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Letzte Änderung: 01.03.2011
54 % des gesamten Endenergieverbrauchs in Deutschland entfielen 2007 auf Raum- und Prozesswärme. Beide Anteile waren dabei nahezu gleich groß. Private Haushalte waren 2007 für 41,6 % des Gesamtwärmebedarfs Deutschlands verantwortlich, die Industrie für 39 %, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen (GHD) für 19 % und der Verkehr für nur 0,3 %. Den Gesamtwärmebedarf in Höhe von 1297 TWh deckten im Jahr 2007 Erdgas zu 46 %, Erdöl zu 16 %, Strom zu 14 %, Kohle zu 10 %, Fernwärme zu 6 % und erneuerbare Energien zu 8 %. [Tzscheutschler 2009]
Der Wärmebedarf kann durch eine Heizungsanlage direkt vor Ort oder durch den Anschluss an ein vorhandenes Fernwärmenetz gedeckt werden. Gute Gründe, Fernwärme zu nutzen, und weitere Informationen finden Sie unter [Link zur Seite "Fernwärmeversorgung"].
Ein Großteil der Wärmeversorgung in Deutschland erfolgt durch Heizkessel. 8,7 Millionen Gasheizkessel, 6,4 Millionen Ölheizkessel und 0,6 Millionen Heizkessel für feste Brennstoffe wie Kohle und Holz waren 2007 in Betrieb. [UBA 2007]
Die Entscheidung für eine bestimmte Heizung erfordert sorgfältige Überlegung, da solche Anlagen in der Regel eine Lebensdauer von 15 – 20 Jahren haben. Wichtig ist die optimale Abstimmung aller Heizkomponenten aufeinander, wie Wärmeerzeuger, Heizflächen, Thermostatventile, Pumpen- und Reglereinstellung.
Nur selten arbeiten Heizungen mit maximaler Auslastung, daher ist der effiziente Betrieb auch bei geringerer Auslastung (Teillast) von Bedeutung. Bei modernen Heizungsanlagen hat sich der Wirkungsgrad auch unter Teillast erheblich verbessert. Moderne Brenner passen die Leistung automatisch dem Bedarf an, sie „modulieren“. Der Nutzungsgrad steigt dann im Teillastbetrieb sogar an. Die Energieeinsparverordnung gibt mindestens den Einsatz von Niedertemperatur- oder Brennwertkesseln vor – der Einsatz von Brennwertkesseln ist fast immer empfehlenswert. [Energieagentur NRW]
Der Nutzungsgrad eines Heizkessels ist die während eines Jahres nutzbar gewordene Wärme, bezogen auf die mit dem Brennstoff zugeführte Heizenergie. Verwendet werden die Begriffe Norm-Nutzungsgrad und Jahres-Nutzungsgrad. Der Norm-Nutzungsgrad wird nach DIN 4702 T8 ermittelt und in den Geräteunterlagen der Hersteller angegeben. Er enthält unter anderem Prüfungen bei fünf typischen Leistungsstufen, um einen realistischen Wirkungsgrad des Wärmeerzeugers (Heizkessel, Therme) widerzuspiegeln. Der so auf den Prüfständen der Hersteller ermittelte Norm-Nutzungsgrad wird in der Praxis meistens nicht erreicht. Daher gibt der Jahres-Nutzungsgrad an, welcher Wärmeanteil des über ein Jahr hinweg eingesetzten Brennstoffs tatsächlich in der jeweiligen Anlage zur Hauserwärmung und zur Brauchwassererwärmung zur Verfügung steht. Der Jahresnutzungsgrad kann für den gleichen Kessel in verschiedenen Anlagen sehr unterschiedlich sein. Durch die Wärmeerzeugung direkt vor Ort treten beispielsweise geringe Verteilverluste auf. Oft finden sich auch Angaben zum Wirkungsgrad, die einen stationären Zustand beschreiben, der für die Praxis wenig relevant ist.
