Brennwertheizungen

02. Apr. 2019 von Olof E. Matthaei

Wie Brennwerttechnik tatsächlich genutzt wird – und Förderung dafür erhalten werden kann

uralte Kesselanlage

Brennwertkessel machen bei der Erneuerung des zentralen Wärmeerzeugers ca. 80% des gesamten Marktvolumens aus. Sie sind damit der Standard der Heiztechnik – noch. Nicht nur, wer noch so ein Schätzchen wie auf dem Bild zum Heizen benutzt, denkt über die Erneuerung der Heizung nach. Auch neuere Kesselanlagen aus den 80er und 90er Jahren sind jetzt vom Austausch „bedroht“. Diese waren überwiegend als Niedertemperaturkessel (NT-Kessel) ausgeführt.

Doch die versprochene Einsparung von 10-15% stellt sich oft nicht ein. Warum das so ist und wie man die Anlage richtig sanieren sollte, wird in diesem Beitrag eines Energieberaters beschrieben. Energieberater als energetische Sachverständige sind regelmäßig auch einzubeziehen, wenn öffentliche Förderung für die Heizungserneuerung in Anspruch genommen werden soll.

Ein Heizkessel verbrennt einen Brennstoff. Die dabei entstehende Hitze wird von Wasser als Wärmeträger aufgenommen und kann so im Haus zirkuliert werden. Aber nur ein Teil der im Brennstoff enthaltenen Energie wird vom Heizungswasser aufgenommen, ein Teil geht als Abstrahlungsverlust durch das Kesselgehäuse in den Aufstellraum über und ein weiterer Teil geht mit dem Abgas verloren. Die Mengenverhältnisse von Nutzwärme (das, was mit dem Heizungswasser transportiert wird) zu den Verlusten ist von diversen Faktoren abhängig.

Ein paar Worte zur Brennwerttechnik

Frühere Kesselanlagen nutzten die im heißen Abgas enthaltene Wärme, um einen ordentlichen Zug im Schornstein zu erzeugen. Knapp erklärt: Warmes Gas ist leichter als kalte Luft, daher steigt das Abgas durch den Schornsteinschacht auf. Gleichzeitig verhindert die hohe Abgastemperatur Kondensation auf den Innenwänden des Schornsteinzugs.

Mit der Ölkrise in den 1970er Jahren begann eine Wende im Denken und Handeln, die zu immer strikteren Vorgaben für Anlagenbauer führte. Die Kessel mussten effizienter werden. Daher begann man, die im Abgas verloren gehende Wärmemenge zu begrenzen. Niedertemperaturkessel kühlen das Verbrennungsgas weiter herunter, so dass weniger Wärme mit dem Abgas verloren geht. Dabei kommt es, vor Allem im Teillastbetrieb, also wenn nur geringe Vorlauftemperatur gebraucht wird, schnell mal zu einem Zustand, bei dem Wasser im Schornstein aus dem Abgasstrom heraus kondensiert. Daher benötigten diese Kesselanlagen auch eine entsprechende Abgasanlage, Oft wurden Edelstahlrohre eingebaut. Die Kondensatmengen waren gering. Die Normnutzungsgrade, also der Wirkungsgrad bei Normbedingungen, konnten mit dieser Technologie von ca. 70% auf ca. 90% ordentlich gesteigert werden.

Mitte der 1990er Jahre begann man dann damit, verstärkt den Brennwert zu nutzen. Das heißt, dass die Abgase noch weiter herunter gekühlt werden, bis auf Temperaturen unter 55°C. Dabei kondensiert bereits in der Kesselanlage ein größerer Teil des im Abgas enthaltenen Wassers aus. Die Abgasführung musste wiederum angepasst werden. Der Zug kann kaum noch durch thermische Unterschiede erzeugt werden, daher wird entweder ein Gebläsekessel oder ein Abgasventilator erforderlich. Das Abgasrohr wird nun meist aus Kunststoff gefertigt, um die größeren Mengen an Kondensatwasser abzuführen. Der Kessel muss an ein Abwassersystem angeschlossen werden.

