wieviel Sonnenenergie unter Normbedingungen in Wärme umgewandelt wird. Eine Normbedingung ist zum Beispiel eine Kollektortemperatur von 25 Grad Celsius. Wenn man beachtet, dass es tatsächlich auch andere Randbedingungen gibt und Wärme verloren geht, kommt man auf den eigentlichen Wirkungsgrad.

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Sinnvoll sind Heizflächen, die mit niedriger Vorlauftemperatur arbeiten können, z. B. eine Fußbodenheizung.
  • Der Kollektor sollte möglichst wenig verschattet werden.
  • Am besten ist das Kollektorfeld günstig zur Sonne ausgerichtet, von Süd-Ost bis Süd-West.
  • Der Neigungswinkel der Kollektoren sollte daran angepasst sein, für was die Wärme genutzt wird. Ein Kollektorwinkel zwischen 40 - 60 Grad ist am besten geeignet, um Brauchwasser zu erwärmen. So kann mit Solarthermie von Frühjahr bis Herbst viel warmes Wasser erzeugen. Um die Heizung zu unterstützen, muss möglichst viel Solarenergie in den Wintermonaten genutzt werden. Die Sonne lässt sich in der Heizperiode am besten mit einem Winkel von 45 bis zu 70 Grad eingefangen.
  • Ein Schichtenladespeicher speichert die Wärme besonders effizient.
  • Je höher die Strahlungsleistung ist, desto mehr Sonnenenergie kann genutzt werden.
  • Wenn die Leitungen und der Speicher gut gedämmt sind, geht wenig Wärme verloren. Das heizt das Haus weniger auf. Das ist besonders im Sommer von Vorteil. Das Effizienzlabel für Speicher hilft bei der Auswahl.
  • Wenn das Wasser, das zum Kollektor zurückkommt, kalt ist, wurde der größte Teil der Wärme an die Heizung abgegeben Ein kühler Wärmeträger kann mehr Wärme des Kollektors aufnehmen. Der Wirkungsgrad ist dann höher.
  • Die Anlage muss sorgfältig geplant, installiert und regelmäßig gewartet werden. Eine Anlage arbeitet effizienter, wenn sie fachgerecht angebracht wird. Beauftragen Sie dafür einen qualifizierten und erfahrenen Handwerker.
  • Da die Anlagen sehr unterschiedlich eingesetzt werden, gibt es keine pauschale Lösung. Die individuellen Randbedingungen (Standort, Wärmebedarf, Nutzerverhalten etc.) müssen mit eingeplant werden.
  • Die Rohrleitungen sollten möglichst kurz und ohne Umwege verlegt werden.

Kombinationsmöglichkeiten

Solarenergie kann alle anderen Heizsysteme während der Übergangszeit unterstützen und im Sommer meist das gesamte Brauchwarmwasser erwärmen. Wird sie mit einer Luftwärmepumpe kombiniert, ist das jedoch extrem unwirtschaftlich. Es ist besser, strombetriebene Wärmepumpen gemeinsam mit einer Photovoltaikanlage zu betreiben.

Dimensionierung/ Deckungsgrad

  • Es wird am meisten Heizwärme benötigt, wenn die Sonne am wenigsten Energie liefert - und umgekehrt. Die Solarwärme reicht bei uns im Winter daher ohne einen Pufferspeicher mit mehreren Dutzend Kubikmetern nicht allein aus. Auch in sehr effizienten Passivhäusern braucht man dafür einen großen Speicher. Das kostet allerdings relativ viel Geld.
  • Von der Größe des Speichers hängt ab, für wie viele Tage Solarenergie vorgehalten und wieviel Wärme in den Übergangszeiten genutzt werden kann. Mit größeren Speichern werden mehr sonnenarme Tage überbrückt. Bei einem kleinen Speicher muss die konventionelle Heizung öfter anspringen. Der Speicher sollte in einem Haushalt mit vier Personen mindestens eine Größe von 800 – 1.000 Litern haben, um die Solarenergie in den Übergangszeiten zu nutzen.
  • In der Fachliteratur wird häufig als Faustformel angegeben, dass pro Person 1 bis 1,5 m2 eines Flachkollektors geplant werden sollte. Damit auch in der Übergangszeit genug warmes Wasser zur Verfügung steht, ist eine Kollektorgröße von mindestens 2,5 – 3,75 m2 pro Person empfehlenswert.
  • Je größer die Anlage und der Speicher sind, desto höher ist der Anteil am Warmwasserbedarf, den die Solarthermie deckt. In einem Haushalt mit vier Personen erzeugt eine Anlage mit einer Größe von 14 m2 und einem Speicher mit 2.500 Litern 75 % des warmen Wassers.
  • Um mit der Solarthermie die Heizung zu unterstützen, muss der Kollektor wesentlich größer sein. Die Größe hängt davon ab, wieviel Heizwärme nötig ist. Das ist von Gebäude zu Gebäude sehr unterschiedlich.
  • Im Sommer erwärmt die Solaranlage mehr Wasser, als für das Baden und Duschen nötig ist. Sie können das Warmwasser ausnutzen, wenn Waschmaschine und die Spülmaschine an das Warmwassernetz angeschlossen werden. Achten Sie darauf, dass Ihre Geräte dafür geeignet sind. Benutzen Sie bei Waschmaschinen ein passendes Vorschaltgerät oder eine Waschmaschine mit Kalt- und Warmwasseranschluss.

