Zwischenbilanz

Der Wärmebedarf für Heizung und Warmwasserbereitung richtet sich nach unterschiedlichen Kriterien, die individuell für jedes Bauvorhaben zu ermitteln sind. Er lässt sich nach genauer Festlegung von Bauweise und Material berechnen. Welcher Energieträger und welche Wärmeerzeuger eingesetzt werden, hängt von der jeweiligen Situation vor Ort sowie den Wünschen und Bedürfnissen des Bauherren ab. Die nationale Umsetzung der »EU-Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden« erfolgt mit der im Januar 2006 anstehenden Novellierung der EnEV und wird in Deutschland zusätzliche Transparenz in die Energiekosten bringen. Bei Errichtung, Verkauf oder Vermietung von Wohnungen muss dann ein »Ausweis über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden« ausgestellt werden. Dieser Energiepass informiert unter anderem über Bauweise und Anlagentechnik. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen fossilen (Gas, Öl, Kohle) und regenerativen Energieträgern (Sonne, Holz, Erdwärme, Wind, Wasser). Die EnEV berücksichtigt die Umsetzung (Förderung, Transport, Herstellung etc.) dieser Primärenergieträger in Endenergie (Heizenergie) sowie deren Umwandlung in Heizwärme (Wirkungsgrad der Heizanlagentechnik) über die Anlagen-Aufwandszahl. Diese beschreibt die energetische Effizienz des gesamten Anlage-systems, indem sie das Verhältnis Aufwand zu Nutzen (eingesetzter Brennstoff zu abgegebener Wärmeleistung) vergleicht. Je kleiner die Zahl, desto effizienter ist die Anlage. Der Primärenergiebedarf stellt dabei die entscheidende Bezugsgröße zur Bewertung der energetischen Qualität eines Gebäudes dar: Er bezeichnet die Energiemenge, die zur Deckung von Jahresheizenergie- und Trinkwasserwärmebedarf (Bedarf und Aufwand der Anlagentechnik) benötigt wird – unter Berücksichtigung der zusätzlichen Energiemenge, die durch vorgelagerte Prozesse bei der Gewinnung, Umwandlung und Verteilung der jeweils eingesetzten Brennstoffe erforderlich ist. Der Endenergiebedarf beschränkt sich auf die Energiemenge des

jeweiligen Gebäudes, die für Heizung, Kühlung, Lüftung und Warmwasserbereitung zur Verfügung gestellt werden muss.

Heizanlagen Nach EnEV handelt es sich bei einem Heizkessel (bestehend aus Brenner und Kessel) um einen Wärmeerzeuger, der zur Übertragung der durch Verbrennung freigesetzten Wärme an den Wärmeträger Wasser dient. Unterschieden wird zwischen dem kaum mehr üblichen Standardheizkessel wie zum Beispiel dem traditionellen Ölheizkessel und Niedertemperaturheizkessel sowie Brennwertkessel für feste, flüssige und gasförmige Brennstoffe. Des Weiteren stehen Wärmepumpen, Wärmetauscher, Fernwärme, Blockheizkraftwerke sowie Kollektoren und Prototypen von Brennstoffzellen als Wärmeerzeuger zur Verfügung. Moderne Kessel besitzen höhere Wirkungsgrade und geringere Bereitschaftsverluste. Sie erlauben eine bessere Energieausnutzung durch variable Brennerleistungen, die zum Beispiel bei kleineren Anlagen zwischen 8,0 kW und 45 kW modulieren. Heizkessel für flüssige und gasförmige Brennstoffe können bodenstehend oder, um Platz zu sparen, wandhängend installiert werden. Die kleinsten Geräte sind etwa 56 cm breit, 48 cm tief und 72 cm hoch und lassen sich problemlos innerhalb einer Wohnung installieren. Ihre Nennleistungen variieren zwischen 3,0 kW und 30 kW, bei Heizwassertemperaturen bis 90 °C und Warmwassertemperaturen zwischen 30 °C und 60 °C. Größere Heizanlagen werden in separaten Räumen im Keller- oder Dachgeschoss aufgestellt und können bei Neubauten vor Fertigstellung in einem Stück per Kran in das Gebäude gebracht werden. Dient der Heizkessel auch zur Warmwasserbereitung, erfolgt die Erwärmung des Trinkwassers entweder durch einen im Speicher angeordneten Wärmetauscher des Heizwasserkreislaufs oder durch einen im Heizwasser angeordneten Durchlauferhitzer. Unterschieden werden im Kessel eingebaute Speicher für kleinere Wohneinheiten und separate Speicher, bei denen das Heizwasser durch den Kessel erwärmt wird und mit diesem durch Vor- und Rücklaufleitung verbunden ist. Die Leistung des Wärmeerzeugers hängt bei Niedrigenergie- und Passivhäusern aufgrund ihres geringen Heizwärmebe-darfs verstärkt vom konstanten Bedarf einer komfortablen Warmwasserbereitung ab.

