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Brennwert + Solar

Alles Gute kommt von oben:Effizienz-Kombination Brennwert + Solar

Erdgas-Brennwertheizungen arbeiten besonders effizient, da sie die beim Heizen entstehende Abgaswärme nicht ungenutzt lassen, sondern erneut dem Heizkreislauf zuführen. Über eine Regelung wird die aktuell benötigte Heizleistung stufenlos angepasst, um nicht unnötig Energie zu verbrauchen.

Im Beispiel sehen wir ein wandhängendes Brennwertgerät*, das sich einfach mit Solarthermie-Systemen kombinieren lässt. Dieses nutzt kostenlose Sonnenenergie und kann in jeder Region für die Warmwasserbereitung eingesetzt werden. Aufgrund ihrer kompakten Abmessungen, lassen sich Brennwertgeräte sowohl in Wohn- als auch Hauswirtschaftsräumen, sowie im Keller, platzsparend unterbringen. Auch eine Einbindung als Dachheizzentrale ist möglich. Im Vergleich zu älteren Systemen lassen sich durch die Kombination von Brennwert und Solar bis zu 55 % der klimaschädlichen CO2-Emissionen einsparen.

* Je nach Leistungsbedarf und Raumgröße, können natürlich auch bodenstehende Kessel verwendet werden.

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Pufferspeicher

Der Wärmespeicher regelt die Wärmeströme von der Brennwertheizung und Solaranlage. Steht nicht genügend Wärme aus der Sonnenenergie zur Verfügung, heizt das Erdgas-Brennwertgerät stufenlos nach.

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Funktionsprinzip

Wie funktioniert eine Gas-Brennwertheizung im Detail?

1. Das Gas verbrennt unter Luftzufuhr. Dabei entsteht nutzbare Verbrennungswärme.

2. Die Wärme wird mittels Wasser im Heizungsvorlauf zum Heizungssystem und in den Wärmespeicher transportiert.

3. Durch Abkühlung der Verbrennungsgase (Abgase) unter den Taupunkt von ca. 55°C wird die im Wasserdampf enthaltene Energie in Form von Verdunstungswärme freigesetzt. Das dabei entstehende Kondensat wird in die Kanalisation abgeleitet.

4. Die Nutzung der Kondensationswärme (latente Wärme) führt zu einem zusätzlichen Wärmegewinn von bis zu 11 %.

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Dachheizzentrale

Flexible Aufstellmöglichkeiten: Vor allem in Neubauten können Sie Ihr Gerät nach Wunsch auch platzsparend unter dem Dach platzieren.

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Nacht / Schlechtwetter

Steht während der Nacht oder Schlechtwetterperiode keine ausreichende Wärme aus der Solarthermie oder dem Speicher zur Verfügung, übernimmt die Erdgas-Brennwertheizung die gesamte Wärmeversorgung. Sie ist in der Lage auch schwankende Leistungsanforderungen kurzfristig abzudecken.

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Solarmodule

Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren nutzen die Sonnenstrahlung zur Wärmegewinnung und geben die gewonnene Energie an den Wärmespeicher des Systems ab. Mit einer Kollektorfläche von 1 bis 1,5 qm pro Person können im Jahr bis zu 60 % des Energiebedarfs bei der Warmwasserbereitung abgedeckt werden – von Mai bis September sogar bis zu 100 %!

Soll neben der Warmwasserbereitung auch die Raumheizung mit Solarenergie unterstützt werden, ist eine Kollektorfläche von 2 bis 4 qm pro Person erforderlich. Je nach Dämmstandard des Hauses, lassen sich so 10 bis 30 % – in Niedrigenergiegebäuden bis zu 50 % – der Brennstoffenergie einsparen.

Wärmespeicher Funktionsprinzip Dachheizzentrale Nacht / Schlechtwetter Solarmodule Erdgasnetz der Zukunft
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Speicher + System

Der Wärmespeicher regelt die Wärmeströme von der Brennwertheizung und Solaranlage. Steht nicht genügend Wärme aus der Sonnenenergie zur Verfügung, heizt das Erdgas-Brennwertgerät stufenlos nach.

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Heizung

Möchten Sie neben der Warmwasseraufbereitung auch die Raumheizung mit Solarenergie unterstützen, sollte die Kollektorfläche 2 bis 4 m² pro Person betragen.

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Funktionsprinzip

Wie funktioniert eine Gas-Brennwertheizung im Detail?