Heizkessel, die bis 1980 verbaut wurden, haben eine konstant hohe Kesseltemperatur. Niedertemperaturkessel dagegen passen ihre Heizleistung und die Vorlauftemperatur dem Bedarf an. Die Kesseltemperatur ist abhängig von der Außentemperatur: Sie beträgt zwischen 75 °C (an den kältesten Tagen) und ca. 45 °C (bei milder Witterung). Die Kesselverluste reduzieren sich dadurch erheblich, besonders an Tagen mit geringerem Heizwärmebedarf. Niedertemperaturkessel erreichen Jahresnutzungsgrade von bis zu 95 %. Das bedeutet, dass 95 % des eingesetzten Brennstoffs (Öl oder Gas) in nutzbare Wärme umgewandelt werden. [EnergieAgentur NRW]
Noch effizienter als Niedertemperaturkessel sind Brennwertkessel. Bei der Brennwerttechnik wird die Wärme im Abgas besser ausgenutzt. Ein Wärmetauscher kühlt die Abgase unter die Kondensationstemperatur (bei Erdgas etwa 55 °C). Der Wasserdampf im Abgas kondensiert zum großen Teil. Dabei wird die gleiche Energiemenge frei, die im umgekehrten Prozess für die Verdampfung erforderlich wäre. Im Idealfall verlassen die Abgase den Schornstein mit Temperaturen wenige Grad über der Rücklauftemperatur (zum Beispiel 45 °C Abgastemperatur). Bei Niedertemperaturkesseln sind 150 bis 200 °C üblich. So sind Jahresnutzungsgrade von maximal 109 % möglich. Jahresnutzungsgrade von über 100 % resultieren aus einer veralteten Definition. Wirkungsgrade und Nutzungsgrade werden noch oft auf den (unteren) Heizwert bezogen. Im Gegensatz dazu umfasst der größere Brennwert (der obere Heizwert) zusätzlich die Kondensationswärme im Abgas. Nutzt ein Brennwertkessel die Kondensationswärme und wird der Brennstoffeinsatz nur auf den Heizwert bezogen, so beträgt der Wirkungs- und der Nutzungsgrad jeweils über 100 %.
Brennwertkessel werden üblicherweise mit Erdgas betrieben. Diese Technik ist ausgereift und relativ unproblematisch. Im Vergleich zu herkömmlichen Niedertemperaturkesseln erzielen Gasbrennwertkessel einen Effizienzgewinn von bis zu 11 %, Ölbrennwertkessel erreichen dagegen nur 6 %.
Ölbrennwertkessel sollten mit schwefelarmen Heizöl betrieben werden, da sich sonst aus dem im Heizöl enthaltenen Schwefel aggressive verdünnte Schwefelsäure bilden würde. Somit entstünde ein saures Kondensat, welches neutralisiert werden müsste. Daher ist es wichtig, schwefelarmes Heizöl einzusetzen. [EnergieAgentur NRW]
Umwälzpumpen für Heizung und Warmwasser tragen aufgrund ihrer langen Laufzeiten erheblich zum Stromverbrauch bei. Zudem sind alte Umwälzpumpen (oftmals Konstantpumpen genannt) oft überdimensioniert und ungeregelt. Sie laufen immer mit der gleichen Drehzahl und passen sich den unterschiedlichen Betriebszuständen nicht an. Besser ist es, eine dem Bedarf entsprechende regelbare Umwälzpumpe zu beschaffen. Bei nächtlich abgesenkten Heiztemperaturen sollte die Umwälzpumpendrehzahl automatisch reduziert werden können. Elektronische, stufenlos regelbare Stromsparpumpen arbeiten mit einem Synchronmotor und haben so im niedrigen Leistungsbereich erheblich höhere Wirkungsgrade. Verglichen mit Konstantpumpen können sie bis zu 80 % Strom einsparen. Die Abschaltung von Umwälzpumpen bei nicht laufendem Kessel, zum Beispiel im Sommer, ist nach der Energieeinsparverordnung im Neubaubereich vorgeschrieben. Aber auch für Bestandsgebäude empfiehlt sich der Einbau regelbarer Umwälzpumpen. [UBA 2007]
Für Heizungspumpen gibt es eine freiwillige Energieverbrauchskennzeichnung. Das Label entspricht in Gestaltung und Klassifizierung dem EU-Label, zum Beispiel für Waschmaschinen und Kühlschränke. Die Energieeffizienzklassen reichen von A mit dem niedrigsten Energieverbrauch bis G mit einem hohen Energieverbrauch. Da die Kennzeichnung durch die Hersteller freiwillig erfolgt, werden nicht alle Pumpen klassifiziert. Jedoch sind besonders effiziente Geräte der Energieeffizienzklasse A meistens gekennzeichnet.