Niedertemperaturkessel Bei Niedertemperaturkesseln variiert die Vorlauftemperatur des flüssigen oder gasförmigen Energieträgers in Abhängigkeit von der Außentemperatur zwischen 75 °C und 40 °C. Sie sind so konstruiert, dass bei niedrigen Kesselwassertemperaturen der Wasserdampf in den Verbrennungsgasen nicht kondensiert. Die niedrigen Vor- und Rücklauftemperaturen erfordern eine feuchtigkeitsunempfindliche Abgasanlage. In der Regel benötigen Niedertemperatursysteme eine Mindesttemperatur für das Abgas, die oberhalb des jeweiligen Taupunktes (Erdgas 57 °C, Heizöl 47 °C) liegt. Für Heizöl gibt es zwei Arten von Niedertemperaturkesseln: so genannte (je nach Flammenfarbe) Gelb- oder Blaubrenner. Letzterer verwandelt das Heizöl vollständig in Gas und verursacht so weniger Schadstoffe.

Brennwertkessel Der Vorteil dieser ebenfalls für flüssige und gasförmige Brennstoffe geeigneten Heizkessel besteht gegenüber Niedertemperatursystemen im Gewinn der Kondensationswärme und dem wesentlich geringeren Abgasverlust. Die Abgase werden durch zusätzliche, im Rücklauf angeordnete Wärmetauscher unter den Taupunkt abgekühlt und kondensieren. Die dabei frei werdende Wärmeenergie (latente Wärme) wird zusätzlich zur sensiblen, also fühlbaren Wärme dem Heizsystem zugeführt. Auf diese Weise wird der Brennwert des Brennstoffes ausgenutzt, der gegenüber dem Heizwert um 6 % (bei Öl) und bis 12 % (bei Gas) höher liegt. Während die Nutzwärme, bezogen auf den Heizwert, bei Niedertemperaturkesseln etwa 90 % der eingesetzten Primärenergie beträgt, erreichen Brennwertkessel einen deutlich höheren Nutzwärmegrad. So kann der Wirkungsgrad von Brennwertkesseln, bezogen auf den Heizwert, über 100 % steigen. Gas-Brennwertkessel erzielen die höchste Primärenergieausnutzung (bis zu 110 %). Im Leistungsbereich bis 60 kW stehen kompakte wandhängende Gas-Brennwertgeräte zur Verfügung. Bis zu einer Anlagenleistung von 50 kW dürfen sie in Aufenthaltsräumen installiert werden.