1. Das Gas verbrennt unter Luftzufuhr. Dabei entsteht nutzbare Verbrennungswärme.

2. Die Wärme wird mittels Wasser im Heizungsvorlauf zum Heizungssystem und in den Wärmespeicher transportiert.

3. Durch Abkühlung der Verbrennungsgase (Abgase) unter den Taupunkt von ca. 55°C wird die im Wasserdampf enthaltene Energie in Form von Verdunstungswärme freigesetzt. Das dabei entstehende Kondensat wird in die Kanalisation abgeleitet.

4. Die Nutzung der Kondensationswärme (latente Wärme) führt zu einem zusätzlichen Wärmegewinn von bis zu 11 %.

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Dachheizzentrale

Flexible Aufstellmöglichkeiten: Vor allem in Neubauten können Sie Ihr Gerät nach Wunsch auch platzsparend unter dem Dach platzieren.

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Nacht / Schlechtwetter

Steht während der Nacht oder Schlechtwetterperiode keine ausreichende Wärme aus der Solarthermie oder dem Speicher zur Verfügung, übernimmt die Erdgas-Brennwertheizung die gesamte Wärmeversorgung. Sie ist in der Lage auch schwankende Leistungsanforderungen kurzfristig abzudecken.

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Solarmodule

Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren nutzen die Sonnenstrahlung zur Wärmegewinnung und geben die gewonnene Energie an den Wärmespeicher des Systems ab. Mit einer Kollektorfläche von 1 bis 1,5 qm pro Person können im Jahr bis zu 60 % des Energiebedarfs bei der Warmwasserbereitung abgedeckt werden – von Mai bis September sogar bis zu 100 %!

Soll neben der Warmwasserbereitung auch die Raumheizung mit Solarenergie unterstützt werden, ist eine Kollektorfläche von 2 bis 4 qm pro Person erforderlich. Je nach Dämmstandard des Hauses, lassen sich so 10 bis 30 % – in Niedrigenergiegebäuden bis zu 50 % – der Brennstoffenergie einsparen.

Speicher + System Funktionsprinzip Dachheizzentrale Heizung Nacht / Schlechtwetter Solarmodule Erdgasnetz der Zukunft
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Speicher + System

Die bei der Stromerzeugung entstehende Wärme wird in einem Pufferspeicher zwischengelagert. Bei Bedarf gibt der Speicher die Wärme an den Heizungskreislauf ab. So kann die Laufzeit der Strom erzeugenden Heizung verlängert werden.

Das bedeutet: Auch wenn mehr Heizwärme und warmes Wasser als üblich angefordert werden, ist ein konstantes Wärmekomfortniveau gewährleistet.

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Heizung

Die Wärme, welche bei der Stromerzeugung im Verbrennungsmotor entsteht, wird über einen „Wärmetauscher“ ausgekoppelt und für Heizung und Warmwasserbereitung verwendet. Diese optimierte Nutzung der Abgaswärme trägt zur hohen Effizienz der Kraft-Wärme-Kopplung bei. Die eingesetzte Energie wird doppelt genutzt, wodurch sehr hohe Wirkungsgrade von bis zu 90 % des Gesamtsystems erreicht werden können.

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Eigenstromnutzung

Mit einer innovativen Strom erzeugenden Heizung reduzieren sich die Energiebezugskosten deutlich. Durch die gleichzeitige Stromerzeugung können in der Regel ca. 60 % des Haushaltsstrombedarfs durch die Eigenproduktion abgedeckt werden.

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Einspeisung

Jede Kilowattstunde Strom, die selbst erzeugt und verbraucht wird, reduziert die Strombezugskosten. Überschüssig erzeugter Strom kann ins Netz eingespeist werden und wird vergütet.

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Funktionsprinzip

Wärme-Kraft-Kopplung (WKK) für das Einfamilienhaus: Die Strom erzeugende Heizung. Sie besteht aus einem Erdgas-Verbrennungsmotor und einem Generator.

Es lassen sich zwei wesentliche Technologien unterscheiden:

Otto-Motor-Heizgeräte und Stirling-Motor-Heizgeräte.

Stirling-Heizgerät

Das System arbeitet mit einem externen Verbrennungsmotor. In diesem befindet sich ein mit Arbeitsgas, z.B. Helium, gefüllter Zylinder. Er besteht aus drei Komponenten: einem Verdränger- und Arbeitskolben sowie einem Generator.

Zunächst wird eine Seite des Zylinders durch einen Gasbrenner erwärmt, während die andere mit Wasser aus dem Heizkreis des Gebäudes gekühlt wird. Anschliessend wird das Arbeitsgas über den Verdrängerkolben abwechselnd von der kalten auf die warme Seite transportiert.

