Wärme- und Heizungstechnik

Aktuell haben ca. 70 Prozent der privaten Haushalte eine Wärmepumpe verbaut. Die restlichen Gebäude werden über Gasheizung, Pelletheizung und ähnliche Systeme beheizt. Das Prinzip ist simpel: Eine teure Wand – also eine optimal gedämmte Gebäudehülle – erlaubt eine günstige Heizung. Wird mehr Technik gewünscht, bietet sich stattdessen beispielsweise eine Pelletheizung mit Stirlingmotor an.

Ein Kriterium zur Auswahl einer Heizanlage sind die verschiedenen CO2-Emissionsfaktoren, also wie viel Gramm CO2 die Heizung pro kWh in die Umgebung ausstößt.

Energieerzeuger und CO2-Ausstoß

Beispiel: jährlicher Energiebedarf für Wärme und Warmwasser (Durchschnittswerte)

Neubau: 25 kWh/m²a bei 180 m²: 4 500 kWh im Jahr, bei Erdgas: 1,1 Tonnen CO2 im Jahr.

Neubau: 25 kWh/m²a bei 180 m²: 4 500 kWh im Jahr, bei Pellets: 0,18 Tonnen CO2 im Jahr. Altbau: 170 kWh/m²a bei 180 m²: 30 600 kWh im Jahr, bei Erdgas: 7,5 Tonnen CO2 im Jahr.

Altbau: 170 kWh/m²a bei 180 m²: 30 600 kWh im Jahr, bei Pellets: 1,3 Tonnen CO2 im Jahr.

Wie viel sind eigentlich 1,1 Tonnen CO2?

1,1 t sind umgerechnet 4565 blaue Müllsäcke (je 120 Liter) gefüllt mit CO2 pro Jahr. Oder: 12,5 blaue Müllsäcke jeden Tag.

Heizwert und Brennwert

Heizwert (auch unterer Heizwert genannt) bezeichnet die reine Verbrennungswärme. Brennwert (oberer Heizwert) bezeichnet die Verbrennungswärme zuzüglich der Wärmeenergie, die durch kondensierenden Wasserdampf im Abgas entsteht. Brennwerttechnik ist somit immer effizienter als Heizwerttechnik, da sie die im Abgas enthaltene Wärme ebenfalls nutzt.

Wärmepumpe und Co.: Heizungs- und Wärmetechnik

Brennstoffkosten

Im Folgenden werden Investitionskosten sowie Vor- und Nachteile der verschiedenen Heizsysteme umrissen, zudem eine kurze Funktionsbeschreibung und ein Hinweis zu Fördermöglichkeiten. Bei der Auswahl der Heizungsanlage sollten nicht nur die Investitionskosten betrachtet werden, sondern ebenso die jährlichen Betriebs- und Verbrauchskosten (€/kWh) sowie die Gesamtkosten nach 20 Jahren. So ist ein realer Vergleich sichergestellt.

Pelletheizung

Pellets bestehen aus Säge- und Hobelspänen, die unter hohem Druck und ohne Bindemittel zu kleinen Röllchen gepresst wurden. Diese Pellets verfügen über den halben Brennwert von Öl. Beim Kauf sollte auf die Zertifizierung nach ENplus (z.B. ENplus A1) geachtet werden.

Die Technik ist heutzutage so weit fortgeschritten, dass sich Heizungen automatsch an- und ausschalten und über Computer bzw. Smartphone gesteuert werden können. Auf diese Weise lassen sich zuverlässig und ohne großen Aufwand z. B. die Heizintervalle einstellen. Einmal jährlich ist eine Reinigung nötig, um den Ruß aus der Brennkammer zu entfernen.

Pelletheizungen lassen sich auch mit Brennwerttechnologie betreiben, wodurch zusätzlich Wärme aus dem Abgas gewonnen und damit der Wirkungsgrad der Heizung gesteigert wird. Die Entaschung erfolgt teilautomatsch in einen Behälter und wird vom System überwacht. Steht eine Leerung an, schickt dieses einen Hinweis per E-Mail oder SMS. Bei der Installation einer Pelletheizung mit Pelletbunker sollte beachtet

werden, dass durch die Lüftung der Heizung sowie die Förderung der Pellets vom Bunker zur Heizung ein gewisses Maß an Lärm entsteht. Schallschutz-Maßnahmen sollten daher von Beginn an eingeplant werden. Zur Lagerung der Pellets eignet sich entweder ein Lagerraum (dieser muss absolut trocken sein) oder ein Sacksilo.

