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Arten der Heizwärmeerzeugung

Knapp 50 % der Heizungen in Deutschland werden mit Erdgas befeuert. Etwas weniger als ein Drittel der Haushalte heizt mit Heizöl. Nur 3% der Haushalte heizen mit Kohle. Der Rest der Wohnungen wird über Fernwärme oder Strom (hier sind auch Wärmepumpenheizungen enthalten) versorgt.


Anteil der Energieträger an der Wohnungsbeheizung. Quelle: Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (Quelle BDEW)

Eine übliche Heizungsanlage besteht aus einem Heizkessel und einem Wärmeverteilsystem, das die erzeugte Wärme bedarfsgerecht dorthin transportiert, wo der Wärmebedarf gegeben ist. Einzelfeuerungen (die nur ein Zimmer beheizen) sind in Deutschland sehr selten geworden und werden im Wesentlichen nur noch in Verbindung mit einer Holzfeuerung als Zusatzheizung zur Zentralheizung genutzt.

Das Verteilsystem besteht aus einem wassergefüllten Rohrleitungsnetz. Hier unterscheidet man zwischen einem Vorlauf, der das erwärmte Wasser zu den Heizkörpern (Radiatoren) führt und dem Rücklauf, der das im Radiator abgekühlte Wasser wieder zurück in den Kessel fließen lässt. Eine Umwälzpumpe sorgt für den Transport des erwärmten Wassers. In vielen Anlagen sind Vor- und Rücklauf über ein Mischventil verbunden. Das Mischventil ermöglicht die Vorlauftemperatur unter die Kesseltemperatur herunterzusetzen, indem der Wasserstrom aus dem Vorlauf mit dem kälteren Rücklauf gemischt wird. 

Das Druckausgleichsgefäß dient zum Ausgleich der temperaturbedingten Volumenänderungen des Wassers und zum Stabilisieren des Wasserdrucks im Heizungskreislauf.


Schema einer Heizanlage, (Quelle: Wuppertal Institut für Klima, Umwelt und Energie, Planungsbüro Schmitz, Aachen)

Niedertemperatur und Brennwertkessel

Moderne Heizungskessel weisen gegenüber älteren Heizkesseln größere Wärmetauscherflächen auf. Dadurch kann das Abgas stärker abkühlen und der Wirkungsgrad des Heizkessels wird erhöht. Die hat zur Folge, dass ein größerer Teil des Energiegehalts, der im Brennstoff steckt, im Kessel tatsächlich in nutzbare Wärme umgewandelt wird. Wenn die Kesseltemperatur auf maximal 60 °C begrenzt ist, spricht man von so genannten Niedertemperaturkesseln. Diese nutzen die durch die Verbrennung freiwerdende Heizwärme zu rund 90 % aus.


Funktionsschema Niedertemperatur- und Brennwertkessel (Quelle Wuppertal Institut, a.a.O.)

Eine noch bessere Wärmeausnutzung erzielt man beim so genannten Brennwertkessel. Bei diesem Kesseltyp wird die Energie des Wasserdampfs genutzt, die bei anderen Kesseln zusammen mit dem heißen Abgas durch den Kamin geht. Dies geschieht, indem man das abgekühlte Wasser aus dem Rücklauf der Heizung durch den Abgaskanal des Kessels führt. An dem relativ kalten Rücklauf kondensiert der Wasserdampf des Abgases und erwärmt damit den Rücklauf. Mit dieser Technik wird erreicht, dass der Energiegehalt des Wasserdampfes nicht durch den Kamin geht, sondern an das Heizwasser abgegeben wird. Auf diese Weise kann der obere Heizwert des Energieträgers (unterer Heizwert plus Kondensationsenergie des Wasserdampfes) genutzt werden. Der obere Heizwert wird auch Brennwert genannt, wodurch der Brennwertkessel seinen Namen erhalten hat). Durch die Brennwertnutzung steigt der Wirkungsgrad des Kessels um etwa 5 bis 11% an.