Dadurch entsteht eine Druckdifferenz, die den Arbeitskolben in Bewegung setzt. Er ist Bestandteil des Generators, welcher die Bewegung in elektrischen Strom umwandelt. Zusätzlich wird die Abwärme des Brenners zur Gebäudeheizung benutzt.

Otto-Motor-Heizgerät

Das System arbeitet mit einem internen Verbrennungsmotor. In diesem wird Kraftstoff mit angesaugter Luft vermischt und mit Hilfe eines Funkens zum Zünden gebracht. Dabei entstehen Verbrennungsgase, welche sich ausdehnen.

Der verursachte Überdruck setzt eine Kolbenbewegung in Gang. Sie wird auf eine Welle übertragen, die den Generator zur Stromerzeugung antreibt. Entstehende Abwärme wird zusätzlich für die Raumheizung und Warmwasseraufbereitung genutzt.

Speicher + System Funktionsprinzip Heizung Eigenstromnutzung Einspeisung Erdgasnetz der Zukunft
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Speicher + System

Der Wärmespeicher regelt die Wärmeströme von den „Erzeugern“, z.B. einer Gaswärmepumpe oder Solaranlage, zu den „Verbrauchern“ wie Dusche und Heizkörper. Steht nicht genügend Wärme aus Umweltenergie zur Verfügung, kann die Gaswärmepumpe auch ohne Umweltwärme im Direktheizbetrieb genutzt werden.

Zudem wird im Wärmespeicher die gewonnene Umweltenergie eingelagert, damit auch bei steigenden Anforderungen und Komfortansprüchen jederzeit Wärme bereit gestellt werden kann.

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Heizen und Kühlen

Die Gaswärmepumpe macht Heizen und Kühlen gleichzeitig möglich. So können Gaswärmepumpen in den Sommermonaten für die Kühlung des Hauses genutzt werden.

Hierfür wird dem Wohnraum die Wärme mithilfe der Fussbodenheizung entzogen.

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Warmwasseraufbereitung

Je nach eingebundener Wärmequelle nehmen Gaswärmepumpen Umweltwärme auf und geben die gewonnene Energie an das Speichersystem ab.

Von hier aus werden die Wärmeströme zur Dusche, Waschbecken usw. geleitet.

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Wärmequellen

Gaswärmepumpen lassen sich mit unterschiedlichen regenerativen Wärmequellen kombinieren: Sonne, Erdreich, Grundwasser oder Luft.

Erdwärme

Erdwärme lässt sich entweder über Kollektoren oder Erdsonden gewinnen. Beide Systeme enthalten eine spezielle Wärmeträgerflüssigkeit, z.B. Ammoniak-Wasser, um die im Erdreich gespeicherte Wärme aufnehmen und zur Gaswärmepumpe transportieren zu können. Dabei arbeitet ein Erdkollektor horizontal in 1,2 bis 1,5 Meter Tiefe – eine Erdsonde wird senkrecht, bis zu 100 Meter tief, in den Boden eingelassen.

Luft

Die Aussenluft lässt sich über Ventilatorensysteme nutzen, die Luft ansaugen, deren Wärme entnehmen und abgekühlt wieder ins Freie abgeben.

Grundwasser

Unser Grundwasser hat eine Durchschnittstemperatur von 10°-15°C. Ausreichend warm, um es mit einem Saug- oder Schluckbrunnen zu fördern und mit Hilfe der Gaswärmepumpe für Heizung und Warmwasserbereitung nutzbar zu machen.

Sonnenkollektor

Sonnenenergie ist sauber, kostenlos und überall verfügbar. Mit Hilfe von Sonnenkollektoren lässt sie sich einfach als Umgebungswärmequelle für Ihre Gaswärmepumpe verwenden. Zahlreiche Heizungshersteller bieten kombinierte Lösungen aus einer Gaswärmepumpe und Kollektoren an. Je nachdem, ob Sie ausschliesslich warmes Wasser solar aufbereiten wollen oder zusätzlich Ihre Heizung unterstützen möchten, benötigen Sie mehr oder weniger Kollektorfläche.

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Funktionsprinzip

Gaswärmepumpen nutzen, mit Ausnahme von Zeolith-Heizgeräten, das bewährte Funktionsprinzip des Kühlschranks – nur auf umgekehrte Weise.

Während der Kühlschrank dem Innenraum Wärme entzieht und nach aussen abgibt, entnimmt eine Gaswärmepumpe der Umgebung die Wärme und gibt diese als Heizenergie an den Heizkreislauf ab.