Die Normnutzungsgrade sind damit auf bis zu 105% für Gaskessel gestiegen. Diese Angabe basiert auf dem Heizwert (Hi) des eingesetzten Brennstoffs. Auf den Brennwert (Hs) bezogen muss naturgemäß der Wirkungsgrad knapp unter 1 bleiben.

Aus dieser Leistungssteigerung der Wärmeerzeuger von 90% auf 105% jedoch ableiten zu wollen, dass damit die gesamte Heizung ca. 15% wenige Energie verbrauchen würde, wenn ein neuer Brennwertkessel eingebaut wird, ist jedoch zu kurz gedacht.

Gesamtschau der Heizungsanlage ist ernüchternd

Es ist wieder einmal das alte Lied von der Kette, die nur so stark ist, wie ihr schwächstes Glied. Einen Brennwertkessel in ein Haus einzubauen, dass ungedämmt und mit alten Heizkörpern ausgestattet ist, ist etwa so, als wollte man mit einem Rennwagen auf einem Feldweg fahren. Man kommt irgendwie durch, aber den vollen Nutzen des Geräts erreicht man nie. Warum ist das so?

Den Brennwert des eingesetzten Brennstoffs, vorzugsweise Erdgas, kann man nur nutzen, wenn der Rücklauf des Heizkreises ausreichend kühl ist. Unter 55°C setzt die Kondensation massiv ein. Die Anforderung an einen dauerhaft guten Brennwertbetrieb macht es erforderlich, dass bei Auslegungstemperatur (Wuppertal und Hamburg: -12°C, Goslar: -14°C) der Rücklauf nicht wärmer als 45°C ist. Das aber lässt sich nur erreichen, wenn die Heizkörper ausreichend groß dimensioniert sind.

Die Leistung, die ein Heizkörper abgeben kann ist bedingt durch seine Bauart, die Baugröße, die Raumtemperatur und die mittlere Temperatur des Heizungswassers. Zur Differenz zwischen der mittleren Temperatur des Heizkörpers (Vorlauf plus Rücklauf durch zwei) und der Raumtemperatur verhält sich die abgegebene Heizleistung genähert proportional.

Beispiel: Ein Heizkörper, der bislang mit 70°C Vorlauf- und 64°C Rücklauftemperatur in einem 22°C warmen Zimmer betrieben wurde, soll jetzt von einer Brennwerttherme versorgt werden. Es ist gefordert, dass der Rücklauf maximal 45°C hat. Bislang war die mittlere Heizkörpertemperatur bei (70+64)/2 = 67°C. Um die gleiche Leistung jetzt bei einer Rücklauftemp. von 45°C zu erhalten muss die Vorlauftemperatur (67°C x 2) -45°C = 89°C betragen. Theoretisch ist das möglich.

Praktisch stoßen wir an mehrere Grenzen:
Erstens ist der Volumenstrom durch den Heizkörper dann derart gering, dass er nicht mehr vernünftig regelbar ist.
Zweitens ist die Spreizung zwischen Vor- und Rücklauftemperatur zu hoch für den Kessel. Auch hier würde ja der Volumenstrom sehr gering und die thermischen Spannungen im Gerät definitiv zu einem Zerreißen der Struktur führen. Mit Zähneknirschen bringe ich einen Installateur dazu, eine Spreizung von 25°C zu installieren. Darüber hinaus erlischt jegliche Gewährleistung. So etwas ließe sich nur in Großanlagen mit mehrstufigen Wärmeerzeugern realisieren.

Wenn nun aber die bestehende Heizungsübergabe (das sind die Heizkörper oder sonstigen Apparate zur Wärmeübergabe an den Raum) für relativ hohe Temperaturen ausgelegt ist und ich gar keinen Rücklauf unter 45°C erreichen kann, dann findet auch die Kondensation nicht mehr als im früheren NT-Kessel statt. Das heißt, dass ich zwar einen Brennwertkessel installiert habe, der aber gar nicht im Brennwertbetrieb arbeitet. Mann erinnere sich noch einmal an das Beispiel vom Rennwagen auf dem Feldweg.