Wegen der Verbrennungsluftversorgung werden diese Geräte bevorzugt »raumluftunabhängig«, also mit separater Zuluftleitung von außen über den Kamin, betrieben. Über 60 kW dominieren die bodenstehenden Kessel, die fast ausnahmslos für die »raumluftabhängige« Funktionsweise (Verbrennungszuluft direkt über die umgebende Raumluft) konstruiert und zugelassen werden. Bei Öl-Brennwertkesseln ist die Ableitung des Kondensats problematischer als bei Gas-Brennwertkesseln, da der Schwefel des Heizöls mit dem Wasser zu Schwefelsäure reagiert. Deshalb ist bei Öl immer eine Neutralisation erforderlich, die meist im Heizgerät integriert ist. Für Leistungen im Einfamilienhausbereich werden auch wandhängende Öl-Brennwertgeräte (h/b/t =70/56/43 cm) angeboten. Ihr Leistungsspektrum liegt im Bereich von 11 kW bis 24 kW, für Mehrfamilienhäuser bei 29 kW bis 60 kW. Die Aufstellung in der Wohnung kommt aber durch eine höhere Geräusch- und Geruchsentwicklung nicht in Betracht.

Kaskadenanlagen Die Hintereinanderschaltung mehrerer Einzelkessel zu einem Verbund (Bild 2) kann bei größeren Wohnanlagen sinnvoll sein, da sie trotz der höheren Investitionskosten aufgrund der niedrigeren Betriebskosten und der höheren Betriebssicherheit eine gute Lösung darstellen. Dies gilt besonders bei Kopplung der Warmwasserbereitung an die Heizungsanlage, da hier starke Schwankungen im Wärmebedarf auftreten. Werden regenerative Energieträger wie Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Gebäudeheizung eingesetzt, dienen Öl- und Gasfeuerstätten nur noch zur Abdeckung von Leistungsspitzen. In diesen Fällen arbeiten selbst in Einfamilienhäusern die Anlagen als »Kaskaden«. Bei Sanierungen kann es aufgrund der örtlichen Gegebenheiten sinnvoll sein, mehrere kleinere Geräte einzubringen und später zusammenzuschalten.

Heizkessel für feste Brennstoffe aus Holz

Festbrennstoffkessel für die Verbrennung von Kohle spielen bei neuen Heizungsanlagen heute keine Rolle mehr. Aufgrund der verbesserten Wärmeschutzmaßnahmen im Wohnungsbau werden Heizanlagen benötigt, die im kleineren Leistungsbereich effizient

arbeiten – wie etwa Holzheizkessel für Stückholz-, Pellet- und Hackgutfeuerung. So werden inzwischen immer mehr Kachelöfen (Einzelöfen für Stückholz) und Pelletheizungen verwendet; bei Einfamilienhäusern in Niedrigenergiebauweise können sämtliche Räume mit einem kombinierten System aus Kachelofen mit Wärmetauscher effizient beheizt werden. Holzpelletkessel (Bild 6) mit modulierter Leistung und integriertem Wärmetauscher eignen sich für Heizung und Trinkwassererwärmung. Automatisch beschickte Anlagen mit hohem Wirkungsgrad bieten als CO2-neutrale Heizung eine inzwischen komfortable Alternative zu herkömmlichen Gas- und Ölheizungen. Die Kombination mit einer Solaranlage zur Warmwasserbereitung stellt derzeit ein ökologisches Optimum dar: Im Winter wird das warme Wasser über die Holzpelletanlage nachgeheizt, im Sommer genügt die Solaranlage. Die Heizkessel mit Nennleistungen von 5 kW bis 50 kW für Ein- und Mehrfamilienhäuser werden in der Regel in einem separaten Raum im Keller aufgestellt. Der Vorratsbehälter befindet sich am Heizkessel und ist mit der Brennkammer – sofern die Beschickung nicht manuell erfolgt – über eine Förderschnecke direkt verbunden.

Die Lagerung der Pellets in einem separaten Raum benötigt etwa 0,9 m3/kW Heizlast. Bei einem Einfamilienhaus mit 150 m2 Wohnfläche entspricht dies etwa 6 m2. Pellets sind günstiger als die vergleichbare Menge Öl oder Gas. Die höheren Anschaffungskosten, zum Beispiel für den Einbau eines Kamins, machen diesen Energieträger – trotz staatlicher finanzieller Förderung – insgesamt aber noch zur teureren Alternative.