Man unterscheidet zwischen diesen Arten der Gaswärmepumpe: Gasmotorisch, Absorption sowie Adsorption.

1. Verdampfen

Der Verdampfer entzieht der Umgebung Wärme. Dabei wechselt das im System enthaltene Kältemittel in den gasförmigen Zustand.

2. Verdichten

Der entstehende Dampf wird mittels eines Kompressors verdichtet und auf ein höheres Temperaturniveau gebracht.

3. Verflüssigen

Im dritten Schritt gibt das dampfförmige Kältemittel seine Wärme im Verflüssiger/Kondensator an das Heizungssystem ab und wird dabei flüssig.

4. Entspannen

Zum Schluss baut ein Entspannungsventil den Überdruck ab, so dass das Kältemittel wieder Umweltwärme aufnehmen und der Prozess von vorne beginnen kann.

Gasmotor-Wärmepumpen

Sie werden mit Erdgas betrieben. Um den Verdichter in Gang zu setzen, kommt ein Verbrennungsmotor zum Einsatz.

Diese Gaswärmepumpen arbeiten primärenergetisch effizienter als Elektro-Wärmepumpen, da sich die Abwärme – welche beim Verbrennungsprozess entsteht – zusätzlich als Heizwärme nutzen lässt.

Absorptions-Gaswärmepumpen

Sie nutzen Erdgas anstelle elektrischer Antriebsenergie. In einem Kreislauf wird eine Wasser-Ammoniak-Lösung und Helium als Hilfsgas transportiert, sodass bewegliche Teile, z.B. Pumpen, für den Betrieb nicht erforderlich sind.

Adsorptions-Gaswärmepumpen

Sie machen sich die physikalischen Eigenschaften eines besonderen Minerals zu eigen: Zeolith bindet („adsorbiert“) Wasserdampf und saugt sich wie ein Schwamm voll. Sobald Zeolith erhitzt wird, tritt das zuvor gespeicherte Wasser als Dampf wieder aus. Dabei entsteht Wärme, die im Heizsystem genutzt wird.

Speicher + System Funktionsprinzip Heizung Wärmequellen Wärmequellen Warmwasseraufbereitung Erdgasnetz der Zukunft

Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle: Macht Wasserstoff für die zukünftige Energieversorgung nutzbar.

Neben Blockheizkraftwerken (BHKW), werden auch Brennstoffzellen-Heizgeräte Wärme und Strom aus einem Gerät liefern. Auch sie arbeiten nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Mit einem feinen Unterschied: Die eingesetzte Primärenergie Erdgas wird nicht „heiß verbrannt“, sondern elektrochemisch in Energie umgewandelt.

Brennstoffzellen-Heizgeräte eignen sich für die komplette Energieversorgung im Haus und können sowohl im Neubau als auch bei der Modernisierung und Sanierung eingesetzt werden. Brennstoffzellen-Heizgeräte machen sich ein einfaches Prinzip zunutze: die Elektrolyse – nur auf umgekehrte Weise. Denn Wasserstoff hat die natürliche Eigenschaft, von sich aus zusammen mit Sauerstoff wieder zu Wasser zu reagieren. Unter kontrollierten Bedingungen kommt es ohne extreme Energiezufuhr zu einer Knallgasreaktion. Dieser Vorgang wird als „kalte Verbrennung“ bezeichnet. Hierbei entsteht elektrische Energie und Wärme.

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Pufferspeicher

Brennstoffzellen-Heizgeräte sollten in Kombination mit einem Pufferspeicher betrieben werden. So kann auch bei hohem Heiz- und Warmwasserbedarf über einen längeren Zeitraum eine gleichmässige Wärmeerzeugung garantiert werden.

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Heizung

Die Wärme, welche bei der Stromerzeugung im Verbrennungsmotor entsteht, wird über einen „Wärmetauscher“ ausgekoppelt und für Heizung und Warmwasserbereitung verwendet. Diese optimierte Nutzung der Abgaswärme trägt zur hohen Effizienz der Kraft-Wärme-Kopplung bei. Die eingesetzte Energie wird doppelt genutzt, wodurch sehr hohe Wirkungsgrade von bis zu 90 % des Gesamtsystems erreicht werden können.

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Eigenstromnutzung

Mit einer innovativen Strom erzeugenden Heizung reduzieren sich die Energiebezugskosten deutlich. Durch die gleichzeitige Stromerzeugung können in der Regel ca. 60 % des Haushaltsstrombedarfs durch die Eigenproduktion abgedeckt werden.