Der Jahresnutzungsgrad des Wärmerzeugers liegt dann doch nur bei 95% und damit nur knapp über dem der bisherigen Anlage. Der Betreiber ärgert sich, dass er die versprochene Einsparung nicht bekommt.

Fördermittel für Heizungserneuerung

Nun kommen viele Kunden auf mich zu, die eine Heizungserneuerung planen und denen die Bankberater erzählen: „Geh doch mal zu einem Energieberater, dann kannst du eine Förderung von der KfW dafür bekommen!“

Tatsächlich gibt die KfW bis zu 15% Zuschuss im „Heizungs- und Lüftungspaket“ aus Mitteln des BMWi. Diese Förderung ist jedoch an Auflagen gebunden. Immer wieder muss ich erklären, dass der Staat kein öffentliches Fördergeld an Hausbesitzer gibt, die ihre marode Anlagentechnik renovieren. Diese Fördermittel aus öffentlichen Töpfen gibt es nur, wenn damit deutlich mehr für die Gemeinschaft erreicht wird. Der Klimaschutz ist öffentliche und private Aufgabe. Die Klimaschutzziele werden nur erreicht, wenn relevante Einsparungen erzielt werden und die Effizienz deutlich mehr gesteigert wird.

Daher fordert die KfW im Heizungs- und Lüftungspaket, dass ein unabhängiger Energieberater das Projekt begleitet und dabei feststellt, dass tatsächlich eine Brennwertnutzung erzielt wird, die vorher nicht da war.

Das macht umfangreiche Berechnungen erforderlich. Zunächst muss die Heizlast raumweise berechnet werden und erkundet werden, ob und mit welchen Temperaturen die Lasten mit den installierten Heizkörpern gedeckt werden können. Das hydraulische System (Rohrleitungen, Speicher, Pumpen, gegebenenfalls Strangarmaturen etc. müssen aufgenommen und die hydraulischen und energetischen Bedingungen betrachtet werden.

Wenn sich hierbei ergibt, dass im vorhandenen System kein dauerhafter Brennwertbetrieb sicher gestellt werden kann, dann kann betrachtet werden, mit welchen Maßnahmen dies möglich wird. Oft müssen dafür mehrere Heizkörper ausgetauscht werden. Einfacher wird es, wenn gleichzeitig eine Dämmung von Bauteilen und der Austausch von Fenstern erfolgt. Dämmmaßnahmen senken die Heizlast, so dass die vorhandenen Heizkörper mit geringeren Temperaturen ausreichend Leistung haben. Und so wird die Erneuerung der Kesselanlage zu einer ganzheitlichen Optimierung des Gebäudes oder der Anlagentechnik und kostet zumindest investiv erstmal viel mehr als die Förderung ausmacht.

Wie kann die Energiewende im Wärmebereich stattfinden?

Und an dieser Stelle kneifen dann manche Kunden mit dem Argument, dass ’sich das ja nicht rechne‘. Wer aber weiter denkt erkennt sowohl den Nutzen für die Umwelt durch verringerte Emissionen als auch den langfristigen Nutzen durch dauerhaft geringere Heizkosten. Dabei kann die Einsparung deutlich über 20% liegen. Allein der hydraulische Abgleich des Gesamtsystem wird standardmäßig 10-15% Einsparung liefern. Dazu die tatsächliche Nutzung des Brennwerts und ganz schnell ist ein Viertel der Energiekosten nicht mehr da. Jedes Jahr!

Nach wie vor bleibt das Problem des Verbrennens fossiler Energie. Sofern weiter Erdgas und Erdöl verbrannt werden, können wir nicht von einer echten Energiewende im Wärmebereich sprechen. Erst mit dem Einsatz von Gas, das mit Überschussstrom aus erneuerbaren Quellen erzeugt wird (Windgas, Power-to-Gas), ließe sich die Verbrennungstechnik klimaneutral darstellen. Die Effizienz der Technik, also insbesondere des Heizsystems und die Dämmung des Gebäudes gegen Wärmeverluste gehören in die Gesamtstrategie hinein.

Bildnachweis:
Alter Heizkessel, Foto: O. Matthaei 2017

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