Eine weitere Variante der Pelletheizung ist die Ausführung als Kombikessel – also einem Zentralheizkessel, der mit Pellets und Stückholz betrieben wird. Auch als Einzelraumheizungen können kleinere Pelletanlagen installiert werden (Pellet-Kaminöfen). Diese werden auch mit Wassertaschen angeboten und arbeiten somit heizungsunterstützend. Wird ein Pellet-Kaminofen im Raum aufgestellt, sollte beachtet werden, dass das Flammenbild durch die gebläseunterstützte Verbrennung hektischer und aggressiver wirkt als etwa bei einem gemächlich purrendem Schwedenofen.

Auf einen Blick

Anschaffungskosten: 17.000-25.000 €

Rohstoffkosten (Pellets): 220 €/t = 0,22 €/kg (1kg=5kWh) – Stand: 8/2018

Energiekosten: 4-5 Cent/kWh

Wartung: 200 €/a für Wartungsvertrag oder eigenständige Reinigung

Förderung: Ab 3.000,- Euro (muss vor dem Kauf beantragt werden!)

Vorteile:

  • Heizen mit nachwachsendem Rohstoff
  • Hohe Benutzerfreundlichkeit
  • Steuerung über PC oder Handy

Nachteile:

  • Manuelle Ascheentleerung der Aschebox
  • Großer Platzbedarf für Pelletlagerung
  • Beachtung von Lärm- und Schallschutz (Vibrationen)
  • Alle 2 Jahre Feinstaubmessung durch Schornsteinfeger nötig (ca. 130 €).

Hackschnitzel

Ähnlich wie bei einer Pelletheizung werden bei diesem Heizungstyp die Holzhackschnitzel automatsch zugeführt, jedoch ist für die Lagerung des Brennstoffes ein dreimal so großer Lagerraum einzuplanen. Die Ascheentleerung erfolgt entweder über eine Aschebox oder ein Ascheaustragsystem. Benutzerfreundlichkeit und Komfort sind vergleichbar mit denen von Pelletheizungen, als problematisch erweist sich aber häufig die Qualität der gelieferten Hackschnitzel, insbesondere beim Feuchtigkeits- und Aschegehalt. Je nach Anlagentechnik können auch andere biogene Brennstoffe eingesetzt werden (Getreide, Stroh, Heu, Pellets).

Hackschnitzelheizung-Fördersystem

Hackschnitzelheizung mit Fördersystem

Auf einen Blick

Anschaffungskosten: 15.000-24.000 €

Rohstoffkosten: 100-130 €/t, Stand: August 2018

Energiekosten: 3,1 Cent/kWh

Wartung: 200 €/a oder eigenständige Reinigung nötig.

Förderung: Ab 3.000 €

Vorteile:

  • Günstiger Brennstoff
  • Vollautomatischer Betrieb
  • Technisch ausgereift

Nachteile:

  • Hoher Platzbedarf
  • Größere Störanfälligkeit als Pelletheizungen
  • Regelmäßige Ascheentsorgung (Aschebox) und gelegentliche Reinigung nötig

Sonstiges: Häufig keine Hackschnitzel in ausreichender Qualität verfügbar (rein, getrocknet etc.).


Wärmepumpen

Eine Wärmepumpe kann ihre Energie aus Luft, Wasser oder Erde beziehen.  Kosten, Leistungskennzahlen und Fördermöglichkeiten variieren hierbei.

Die grundlegenden Eigenschaften gelten aber für alle Ausführungen:

Vorteile:

  • Geringer Platzbedarf
  • Aufstellung im Freien
  • Hohe Benutzerfreundlichkeit
  • Steuerung über PC oder Handy

Nachteile:

  • Einsatz von klimaschädlichen Kältemitteln
  • Bei Wasser-Wasser- und Sole-Wasser-Pumpen hoher Installationsaufwand (Grabungen, Bohrungen)

Sonstiges: Es sollte unbedingt auf eine schallentkoppelte Aufstellung geachtet werden, da sich die entstehenden Vibrationen über die Erde und das Mauerwerk bis ins Innere des Hauses übertragen.