Wärmepumpen Wärmepumpen gewinnen Energie aus verschiedenen Wärmequellen wie Außenluft, Grundwasser, Erdreich/Sole, Sonnenenergie, Abwärme aus industriellen Prozessen, Abwasser oder Abluft aus Gebäuden. Unterschieden werden Wärmepumpen nach der jeweiligen Wärmequelle, aus der die Energie entnommen, und dem Heizmedium, an das die Wärme abgegeben wird (Wärmequelle/Wärmeträger): Luft/Wasser, Luft/Luft, Wasser/Wasser, Wasser/Luft, Sole/Wasser, Sole/Luft. In der Regel betragen Vor- und Rücklauftemperatur 35 °C/28 °C. Betrieben werden Wärmepumpen mono- oder bivalent: Bei der monovalenten Betriebsweise ist die Wärmepumpe in der Lage, den Wärmebedarf über das ganze Jahr zu decken. Das setzt voraus, dass eine Wärmequelle dauerhaft und gleichmäßig in ausreichender Quantität zur Verfügung steht. Dies gilt für Grundwasser, Erdwärme mit einer Nachheizung durch Solarenergie, solarbeheizte Saisonspeicher entsprechender Größe und Abwärme. Beim bivalenten Betrieb hingegen deckt die Wärmepumpe den notwendigen Heizbedarf bis zu einer bestimmten Außentemperatur; bei niedrigeren Temperaturen übernimmt dann ein zweiter Wärmeerzeuger, in der Regel ein Heizkessel, den Betrieb. Der zweite Wärmeerzeuger muss bei bivalent-alternativem oder teilparallelem Betrieb den vollen Wärmebedarf decken können. Nur bei bivalent-parallelem Betrieb, also wenn beide Wärmeerzeuger auch bei niedrigeren Temperaturen zusammenwirken, kann der zweite Wärmeerzeuger kleiner dimensioniert werden.

Abgasanlagen und Schornstein Bei Brennwertkesseln eignen sich herkömmliche Schornsteine unter anderem wegen der niedrigeren Abgastemperaturen und der damit verbundenen Kondensatbildung nicht mehr zur Abgasabführung. Diese sollte zusammen mit der Verbrennungsluftversorgung und Kesselaufstellung bereits in der Planungsphase mit dem zuständigen Bezirksschornsteinfeger und der Abwasserbehörde abgestimmt werden. Bei bestehenden Gebäuden entscheiden unter anderem Querschnitt, baulicher Zustand und die Wärmedämmklasse des Schornsteins darüber, welche Heizanlage eingebaut werden kann. Bei der Abgasabführung von öl- und gasbetriebenen Feuerstätten spricht man generell von Abgasanlagen – unabhängig, ob sie im Über- oder Unterdruck arbeiten; bei Wärmeerzeugern, die mit festen Brennstoffen betrieben werden, von einem Schornstein. Abgasleitungen können heute aus Aluminium, Edelstahl, Keramik, Kunststoff oder Spezialglas bestehen. Bei der Aufstellung und Zulassung unterscheidet man zwischen gerätegebundenen Anlagen, die nur zusammen mit dem jeweiligen Wärmeerzeuger geprüft, zertifiziert und auch betrieben werden dürfen, und Abgasanlagen und Schornsteinen, die frei im Markt zu beziehen sind. Diese unterliegen der Bauteilregelliste A und müssen eine Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik vorweisen. Feuchteunempfindliche Abgassysteme werden bei Abgastemperaturen von weniger als 40 °C eingesetzt: Das Kondensat sammelt sich an der Sohle des Schornsteins und wird über einen Siphon sowie eine Neutralisationseinrichtung oder direkt über den Wärmeerzeuger abgeführt. Die innere Rohrsäule aus Metall, Keramik, Kunststoff oder Spezialglas hat die Aufgabe, den vorhandenen Schacht aus mineralischen Baustoffen vor sauren und aggressiven Bestandteilen der Abgase zu schützen und eine Durchfeuchtung (Versottung) zu verhindern. Bei raumluftunabhängig betriebenen Brennwertgeräten erfolgt die Verbrennungszuluft- und abgasableitung zum Beispiel über ein Luft-Abgas-System (LAS). Bestehend aus zwei nebeneinander oder konzentrisch (Rohr im Rohr) angeordneten Schächten, werden in einem die Verbrennungsluft zu- und im anderen die Abgase im Gegenstrom abgeführt. Dieses System kann auch in einem vorhandenen, entsprechend dimensionierten Schornstein eingebaut werden. Eine ursprüngliche mit Unterdruck betriebene Schornsteinanlage wird somit in eine mit Überdruck betriebene Abgasanlage umgewandelt.