Gaskessel sind meist mit atmosphärischen Brennern ausgerüstet, bei denen das Gas nur durch den Leitungsdruck ausströmt, wobei durch spezielle Vorrichtungen die Verbrennungsluft mit angesaugt wird. Während moderne Gasbrenner in einem weiten Bereich modulierend arbeiten (ca. 15 – 100 % der Heizleistung), verbreitet sich diese Technik bei Ölbrennern derzeit. Ölheizkessel verfügen über einen Zerstäubungs-Gebläsebrenner. Durch eine Düse wird Heizöl zerstäubt und durch ein Gebläse zu einem brennfähigen Öl-Luft-Gemisch vernebelt. Je nach Flammentemperatur unterscheidet man Gelbbrenner und Blaubrenner. Geringere Schadstoffemissionen verursachen Blaubrenner. Sie sollten deshalb bevorzugt werden. [EnergieAgentur NRW]
Auch wenn der Kessel stillsteht, hat er einen "Stand-By-Verbrauch", da er in Bereitschaft steht und jederzeit wieder anspringen muss. Bei einem Kessel mit 15 Kilowatt Leistung liegt der gesamte Stromverbrauch bei 1,7 % der Kesselleistung. Das entspricht einem Stromverbrauch von rund 382 kWh pro Jahr, wobei der Anteil, der durch den Stand-By-Zustand verursacht wird, bei ca. 1,9 kWh Strom liegt. Insofern ist bei der Beschaffung eines Heizkessels auf einen niedrigen Bereitschaftsverlust im Stand-By-Zustand zu achten.
Die Ölheizung ist neben der Gasheizung das klassische Heizungssystem, dessen Leistungsbereich von einigen Kilowatt bis in den Megawattbereich reicht. Bei neuen Heizungen kommen aufgrund gesetzlicher Vorgaben nur Niedertemperatur- oder Brennwertheizungen in Betracht. Konstanttemperatur-Kessel werden nicht mehr eingebaut.
Liegt eine Gasleitung in erreichbarer Nähe, kann eine Gasheizung genutzt werden. Ein großer Vorteil einer Gasheizung ist, dass keine Bevorratung notwendig ist. Jedoch fällt allein durch die Nutzung der Leitung eine Gebühr durch den Versorger an. Ebenso wie bei den Ölkesseln sind auch bei Gaskesseln drei Heizungstechniken im Gebrauch: Konstanttemperatur-Kessel, Niedertemperatur-Kessel und Gasbrennwert-Kessel.
Bei der Nutzung von Erdöl und Erdgas als Brennstoff ist jedoch zu bedenken, dass die Preise in den letzen Jahren stark gestiegen sind und eine langfristige Entspannung am Energiemarkt kaum zu erwarten ist.
Erdgas ist (wie Erdöl bzw. Heizöl) ein fossiler Energieträger, bei dessen Verbrennung Emissionen entstehen, die zum Klimawandel beitragen. Biogas stattdessen schädigt das Klima weniger. Es entsteht bei der Vergärung von Biomasse in Biogasanlagen. Hauptsächlich besteht es aus Methan und Kohlendioxid.