Lebensdauer

Eine Erneuerung ist erst nach ca. 30 Jahren notwendig.

Fördermöglichkeiten

Exkurs Röhrenkollektor

Röhrenkollektoren sind eine weitere Möglichkeit, mit Hilfe von Solarenergie Trink- und Brauchwasser zu erwärmen. Sie funktionieren genauso wie Flachkollektoren, sind jedoch anders aufgebaut. Der Absorber ist in diesem Fall in Röhren angeordnet. Außerdem arbeitet diese Kollektorart unter einem Vakuum. Die Röhrenkollektoren sind teurer, aber dafür auch um 10 - 30 % effizienter. Sie werden daher vor allem auf kleinen Dachflächen verwendet. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass sie im Winter und bei diffuser Solarstrahlung effizienter arbeiten als Flachkollektoren.

Funktionsweise

Brennstoffzellenheizungen sind Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (Blockheizkraftwerke). Sie produzieren sowohl Wärme als auch Strom. Im Gegensatz zu herkömmlichen Blockheizkraftwerken basiert die Energieerzeugung auf dem elektrochemischen Prozess der kalten Verbrennung (umgekehrte Elektrolyse).

In Brennstoffzellen werden ein Brennstoff (Wasserstoff) und ein Oxidationsmittel (Sauerstoff) zusammengeführt. An der Anodenseite der Brennstoffzelle werden die Wasserstoffmoleküle in positiv geladene Ionen und (negativ geladene) Elektronen aufgespalten. Die Elektronen fließen über einen Leiter zur Kathode und erzeugen dabei Strom. Die Wasserstoffionen diffundieren durch eine halbdurchlässige Membran in Richtung Kathode. Dort vereinigen sie sich mit den Sauerstoffmolekülen und es entstehen Wasser und Wärme.

Handelsüblich für Privatanwender sind zwei verschiedene Systeme. In beiden Fällen kann Erdgas als Ausgangsstoff verwendet werden. Eine flächendeckende Infrastruktur für Wasserstoff ist aktuell nicht vorhanden. In Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC - solid oxide fuel cell) wird der Wasserstoff bei 650 - 1.000 °C direkt aus dem Erdgas gewonnen. Geräte mit Niedertemperatur Brennstoffzellen (PEMFC - polymer electrolyte fuel cell) besitzen einen Reformer, in dem mit Hilfe von Wasserdampf Wasserstoff aus dem Erdgas herausgelöst wird.

Quelle: Wikimedia Commons; https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brennstoffzelle_funktionsprinzip.png

Einfluss auf die Umwelt

Die meisten installierten Brennstoffzellenheizgeräte nutzen Erdgas zur Erzeugung von Strom und Wärme und somit einen fossilen Brennstoff.

  • Aufgrund eines hohen kombinierten Wirkungsgrades (Berücksichtigung von Elektrizität + Wärme) von 80 - 95 % sind die klimawirksamen Emissionen allerdings um 30 - 50 % geringer als bei herkömmlicher Strom- beziehungsweise Wärmeerzeugung.
  • Da keine eigentliche Verbrennung stattfindet, entstehen im Betrieb außer Wasser keine weiteren Emissionen wie Stickoxide oder Feinstaub. Allerdings wird bei der Umwandlung von Erdgas zu Wasserstoff CO2 freigesetzt.
  • Entscheidend ist die Brennstoffproduktion. Wird anstatt von herkömmlichem Erdgas Biogas oder aus regenerativen Energiequellen erzeugter Wasserstoff verwendet, sind die Umweltauswirkungen von Brennstoffzellen gering.

Nutzen für den Verbraucher

  • Brennstoffzellen stellen aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads nach deren finanziellen Amortisation eine kostengünstige Lösung zur Strom- und Wärmeproduktion dar. Ab wann sich die Installation auszahlt, muss im Einzelfall geprüft werden.
  • Die Energiekosten im Betrieb sind im Vergleich zu einer herkömmlicher Heizungsanlage und Stromversorgung um 30 - 50 % niedriger.
  • Die Brennstoffzellen-Technologie ist schon lange bekannt. Die seit etwa 2015 auf dem deutschen Markt erhältlichen Heizungsgeräte werden von unabhängigen Experten als marktreif bewertet.
  • Wenn ein Erdgasanschluss vorhanden ist, ist eine Integration in ein bestehendes zentrales Heizsystem problemlos möglich.