Blockheizkraftwerk

Unter Blockheizkraftwerk (BHKW) versteht man ein kleines Kraftwerk, das Strom und Wärme für ein Haus oder einen ganzen Häuserblock produziert. Das BHKW besteht aus einem Verbrennungsmotor (wie im Auto) der in der Regel mit Dieselöl oder mit Erdgas angetrieben wird. Dieser Motor treibt einen Generator an, der Strom erzeugt. Die Abwärme des Motors wird benutzt, um das Haus oder den Häuserblock zu heizen. Der Strom wird, sofern zeitgleich Strom im Gebäude gebraucht auch in diesem Gebäude verbraucht und ansonsten in das Stromnetz eingespeist. Die Blockheizkraftwerke werden in der Regel nur dann angeschaltet und produzieren auch nur dann Strom, wenn die Gebäude Wärme benötigen. Der Vorteil dabei ist, dass nahezu die gesamte Energie, die in Form von Heizöl- oder Gas eingesetzt wird in Strom und Wärme umgewandelt werden kann, während bei einem Großkraftwerk rund 60% der eingesetzten Energie über die Flusskühlung oder über Kühltürme in die Umwelt abgeleitet wird. Da ein Blockheizkraftwerk effizienter, das heißt mit einer höheren Energieausbeute bezogen auf den Brennstoffeinsatz arbeitet als ein Kraftwerk, sind auch die Kosten für die Stromerzeugung und die Wärmebereitstellung konkurrenzfähig zu einer getrennten Erzeugung von Strom und Wärme.

Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (Quelle: Das Solarbuch)

Fernwärme

Fernwärme kommt meist aus Heizkraftwerken (Strom- und Wärmeerzeugung) oder aus Heizwerken (ohne Stromerzeugung). Im Vergleich zu einem BHKW hat Fernwärme aus Heizkraftwerken den Nachteil, dass sie über längere Wege transportiert werden muss und deshalb höhere Kosten und Leitungsverluste anfallen. Dennoch ist Fernwärme eine im Vergleich zu Gas- oder Öl-Einzelheizungen vorteilhafte Wärmebereitstellung, sofern die Abwärme aus dem Kraftwerk kommt und ansonsten ungenutzt in die Umwelt entlassen würde. 

Pelletsheizung

Pellets werden aus Holzabfällen hergestellt, die zu Sägmehl verarbeitet und dann gepresst werden. Die zylindrischen Presslinge sind genormt und werden ohne Zugabe von chemischen Bindemitteln hergestellt. 

Durch die Normung der Pellets wird es möglich, Pelletsheizungen mit dem gleichen Komfort zu betreiben wie eine Öl-Heizung. Die Brennstoffzufuhr in den Heizkessel erfolgt automatisch entsprechend des Heizwärmebedarfs. Auch die Anlieferung der Pellets ist kein Problem: Die Pellets werden im Tankwagen geliefert und mit Druckluft in den Hausspeicher eingeblasen.

Pelletsöfen sind in der Anschaffung zwar teurer als die herkömmlichen Heizkessel, doch ist der Preis für den Brennstoff (bezogen auf den Energiegehalt) wesentlich niedriger als für Heizöl oder Erdgas.

Dazu kommt, dass der lokal verfügbare und erneuerbare Brennstoff ökologisch gesehen deutlich Vorteile gegenüber Erdgas und Heizöl hat. Zwar gab es in den vergangenen Monaten Diskussion über die hohe Feinstaubbelastung bei Holzeinzelfeuerungsanlagen. Diese sind jedoch nicht direkt mit Holzpellets zu vergleichen. Holzpellets verbrennen sauber und mit geringer Feinstaubbelastung und sind somit eine gute Alternative zu Heizöl und Erdgas.

Solare Heizung

Thermische Solaranlagen werden heute hauptsächlich für die Warmwasserbereitung eingesetzt. Eine solche Solaranlage mit ca. 6 Quadratmeter Flachkollektoren und einem 300-Liter-Speicher kann in den Sommermonaten den Warmwasserbedarf eines 4-Personen-Haushalts decken. Auch in der Übergangszeit und den Wintermonaten lassen sich solare Erträge erzielen. Diese reichen jedoch nicht aus, um den gesamten Warmwasserbedarf abzudecken. Deshalb ist die solare Warmwasserbereitung in der Regel mit zentralen Heizungsanlagen kombiniert. Größere thermische Solaranlagen können neben der Brauchwasserbereitung in der Übergangszeit auch noch einen Beitrag zur Heizung leisten. Hierzu ist es jedoch wichtig, dass die Heizungsanlage mit einer niedrigen Vorlauftemperatur betrieben wird. Dies ist wiederum nur dann möglich, wenn das Haus gut wärmegedämmt ist und einen niedrigen Wärmebedarf aufweist.


Funktionsweise der solaren Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung, (Quelle: Wuppertal Institut)