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Heizungen wirtschaftlich modernisieren

Moderne Heizsysteme müssen effizient, umweltfreundlich sowie wirtschaftlich arbeiten und dürfen nicht zu teuer ausfallen. Gerade beim Austausch älterer Heizungen ist Augenmaß gefragt. Brennwerttechnik zusammen mit modernen Gasgebläsen ist hier eine wirtschaftliche Lösung.


Um die Umwelt zu schonen gibt es vom Gesetzgeber Vorgaben, z.B. definiert im Klimaschutzplan 2050. Insgesamt soll der Kohlendioxidausstoß um 80 bis 95 % gegenüber dem Stand von 1990 reduziert werden. Gerade bei Gebäudeheizungen besteht da ein hohes Einsparpotential. Allein durch konsequente Nutzung der Brennwerttechnik sowie deutlicher Erhöhung der Austauschraten älterer Heizungen (6 % p. a.) ließe sich bis 2030 der CO2-Ausstoß des gesamten deutschen Energieverbrauches um ca. 15 % senken.

Heizung praktikabel nachrüsten

Theoretisch kann ein Hausbesitzer viel Geld und Brennstoff einsparen, wenn er die Heizung auf modernstem Niveau hält. Praktisch ist das jedoch mit hohen Kosten und zum Teil sehr aufwändigen Baumaßnahmen verbunden. Nicht von ungefähr gibt es daher einen erheblichen Renovierungsstau und so sind selbst über 30 Jahre alte Heizkessel leider keine Seltenheit. Wie lässt sich das ändern? Eine Renovierung in Teilschritten, also z.B. erst Heizkessel, dann Fenster, später noch die Fassadenisolierung oder Dachgeschossausbau etc. ist eine Lösung, die Geldbeutel und Nerven kurzfristig schont. Sie setzt jedoch voraus, dass die neue Wärmequelle auch den sich verändernden Anforderung gerecht wird und immer effizient arbeitet.

Bild 1: Das Druck-/Volumenstromdiagramm des VG 100 zeigt beispielhaft die große Leistungsfähigkeit der neuen Gebläse. (Quelle ebm-papst)

Oft fordern Landesbauordnungen bei umfassenden Renovierungsmaßnahmen zusätzlich den Einsatz erneuerbarer Energien. Das Problem: kommen dabei Grundlast-Wärmepumpen zum Einsatz, sollten sie für einen effizienten Betrieb auf eine feste Wärmeleistung bzw. eine feste Heiztemperatur ausgelegt werden. Ändern spätere Renovierungsschritte, z.B. weitere Dämmmaßnahmen oder neue Heizkörper die Voraussetzungen, sinkt oft der Wirkungsgrad der Wärmepumpe; letztendlich wird dann Heizen durchs „Sparen“ teurer.

Um solche Fehler zu vermeiden, benötigt man eine in der Leistung skalierbare Heizung (Bild 1). Kommen zusätzlich zur Heizung thermische Sonnenkollektoren zum Einsatz, schwankt der Wärmebedarf, den die Heizung flexibel ergänzen muss. Idealerweise deckt eine Heizungsanlage all diese Anforderungen ohne Wirkungsgradeinbußen ab. Wie kann nun eine solche wirtschaftliche und umweltfreundliche Lösung aussehen?

Brennwerttechnik mit Gasgebläse

Eine sehr effiziente Heizmethode ist die Brennwerttechnik. Gasbrennwertthermen sind nicht nur eine kompakte und preiswerte Lösung, sie erlauben auch ihre Heizleistung gut zu skalieren. Durch die prinzipbedingt möglichen, niedrigen Heizwassertemperaturen können die Brennwertgeräte auch gut mit anderen Heizkonzepten wie Solarthermie und Wärmepumpe kombiniert werden. Brennwerttechnik nutzt nicht nur die „normale“ Wärme der im Brennstoff Gas enthaltenen Energie, sondern auch einen Großteil der sogenannten latenten Wärme, also die Kondensationswärme des Wasserdampfes, der durch den Verbrennungsprozess im Abgas enthalten ist.

Erdgas mit seinem hohen Wasserstoffanteil ist hier besonders günstig. Bei einem Energiegehalt von rund 10 kWh/m³ Erdgas erhält man bei einem Erdgasverbrauch von 2 m³/h – das entspricht  rund 20 kW konventionelle Heizleistung – bis zu 3 kW Wärmeleistung zusätzlich. Das ergibt sich allein durch die Senkung der Abgastemperatur von üblichen 150 °C auf z. B.. 40 °C und damit einhergehend 80 % Kondensation des darin enthaltenen Wasserdampfes (rund 1,5 l je m³ Gas). Der Wirkungsgrad gegenüber konventionellen Anlagen mit 150 °C heißem Abgas steigt damit um bis zu 15 %.