Was es zu bedenken gibt

  • Übliche Brennstoffzellenheizungen sind nicht dafür geeignet, den Gesamtverbrauch eines Privathaushalts zu Spitzenverbrauchszeiten abzudecken. Deshalb ist ein Hausanschluss an das örtliche Stromnetz notwendig; auch sollte eine zusätzliche Wärmeerzeugungsanlage installiert werden.
  • Die Anschaffungskosten sind vergleichsweise hoch und beginnen bei 30.000 Euro. Hohe finanzielle Fördergelder reduzieren die Investitionskosten allerdings erheblich. Nach einiger Zeit amortisieren sich die Investitionen auf Grund des hohen Wirkungsgrades.

Wirkungsgrad

Brennstoffzellenheizungen erzielen im Betrieb hohe Wirkungsgrade von 80 - 95 %. Dies liegt einerseits an der kombinierten Nutzung von Wärme und Elektrizität. Andererseits treten auch keine mechanisch bedingten Verluste auf.

Gute Bedingungen für einen effizienten und umweltschonenden Betrieb

  • Ein wärmegeführter Betrieb ist sowohl ökonomisch als auch ökologisch in den meisten Fällen sinnvoll. Die Brennstoffzelle wird hierbei aktiviert, wenn Wärme bzw. Warmwasser benötigt wird. ABER: Ein wärmegeführter Betrieb (bedarfsgerechte Steuerung) ist nur bei Niedertemperatur-Brennstoffzellen möglich. Hochtemperatur-Systeme eignen sich hierfür nicht, sie werden für den Dauerbetrieb dimensioniert und sollten nur für Wartungsarbeiten abgeschaltet werden.
  • Im Betrieb kann überschüssige Wärme entstehen. Ist ein großer Warmwasserspeicher vorhanden, kann diese aufgefangen werden. Auch Batteriesysteme können eingebunden werden – so wird auch nicht genutzte Energie für den Eigenbedarf gespeichert und muss nicht ins Netz eingespeist werden.
  • Am Markt übliche Hochtemperatur-Brennstoffzellenheizungen werden ab einem Gesamtwärmebedarf von 10.000 kWh jährlich als effizient erachtet. Bei Singlewohnungen oder Passivhäusern wird dieser Bedarf zumeist nicht erreicht. Niedertemperatur-Systeme können schon bei geringerem Bedarf eingesetzt werden.
  • Ob Brennstoffzellenheizungen für den jeweiligen Anwendungsfall geeignet sind und welches System benötigt wird, muss individuell berechnet werden.

Kombinationsmöglichkeiten

Brennstoffzellenheizungen bieten generell die Möglichkeit, zu einem virtuellen Kraftwerk zusammengeschlossen zu werden. Die Heizgeräte können somit wichtige Systemdienstleistungen in einem Stromnetz mit steigendem Anteil volatiler Erzeuger übernehmen.

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: Was ist eigentlich ein "Virtuelles Kraftwerk"?

Brennstoffzellenanbieter empfehlen die Kombination mit einem kleinen Brennwertkessel. Dies sichert die Wärmeversorgung auch bei kurzzeitig höherem Wärmebedarf. Auch eine Kombination mit elektrischen Wärmepumpen ist möglich.

Lebensdauer

  • Niedertemperatur-Brennstoffzellen besitzen eine Lebensdauer von über zehn Jahren.
  • Hochtemperatur-Brennstoffzellen erzielen höhere Wirkungsgrade. Die Brennstoffzellen müssen aber schon nach wenigen Jahren ausgetauscht werden.
  • Welche Technologie ökonomisch am sinnvollsten ist, muss im Einzelfall entschieden werden. Ein Austausch der Brennstoffzellen nach einer bestimmten Zeit wird in der Regel ohne zusätzliche Kosten mit Hilfe von Serviceverträgen abgedeckt.

Fördermöglichkeiten

Aufgrund ihrer vergleichsweise geringen CO2-Emissionen werden Brennstoffzellenheizungen staatlich gefördert. Meist sind sie daher nur für Privathaushalte finanziell interessant. Eine finanzielle Unterstützung von bis zu 50 % der Kosten ist mit der Kombination verschiedener Förderprogramme realisierbar.

Fördermittel können bei verschiedenen überregionalen Stellen wie KfW oder BAFA beantragt werden:

KfW: Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Brennstoffzelle

Auch einzelne Bundesländer bieten Hilfe an. In Bayern beispielsweise ist ein Zuschuss durch das 10.000-Häuser-Programm möglich:

Energie-Atlas Bayern: 10.000-Häuser-Programm

Eine zusätzliche Einnahmequelle ist die Vergütung für KWK-Anlagen. Für den Eigenverbrauch werden 4 Cent pro Kilowattstunde und für Strom, der ins Netz eingespeist wird, 8 Cent pro Kilowattstunde bezahlt.