Aufbereitetes Biogas hat die gleiche Qualität wie natürliches Erdgas. Man spricht dann von Biomethan oder auch Bioerdgas. Bei der Biogasaufbereitung werden Wasser, Kohlendioxid und Schwefelwasserstoff aus dem Gasgemisch entfernt. Das gereinigte, aufbereitete und verdichtete Gas kann in das Erdgasnetz eingeleitet werden. [BMU 2009]
Bei der Rohölverarbeitung in Raffinerien oder bei der Erdöl- bzw. Erdgasförderung fällt Flüssiggas als Begleitprodukt an. Es wird international als "Liquified Petroleum Gas" (LPG) gehandelt. Flüssiggas besteht hauptsächlich aus Propan (C3H8) und Butan (C4H10). Das Mischungsverhältnis ist in Europa unterschiedlich. Während es in Deutschland ca. 95:5 beträgt, wird in wärmeren Teilen Europas ein Verhältnis von 45:55 bevorzugt. Die Zusammensetzung wird nach der Umgebungstemperatur und Jahreszeit variiert. Flüssiggas ist im Normalzustand gasförmig, verflüssigt sich jedoch bei einem Druck von ca. 8 bar auf 1/260stel seines gasförmigen Volumens. Gespeichert wird Flüssiggas meist in oberirdischen Speichern. Im Umkreis eines solchen Gastanks gibt es aus Sicherheitsgründen eine Schutzzone. Flüssiggasheizungen entsprechen in Technik und Effizienz Erdgasheizungen. In der Regel lassen sich Erdgaskessel auf Flüssiggas umrüsten.
Hybrid- oder trivalente Systeme kombinieren mehrere Techniken, zum Beispiel Brennwerttechnik, Solarthermie und regenerative Brennstoffe. Je nach Einsatzfall lohnt sich eine genauere Betrachtung.
Fossile Energieträger sind begrenzte Ressourcen, die bei der Verbrennung erhebliche CO2- und Schadstoffmissionen verursachen. Auch die Gewinnung und der Transport von Öl, Erdgas und Kohle führen zu Umweltbelastungen. Etwa 100.000 Tonnen Öl gelangen jährlich bei Tankerunfällen mit teilweise katastrophalen Folgen für die Umwelt ins Meer. Der Mineralölverbrauch (Erdölprodukte) lag 2008 weltweit bei 3910 Mt [Bundesanstalt].
CO2 ist ein nicht zu vermeidendes Endprodukt jeder Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe. Es entsteht durch die Oxidation des in den fossilen Brennstoffen gespeicherten Kohlenstoffes.
Zur ökologischen Bewertung von Wärmeerzeugungsanlagen dienen die Treibhausgas-Emissionen (CO2-Äqivalente) je kWh Endenergie. Der Ausstoß von CO2 ist hauptverantwortlich für den Klimawandel. Der Einfluss sämtlicher klimarelevanten Treibhausgase (neben CO2 zum Beispiel auch CH4, CO, NMVOC, NOX, N2O) wird durch die Bildung von CO2-Äquivalentwerten beschrieben. Dieser Wert zeigt das Treibhauspotenzial anderer Emissionen in Relation zu CO2 an. Wie aus der Abbildung hervorgeht, haben fossile Energieträger mit 250 bis 370 CO2-Äqivalenten pro kWhth deutlich höhere Treibhausgas-Emissionen als Wärme aus erneuerbaren Energien.
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Quelle: [BMU 2009]
Als Staub bezeichnet man feinste Feststoffe (Partikel), die in Gasen aufgewirbelt lange Zeit schweben können. Öl- und Gasheizungen emittieren sehr wenig bis fast keinen Staub. Bezogen auf Feuerungsanlagen ist der mit Erdgas befeuerte Gasbrennwertkessel am „saubersten“. Er setzt zudem besonders viel der im Brennstoff enthaltenen Energie in Wärme um, da er aus dem Abgas den Wasserdampf kondensieren lässt und die auf diese Art erzeugte Wärme zusätzlich nutzt. [UBA 2009]
Die Verbrennungsprodukte giftiges Kohlenmonoxid (CO) und Ruß entstehen in der Regel bei einer unvollständigen Verbrennung. Bei Luftmangel oder zu viel Verbrennungsluft kann der Kohlenstoff nicht vollständig mit dem Luftsauerstoff O2 reagieren. Zusätzlich kann der Stickstoff aus der Verbrennungsluft bei hohen Flammtemperaturen zu umweltschädlichen Stickoxiden (NOx) oxidieren.
