Lohnt sich eine Brennwertheizung

Brennwertheizungen unterscheiden sich von „alten“ Heizkesseln dadurch, dass sie einen Wirkungsgrad über 100% haben. Das wird damit erreicht, in dem die Energie in den Abgasen der Verbrennung genutzt wird (siehe unten). Es werden 10% bis 25% Heizenergie gespart, wenn eine „alte“ Niedertemperatur- oder Konstanttemperatur-Heizung gegen eine  Brennwertheizung ausgetauscht wird.

Fallbeispiel:
Der tägliche  Gasverbrauch eines Reihenendhauses mit 165 m² Wohnfläche ist über mehrere Jahre in Abbildung 1 dargestellt. Das Haus hatte eine Niedertemperatur-Gasheizung, die April 2021 (roter Kreis in Abbildung 1) gegen eine Brennwert-Gasheizung mit einer Leistung von 19 kW ausgetauscht wurde. Aus Abbildung 1 ist zu sehen, dass der tägliche Gasverbrauch im Winter 2021/22, nach dem Austausch der Heizung, mehr als 20% abgenommen hat (siehe auch Tabelle 1).

Abbildung 1: Täglicher Heizenergieverbrauch eines Reihenendhauses in Seeheim-Jugenheim mit 165 m² Wohnfläche nach Austausch einer Niedertemperatur-Gasheizung gegen eine Brennwert-Gasheizung (roter Kreis)

Zur Sicherstellung, dass diese Einsparung nicht von einer zu „warmen“ Heizperiode 2021/22 herrührt, wurde der Heizenergieverbrauch dieses Hauses den Heizgradtagen der vorhergehenden 8 Heizperioden in Tabelle 1 gegenüber gestellt. Die Heizgradtage sind ein Maß für die „Kälte“ einer Heizperiode.   

Tabelle 1: Heizenergieverbrauch eines Reihenendhauses in Seeheim-Jugenheim in der Heizperiode vom 1. Oktober bis zum 30. April. Bis Heizperiode 2020/21 mit einer Niedertemperatur-Gasheizung, danach mit einer Brennwert-Gasheizung. Angenommene Lufttemperatur innen 23°C

Aus Tabelle 1 ist zu entnehmen, dass die Heizgradtage für die Heizperiode 2021/22 mit 3815 °C über dem Mittelwert der Heizgradtage von 3758 °C der vorhergehenden 8 Jahre sind. Damit ist sicherhegestellt, dass die Minderung des Heizenergieverbrauchs um mehr als 20% nicht Wetterbedingt ist.

Funktionsweise einer Brennwertheizung

Brennstoffe wie Gas, Heizöl, Holz bestehen aus Kohlenstoff „C“ und an diesen gebundenem Wasserstoff „H“ (Kohlenwasserstoffe). Bei der Verbrennung der Kohlenwasserstoffe entstehen CO₂ und Wasser H₂O  in Dampfform. Kondensiert der Wasserdampf aus den Abgasen, wird die Kondensationswärme freigesetzt. Eine Brennwertheizung nutzt diese Kondensationswärme.

Der Heizwert ist die Wärme die beim Verbrennen eines Brennstoffes entsteht.

Der Brennwert ist die Summe des Heizwertes des Brennstoffes und der Kondensationswärme des Wasserdampfes in den Abgasen.

Der Brennwert von Gas ist etwa 10% höher als der Heizwert.

Die Kondensation des Wasserdampfes findet im Heizkessel an den Rohren des Rücklaufes statt, die dabei vorgewärmt werden (siehe Abbildung 2), was zur Einsparung an Energie bei der Aufheizung des Vorlaufes führt.

Abbildung 2. Schematische Darstellung der Funktionsweise der Brennwerttechnik By Kino [CC-by-sa 2.0/de], via Wikimedia Commons aus www.Heizkoerper-wissen.de

Das Kondenswasser

Das kondensierte Wasser (Kondensat) wird mit einer Tropfleitung entsorgt. Das kondensierte Wasser ist bedingt durch Bestandteile der Abgase sauer. Deshalb muss das Rohrsystem für das Kondenswasser aus ausreichend säureresistenten Rohren wie zum Beispiel aus PVC oder Steinzeug bestehen. Bestandteile aus Eisen werden angegriffen.

Der Schornstein

Abgase einer Brennwertheizung sind bedingt durch den Wärmeentzug am Rücklauf kälter als die der „alten“ Heizungen. Deswegen besteht die Gefahr der Kondensation und Ablagerungen in „alten“ Schornsteinen, wenn an diese eine Brennwerteheizung angeschlossen wird. Um dieses zu vermeiden, werden für Brennwertheizungen  in „alte“ Schonsteine Rohre aus einem korrosionsbeständigen Material, meist bestehend aus Kunststoff, Keramik oder Edelstahl, eingeschoben.