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Einspeisung

Jede Kilowattstunde Strom, die selbst erzeugt und verbraucht wird, reduziert die Strombezugskosten. Überschüssig erzeugter Strom kann ins Netz eingespeist werden und wird vergütet.

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Funktionsprinzip

Brennstoffzellen-Heizgeräte eignen sich für die komplette Energieversorgung im Haus und können sowohl im Neubau als auch bei der Modernisierung und Sanierung eingesetzt werden. Brennstoffzellen-Heizgeräte machen sich ein einfaches Prinzip zunutze: die Elektrolyse – nur auf umgekehrte Weise. Denn Wasserstoff hat die natürliche Eigenschaft, von sich aus zusammen mit Sauerstoff wieder zu Wasser zu reagieren.

Der Vorgang wird als „kalte Verbrennung“ bezeichnet. Hierbei entsteht elektrische Energie und Wärme.

Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden – der Anode (Minuspol) und der Kathode (Pluspol). Sie sind getrennt durch den Elektrolyt mit einer festen ionendurchlässigen Membran. Jede der Elektrode ist mit einem Katalysator beschichtet, z. B. Nickel oder Platin. Nachdem Wasserstoff der Anode zugeführt worden ist, teilt er sich in Elektronen und Protonen.

Jede der Elektrode ist mit einem Katalysator beschichtet, z. B. Nickel oder Platin. Nachdem Wasserstoff der Anode zugeführt worden ist, teilt er sich in Elektronen und Protonen.

Die freien Elektronen werden als elektrischer Strom durch den äusseren Kreislauf genutzt. Die Protonen breiten sich durch den Elektrolyt zur Kathode aus. An der Kathode verbindet sich der Sauerstoff aus der Luft mit Elektronen aus dem äusseren Kreislauf und Protonen. Gemeinsam ergeben sie Wasser und Wärme. Zwischen Kathode und Anode kann sich nun eine Spannung aufbauen. Verbindet man beide Elektroden miteinander, fliessen die Elektronen von der Anode zur Kathode und liefern so Antriebsenergie. Die Reaktionswärme kann zusätzlich zum Heizen genutzt werden.

PEM

Bei der Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle oder Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle handelt es sich um eine Niedertemperaturbrennstoffzelle, die bei Betriebstemperaturen von ca. 50-100°C arbeitet. Als Elektrolyt kommt eine Polymermembran zum Einsatz.

Vor- / Nachteile

Wesentliche Vorteile der PEM-Brennstoffzelle sind ein gutes dynamisches Verhalten, wodurch dieser Brennstoffzellentyp für die ganzjährige Hausenergieversorgung gut geeignet ist.

Nachteile sind hohe Anforderung an die Reaktionsgaserzeugung bezüglich sehr niedriger Kohlenmonoxidgehalte sowie ein aufwändiges Wassermanagement.

SOFC

Bei der Festoxidbrennstoffzelle handelt es sich um eine Hochtemperaturbrennstoffzelle, die bei Betriebstemperaturen von ca. 800-1000°C arbeitet. Als Elektrolyt kommt ein fester keramischer Werkstoff zum Einsatz.

Vor- / Nachteile

Wesentliche Vorteile der Festoxidbrennstoffzelle sind die Unempfindlichkeit gegenüber Kohlenmonoxid (CO) im Reaktionsgas sowie ein einfacher Systemaufbau.

Nachteile sind, bedingt durch die hohen Betriebstemperaturen, hohe Werkstoffansprüche und lange Aufwärmphasen.

Pufferspeicher Funktionsprinzip Eigenstromnutzung Einspeisung Erdgasnetz der Zukunft

Impressum

Herausgeber

BDEW Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.
Reinhardstr. 32
10117 Berlin

Telefon +49 30 / 300 199-0
Telefax +49 30 / 300 199-3900
E-Mail info@bdew.de

Präsident: Ewald Woste

Hauptgeschäftsführung: Hildegard Müller (Vorsitzende der BDEW-Hauptgeschäftsführung und Mitglied des Präsidiums)

Amtsgericht Charlottenburg, VR 26587 B
Umsatzsteuer ID: DE 814902527

Weitere Informationen finden Sie unter "Rechtliches".

Redaktion und Konzeption

Arbeitsgruppe "Erdgastechnik" der Projektgruppe "Erdgasanwendungen im Markt"

Ansprechpartner
Ingram Täschner
Fachgebietsleiter Biogas und Erdgasanwendung
E-Mail ingram.taeschner@bdew.de

Realisierung

F-ID
Feldkircher Identity GmbH
Kollwitzstraße 1
73728 Esslingen am Neckar
www.f-id.com

Info zur App

Version: 2.0