Luftwärmepumpe

Anschaffungskosten: 8.000-16.000 € (Luftwärmepumpe)

Rohstoffkosten (Wärme): 0,- €, jedoch Stromkosten für Verdichter, Ventilator,… Energiekosten: 6-7 Cent/kWh (Luft)

Wartung: 50 €/a

Förderung: Ab 1.500 € (Luft)

Erdwärmepumpe

Anschaffungskosten: 20.000-25.000 € (Erdwärmepumpe/Sole-Wasser-WP)

Rohstoffkosten (Wärme): 0,- €, jedoch Stromkosten für Verdichter, Ventilator,…

Energiekosten: 4,5 Cent/kWh (Erde)

Wartung: 50 €/a

Förderung: Ab 4.500 € (Wasser, Sole)


Leistungszahl (COP-Wert)/Jahresarbeitszahl (JAZ)

Eine Wärmepumpenheizung arbeitet wirtschaftlich, sobald die Leistungszahl einen Wert von ≥ 3,5 aufweist. Die Leistungszahl (der sogenannte Coefficient-for-performance- oder COP-Wert) beschreibt das Verhältnis von nutzbarer thermischer Energie zur aufgewendeten (meist elektrischen) Leistung. Das bedeutet: Aus 1 kWh aufgewendeter Energie (Strom) werden 3,5 kWh nutzbare Energie (Wärme) erzeugt.

Der COP-Wert allein ist jedoch wenig aussagekräftig, da er nur für einen bestimmten Betriebspunkt (wie  z. B. eine Außentemperatur von -2 °C) gültig ist. Ist es kälter, wird auch der COP-Wert schlechter.

Eindeutiger ist der saisonale COP-Wert oder SCOP-Wert: Dieser bezeichnet den Durchschnittswert von verschiedenen Leistungszahlen gemessen an mehreren Betriebspunkten (also bei verschiedenen Temperaturen). Anhand dieses Durchschnitts lässt sich der Wirkungsgrad zuverlässiger benennen.

Die Jahresarbeitszahl JAZ ist die über den Zeitraum eines Jahres ermittelte Kennzahl für die Effizienz einer Wärmepumpe inklusive der gesamten Hausheizanlage. Somit bildet sie also auch auftretende Temperaturschwankungen ab. Die JAZ sollte deutlich über 3,5 liegen, um einen effizienten Betrieb der Wärmepumpe zu gewährleisten.

Wärme- und Heizungstechnik

Welche Wärmequelle sinnvoll eingesetzt werden kann, sollte vor Ort von einem Fachmann untersucht werden. Luft-Wärmepumpen haben im Vergleich die schlechtesten JAZ-Werte, sind jedoch am günstigsten in der Anschaffung. Wasser und Erdwärmepumpen sind teurer, weisen dafür aber bessere JAZ-Werte auf (bei Wasser > 5), da die Temperatur von Grundwasser und Erdreich über das Jahr betrachtet nahezu konstant bleibt.

Die Temperatur der Umgebungsluft hingegen liegt im Winter oft bei unter 0 °C. Unter diesen Umständen kann die Wärmepumpe zwar weiterhin Wärme erzeugen, sie arbeitet aber weniger effizient. Wird das Grundwasser als Wärmequelle genutzt, sind hierzu die gegebenenfalls erforderlichen Genehmigungen einzuholen (Wasserschutzgebiet etc.).

Kombination mit Photovoltaik-Anlage

Da sich die aufgewendete Leistung einer Wärmepumpe aus Wärmeenergie der Umgebung (kostenlos) und elektrischer Energie (Stromverbrauch durch Verdichter) zusammensetzt, ist die Koppelung mit einer PV-Anlage ein logischer Denkansatz.

Weiterhin zu beachten

Im Winter können Luftwärmepumpen nur bis zu einer gewissen Außenlufttemperatur arbeiten, daher empfiehlt sich eine bivalente Betriebsweise, d.h. die Zuschaltung einer zusätzlichen Heizung
(z. B. Elektroheizstab), die bei Bedarf das Heizungs- und Warmwasser im Pufferspeicher erwärmt.