Warmwasserzubereitung

Mit der Brennwertheizung wird im Allgemeinen in einem separaten Behälter das Warmwasser zubereitet. Das Warmwasser hat im Regelfall eine höhere Temperatur (wegen Legionellen bis zu 55°C) als der Vorlauf der Heizung. Mit einer „intelligenten“  Steuerung wird  auch im Sommer, wenn die Heizung des Gebäudes abgeschaltet ist, das Warmwasser im Warmwasserbehälter auf die gewünschte Temperatur erwärmt.

Umwälzpumpe und Heizkreislauf

Mit dem Heizkreislauf gelangt der warme Vorlauf aus dem Heizkessel zu den Heizkörpern. Die Temperatur des Vorlaufes und des Rücklaufes ist auch von der Geschwindigkeit des Heizkreislaufs abhängig. Bei einer modernen Brennwertheizung wird die Geschwindigkeit des Heizkreislaufs über die Umwälzpumpe in Abhängigkeit der Lufttemperatur außen und der Temperatur des Rücklaufes gesteuert. Damit wird zusammen mit dem hydraulischen Druckausgleich zwischen den Stockwerken der Wirkungsgrad einer Heizung erhöht. Die Leistung der Umwälzpumpe und der hydraulische Druckausgleich werden vom Installateur programmiert beziehungsweise eingestellt.

Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis der zugeführten Energie zur genutzten Energie. Wird ein Brennstoff mit einem Heizwert von 100 kWh verbrannt und 80% der dabei entstehenden Wärme genutzt, hat diese Heizung einen Wirkungsgrad von 80%. Die Verbleibenden 20 % gehen durch den Schornstein verloren.

Bei Konstanttemperatur-Heizkesseln beträgt die Vorlauftemperatur dauerhaft bis zu 90°C, egal, ob gerade Wärme benötigt wird oder nicht. Die Folge sind hohe Abgastemperaturen und ein hoher Wärmeverlust, damit ein geringer Wirkungsgrad von unter 80%. Konstanttemperatur-Heizkessel sollten möglichst umgehend ausgetauscht werden.

Bei Niedertemperatur-Heizkesseln ist die Vorlauftemperatur von der Lufttemperatur außen abhängig. Diese haben bei wärmeren Lufttemperaturen außen eine niedrige Vorlauftemperatur. Deswegen haben Niedertemperatur-Heizkessel einen höheren Wirkungsgrad als Konstanttemperatur-Heizkessel. Der Wirkungsgrad von Niedertemperatur-Gasheizkessel beträgt 85%  bis 95% und von Niedertemperatur-Ölheizheizkesseln von 80% bis  90%. 

Brennwertheizungen haben einen Wirkungsgrad von über 100%, da sie auch die Kondensationswärme des beim Verbrennen entstehenden Wasserdampfes nutzen. Beim Fallbeispiel oben wurde nach dem Austausch der Niedertemperatur-Gasheizung gegen eine Brennwert-Gasheizung mehr als 20% Heizenergie gespart, was auch mit der modernen Technologie des Heizkessels und dessen Steuerung zu erklären ist.

Der Heizkostenrechner geht vom Gasverbrauch einer Niedertemperatur-Gasheizung mit einem Wirkungsgrad von 95% aus und berechnet im Vergleich dazu den Gasverbrauch mit einem Wirkungsgrad von 105% für eine Brennwert-Gasheizung. 

Tabelle 2: Wirkungsgrad verschiedener Heizungstypen

Heizkörper

Der Wirkungsgrad einer Heizung ist neben der Technologie des Kessels auch von der Fläche und Art der Heizkörper abhängig. Mit zunehmender Größe der Heizkörper nimmt die Temperatur des Vorlaufes und damit auch die Temperatur des Rücklaufes ab.

Bei Brennwertheizungen sollte der Rücklauf möglichst kalt sein, damit möglichst viel Wasserdampf kondensiert. Damit steigt der Wirkungsgrad der Brennwertheizung.

Fußboden-, Flächen- und Wandheizungen sind besonders gut für Brennwertheizungen geeignet. (siehe https://www.baustoffwissen.de/baustoffe/baustoffknowhow/haustechnik/flaechenheizung-gliederheizkoerper-plattenheizkoerper-waermeabgabe).

Fördermittel der Bundesrepublik

Zur Senkung der CO₂-Emissionen unterstützt die Bundesregierung den Austausch von „alten“ Konstanttemperatur- und Niedertemperatur-Heizkessel gegen Brennwert-Heizkessel beziehungsweise Wärmepumpen, da diese einen höheren Wirkungsgrad haben (siehe Tabelle 2). Heizungsanlagen mit Wärmepumpen sind dann wirtschaftlicher als Brennwertheizungen, wenn der Preis für den Strom für die Wärmepumpe weniger als das 4-Fache des Preises für das Gas in EURO/kWh ist. Die CO₂-Emission bei gleicher Heizleistung mit einer Wärmepumpe ist etwa halb soviel wie mit einer Brennwertheizung.