Sanierungen Kann der Bauherr bei einer Modernisierung nur eine der baulichen Veränderungen finanzieren, bedeutet der Einbau einer neuen Heizungsanlage den geringsten und kostengünstigsten Aufwand. Investitionen für den Kesselaustausch amortisieren sich schneller als nachträgliche Wärmeschutzmaßnahmen. Die sinnvolle Reihenfolge dieser Maßnahmen lässt sich aus dem charakteristischen Verhalten der Teillastwirkungsgrade der alten und einer neuen Kesselanlage begründen: Werden vorrangig Wärmeschutzmaßnahmen durchgeführt (neue Fenster, Dämmungen), sinkt der Wärmebedarf des Hauses und der alte Standardheizkessel ist überdimensioniert. Sein Betrieb verschiebt sich in den Teillastbereich mit abnehmendem Nutzungsgrad. Die durch den verbesserten Wärme-schutz eingesparte Energie wird durch den geringeren Kessel- nutzungsgrad aufgezehrt. Der deshalb zuerst installierte neue Brennwertkessel ist zwar nach der späteren Erhöhung des Wärme-schutzes ebenfalls überdimensioniert, sein Nutzungsgrad aber steigt bei Teillastausnutzung aufgrund der niedrigeren Rücklauftemperaturen. Damit sinkt der Abgasverlust, Wasserdampfkondensation und Brennwertnutzen nehmen zu. Dies gilt übrigens auch bei steigenden Außentemperaturen und sinkender Kesselbelastung.

Bedeutung Um die Anforderungen der EnEV zu erfüllen, spielt die Anlagentechnik eine wichtige Rolle. Hier stellt sich dem Architekten als Generalisten und unabhängigem Berater eine entscheidende Aufgabe, dessen Dimension viele Planer noch nicht erkannt haben. Viel muss es sein, qualitätvolle Architektur mit moderner, umweltgerechter Haustechnik zu verknüpfen. Dazu bedarf es bei Architekten und Bauingenieuren eines umfangreicheren Wissens auf dem Gebiet der Energietechnik, bietet sich ihnen zukünftig doch auch durch die Zusatzqualifikation eines Energieberaters ein neues Aufgabengebiet. K. F.

Literaturhinweise: – Energieeinsparverordnung (EnEV): Verordnung über energiesparenden Wärmeschutz und energiesparende Anlagentechnik bei Gebäuden, Dezember 2004 (BGBl. I S. 3146) – DIN V 4701–10 Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen, Teil 10: Heizung, Trinkwassererwärmung, Lüftung, August 2003 – Pistohl, Wolfram: Handbuch der Gebäudetechnik, Planungsgrundlagen und Beispiele, Band 2 – Heizung/Lüftung/Energiesparen, 2003 Weitere Informationen über folgende Internetseiten (Auswahl): – www.bauzentrale.com – www.bauzentrale.com – www.bauzentrale.com