Solarthermie und aktive Solarnutzung

Auf einen Blick

Anschaffungskosten: Ab 6.000 €

Rohstoffkosten (Sonne): 0 €, nur minimal Strombedarf für Pumpensystem Energiekosten: 0 € / Senkung des Verbrauchs der Hauptheizung Wartung: 20-50 €

Förderung: ab 1.500 € (ab 20 m² Kollektorfläche)

Vorteile:

  • Automatsche Steuerung
  • Kostenlose Energieversorgung

Nachteile:

  • Verwendung von Glykol
  • Aufstellung auf dem Dach oder Balkon

Sonstiges: Deckungsanteil Warmwasser: 40-70 %; Deckungsanteil Warmwasser + Heizungsunterstützung: 10-30 %


Typen von Solarkollektoren

Flachkollektoren:

  • 800-900 €/m²
  • Günstiges Preis-/Leistungsverhältnis • Niedrigerer Wirkungsgrad
  • Höheres Gewicht

Vakuumröhrenkollektoren:

  • 1.000-1.200 €/m²
  • Höhere Kosten
  • Höherer Wirkungsgrad
  • Geringeres Gewicht

Wärmeträger Glykol oder Wasser

Häufig wird Glykol (Propylenglykol-Wasser-Gemisch) als Solarflüssigkeit verwendet, die den Vorteil der Frostsicherheit mit sich bringt. Jedoch kann dieses Gemisch weniger Wärme aufnehmen und übertragen als Wasser. Dieses wiederum ist dafür nicht frostsicher, daher muss im Winter bei Frostgefahr aktiv vorgewärmt werden. Laut Herstellerangaben ist der dafür notwendige Anteil an Wärme geringer als der Vorteil der Nutzung von Wasser als Wärmeträger.

Überhitzung

Durch Stromausfall, ausbleibende Wasserentnahme im Sommer oder andere Umstände kann es zur Überhitzung des Systems kommen. Damit Schäden an der Solarthermieanlage vermieden werden, sollte das System ein gutes Konzept zum Schutz vor Überhitzung besitzen (Drain-Back-System, Extraeinbindung eines Heizkörpers im Keller, Wärmeabfuhr über die Heizung in Bädern o.ä.).


Scheitholzvergaserkessel und Stückholzkessel

Ist konstant Brennholz in ausreichender Menge verfügbar, liegt es nahe, sich für eine Holzheizung zu entscheiden. Mit Wirkungsgraden bis zu 93 % und ohne nennenswerte Verschmutzung des Heizraums sind diese heutzutage sehr modern und funktionieren automatisiert. Meist ist es ausreichend, einmal pro Tag den Befeuerungsraum befüllen. Scheitholzvergaserkessel haben im Gegensatz zu Stückholzkessel eine zweite Brennkammer, in der das Holzgas verbrannt wird.

Auf einen Blick

Anschaffungskosten: 8.000-10.000 € Rohstoffkosten: Variiert, ca. 75 €/rm (Raummeter)

Energiekosten: 5,8 Cent/kWh Wartung: 200 €

Förderung: ab 3.000 € (nur für Scheitholzvergaser)

Vorteile:

  • Regenerative Energiequelle
  • Wenige Befüllungen

Nachteile:

  • Handbefüllung

Grundofen

Für Bauherren mit leichtem Zugang zu Brennholz bietet sich ein Grundofen im Zentrum des Hauses an. Die Räume werden um den Ofen herum angeordnet, damit die Strahlungswärme ins ganze Haus gelangt. Dabei ist auch eine Anbindung an den Pufferspeicher möglich, um diesen aufzuheizen.
Als Ergänzung bietet sich hierbei Solarthermie für den Sommer an, um Warmwasser zu erzeugen.

Auf einen Blick

Anschaffungskosten: 15.000-20.000 €

Rohstoffkosten: Variiert, ca. 75 €/rm (Raummeter )

Energiekosten: ca. 3,5 Cent/kWh

Wartung: Alle 5-10 Jahre Reinigung der Rauchzüge

Förderung: Keine

Vorteile:

  • Angenehme Strahlungswärme
  • Regenerative Energiequelle

Nachteile:

  • Keine Automation
  • Holzarbeiten notwendig

Fernwärme

Fernwärme bezeichnet die Versorgung mehrerer Gebäude mit Wärme durch einen Erzeuger. Diese Wärme wird meist in großen Blockheizkraftwerken, in durch Biomasse, Müll oder fossile Brennstoffen befeuerten Heizkraftwerken, oder durch Abwärme aus Industrieprozessen erzeugt. Im Heizraum ist lediglich eine Übergabestation nötig, die das benötigte Heiz- und Warmwasser im Durchlauf erwärmt.