Kondensat ist sauer und in großen Mengen eine Belastung für die Abgaskanäle und die Abwasserleitungen, weshalb für größere Kessel, insbesondere Ölkessel, die kein schwefelarmes Heizöl nutzen, eine chemische Neutralisation erforderlich ist. Diese erfolgt durch Durchströmen von alkalischem Granulat oder von Zugabe von beispielsweise flüssigem Natron. Bei schwefelarmem Heizöl ist der Schwefelanteil auf 50 Gramm pro Tonne Heizöl begrenzt. Die gleiche Angabe erfolgt international meist als "50 ppm" (englisch für parts per million = Teilchen von 1 Million Teilchen).
Der „Blaue Engel“ ist das älteste offizielle Umweltzeichen zur freiwilligen Kennzeichnung von umweltfreundlichen Produkten. Es können die jeweils besten am Markt verfügbaren Produkte in einer Kategorie erhalten. Von dem Label geht ein Anreiz aus, umwelt- und gesundheitsverträglichere Produkte zu entwickeln.
Gasbrennwertgeräte können den Blauen Engel bekommen. Sie sind emissionsarm, weil sie durch eine optimale Verbrennung nur wenige Schadstoffe wie Stickstoffoxide und Kohlenmonoxid ausstoßen. Die Geräte haben einen hohen Wirkungsgrad, weil sie den Brennstoff besonders effizient nutzen. Ein geringer Hilfsenergiebedarf spart Strom.
Die Kriterien erarbeitet das Umweltbundesamt in Kooperation mit Herstellern, Prüfinstituten, weiteren Fachleuten und Verbänden. Eine unabhängige Jury Umweltzeichen prüft und beschließt die Vergabegrundlagen. Die Zertifizierung erfolgt durch die RAL gGmbH im Auftrag des Umweltbundesamtes.
Weitere Informationsquellen
Vor der Entscheidung für einen Heizkessel sollten der Wärmebedarf und die erforderliche Heizleistung ermittelt und die Alternativen geprüft werden. Bei der Auswahl von Heizkesseln sollten Geräte einen Vorzug bekommen, die effizient und emissionsarm sind und einen geringen Hilfsstrombedarf haben.
Die tabellarisch zusammengestellten Ausschreibungsempfehlungen orientieren sich an den Vorgaben des Umweltzeichens Blauer Engel für Gasbrennwertgeräte (RAL-UZ 61) und für Ölbrennwertgeräte an Empfehlungen des Umweltbundesamtes.
Der Bieter erklärt die Einhaltung der Anforderungen und legt zum Nachweis Prüfprotokolle und Zertifikate vor. Näheres zu den Prüfmethoden ist den Vergabegrundlagen zu entnehmen. Wenn für das angebotene Produkt ein Zeichennutzungsvertrag für den Blauen Engel besteht, ist damit dokumentiert, dass die Einhaltung aller Anforderungen bereits von RAL geprüft und bestätigt wurde. Eine Auflistung aller mit dem Blauen Engel gekennzeichneter Produkte und deren Hersteller findet sich unter www.blauer-engel.de.
In einem Schulgebäude in Ortrand mit dem Baujahr 1953 wurde bei der Sanierung 2009 die Ölheizung von 1993 durch eine Gasbrennwertheizung mit 16 kW ersetzt. Das Gebäude hat eine Nutzfläche von 240 m2, 4 Klassenräume, Flur und Lehrerzimmer. [ZukunftHaus]
Quelle: Berliner Energieagentur und Umweltbundesamt, 21.06.2010