Die meisten Gemeinden bieten Informationen über vorhandene Wärmenetze an.

Auch die Abwärme-Informationsbörse des Energieatlas Bayern eignet sich zur Recherche geeigneter Wärmelieferanten. Diese finden Sie online unter folgendem Link:

https://www.energieatlas.bayern.de/thema_abwaerme/abwaermeinformationsboerse.html

Wärmeübergabestation

Einbaubeispiel Wärmeübergabestation

Auf einen Blick

Anschaffungskosten: 2.000 – 4.000 €

Energiekosten: ca. 10 Cent / kWh (variiert)

Wartung: Säuberung Filter, ca. 50 €

Förderung: Keine (nur für den Wärmelieferanten)

Vorteile:

  • Hohe Zuverlässigkeit
  • Gute Ökobilanz bei Nutzung regenerativer Energiequellen
  • Wenig Technik im Haus
  • Keine Kaminkehrergebühren
  • Geringe Investitionskosten

Nachteile:

  • Bindung an den Energielieferanten
  • Wärmenetz muss errichtet werden

Gastherme

Gasthermen werden gewöhnlich als Gasbrennwertherme ausgeführt, d. h. dass die im Abgas enthaltene Wärme ebenfalls genutzt wird. Eine Therme ist kompakt und besitzt keinen Warmwasserspeicher. Das Wasser wird bei Bedarf im Durchlauf direkt am Gasbrenner erhitzt. Wird dabei auch das Heizungswasser erwärmt, spricht man von einer Kombitherme. Ein Gaskessel besitzt zudem einen integrierten Wasserspeicher.

Gastherme

Gastherme

Auf einen Blick

Anschaffungskosten: 6.000-10.000 €

Rohstoffkosten: 36-57 Cent/m³, Stand: August 2018

Energiekosten: 4-7 Cent/kWh

Wartung: 200 €

Förderung: Nur in Kombination mit regenerativen Energien (z. B. Solar)

Vorteile:

  • Automatsche Steuerung über Regelungssystem
  • Geringer Platzbedarf
  • Kein Tanksystem bei Fernanschluss
  • Evtl. Nutzung von Power-to-Gas

Nachteile:

  • Bisher fossiler Brennstoff
  • Ohne vorhandenen Fernanschluss unterirdischer Gastank im Garten nötig
  • Preislich steigender und begrenzt verfügbarer Rohstoff

Warmwasserversorgung

Wird ein eigener Pufferspeicher für das Warmwasser installiert, sollte das Wasser zur Vermeidung von Legionellenbildung regelmäßig auf über 60 °C erhitzt werden. Ein Frischwassermodul ist hier die hygienisch beste Variante, da kein Warmwasser bevorratet wird. Es arbeitet im Durchflussprinzip ähnlich einem Durchlauferhitzer. und verfügt über einen Wärmetauscher. Das benötigte Warmwasser fließt in kaltem Zustand durch den Wärmetauscher und wird beim Durchfluss erwärmt. Angebracht wird das System seitlich am Pufferspeicher.

Auch In-Rohr-Systeme haben sich bewährt. Hier ist im Pufferspeicher schlangenförmig ein Rohr verlegt. Das durchfließende Wasser wird vom umgebenden Warmwasser erwärmt.

Wärmepumpe und Co.: Heizungs- und Wärmetechnik

Pufferspeicher mit Frischwassermodul (seitlich rechts angebracht)

Wärmepumpe und Co.: Heizungs- und Wärmetechnik

Pufferspeicher mit Wellrohr-Wärmetauscher


Fazit

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die verwendete Heiztechnik zum Gebäude und Nutzerverhalten passen muss. Sie sollte als ein effizientes System funktionieren, das zusätzlich auf erneuerbare Energien ausgerichtet ist. Nicht die Investitionskosten allein sollten bei der Entscheidung für einen Heizungstyp ausschlaggebend sein, sondern die Gesamtkosten, die aus Investition und laufendem Betrieb entstehen.