Bild 2: Die neue RadiMix-Baureihe reduziert die bisherige Typenvielfalt der Gasgebläse zwischen 0,5 und 150 kW um gut 20 %. (Quelle: ebm-papst)

Das hat mehrere Vorteile, denn man benötigt weniger Brennstoff und eine Gasbrennwerttherme ist erheblich kompakter als konventionelle Kessel. Auch bei der Abgasführung ergeben sich durch die niedrigen Temperaturen Kostenvorteile. Zudem werden moderne Brennwertkessel elektronisch gesteuert und passen Brenner- als auch Pumpenleistung sehr flexibel an die gerade nötige Heizlast an. Dies reduziert die Taktung des Geräts und die Auskühlverluste in den Pausen zwischen den Betriebsphasen.

Doch auch hier stellen die genannten Wirkungsgrade stets eine Momentaufnahme dar und beziehen sich nur auf das aktuelle Verhältnis von zugeführter zu abgeführter Leistung. Für die Bewertung einer Therme reicht dies jedoch nicht aus, da die Bereitstellungswärmeverluste nicht berücksichtigt werden. D. h., es werden lediglich die Verluste eingerechnet, die bei laufendem Brenner entstehen — und das nur an einem Betriebspunkt. Verschieben sich nun die Betriebspunkte durch geänderte Nutzung, weitergehende Sanierung etc. stimmt die gesamte Kosten-Nutzen-Rechnung oft nicht mehr.

Abhilfe schaffen hier skalierbare Brennerleistungen durch hohe Modulationsbreiten der eingesetzten Gasgebläse. Sie passen sich dem momentanen Wärmebedarf ideal an ohne Einbußen bei der Effizienz. Die alte Faustregel, dass 50 % der maximalen Heizleistung nach DIN 4701 häufig genügt, um 90 % des Heizenergiebedarfs abzudecken und man viele Heizkessel überdimensioniert mit entsprechend hohen Bereitstellungsverlusten, um die restlichen 10 % abzudecken, wird dadurch obsolet.

Moderne Gasgebläseplattform für Leistungen von 0,5 bis 150 kW

Die neuen RadiMix Gasgebläse von ebm-papst Landshut reduzieren gerade diese Bereitstellungsverluste durch ihren großen Modulationsbereich. Das heißt, die Gebläse können das Gas-Luftgemisch in einem weiten Bereich von bis zu 1:15 in der Menge anpassen und das bei immer gleicher Qualität für eine optimale, schadstoffarme Verbrennung. Gleichzeitig reduziert die neue RadiMix-Baureihe die bisherige Typenvielfalt der Gasgebläse um gut 20 % (Bild 2).

Thermenhersteller können nun mit nur drei Varianten die Leistungen von 0,5 bis 80 kW abdecken, ein viertes Gebläse wird im kommenden Jahr die Lücke bis 150 kW schließen. So bietet das kleinste Gasgebläse, der VG 71 Heizleistungen bis 35 kW, der größere Bruder VG 100 leistet bis 50 kW. Für größere Heizsysteme wie in Mehrfamilienhäusern eignet sich der VG 108 mit bis zu 80 kW Heizleistung.

Passend zur variablen Heizleistung wurden auch die Einbaumöglichkeiten verbessert, z.B. durch eine um 360° drehbare Motorposition und damit einhergehender, kundenspezifischer Steckerpositionierung. Die Gasgebläse gibt es in Zukunft auch mit Venturi und Gasventil als optimal abgestimmtes Komplettsystem für besonders schadstoffarme Verbrennung (Bild 3).

Bild 3: Viele Plattformkomponenten lassen sich zu unterschiedlichen Leistungsklassen kombinieren. (Quelle: ebm-papst)

Alle Gebläse sind jeweils mit einem neuen Antriebsmotor, speziell angepasster Aerodynamik sowie einer speziell für die Gebläse entwickelten Schwingungsentkoppelung gegen Körperschall ausgestattet. Die Motoren mit wartungsfreien Kugellagern bieten ein den höheren Leistungsanforderungen angepasstes Design für die Luftgemischförderung, u.a. durch ein Magnetmaterial mit deutlich höherer magnetischer Remanenz und eine komplett neu konzipierte Motortopologie. Das verbessert den Antriebs-Wirkungsgrad je nach Ausführung um gut 5 %.

Neben der Reduzierung des Luftschalls wurden die Vibrationen (Körperschall) durch Simulation und Test mit modernsten Entwicklungstools deutlich reduziert. Je nach Gebläsetyp sank das Betriebsgeräusch um über 3 dB(A) gegenüber dem Vorgängermodell. Auch die Elektronik wurde grundlegend überarbeitet und bietet nun optionale Busschnittstellen, über die sie leicht in digitale Systeme einzubinden ist. Betriebszustände wie Leistung, Servicezustand, Temperaturen, Betriebsspannung und andere in den Steuerungen der Gebläse verarbeiteten Daten lassen sich über geplante BUS-Schnittstellen (ebm-papst verfolgt den Ansatz das LIN-Bus-Protokoll zu verwenden) abrufen.

So ist die Einbindung des Gebläses in die Thermensteuerung leicht umzusetzen, aber auch eine vorbeugende Wartung oder Ferndiagnose ist in naher Zukunft realisierbar. Durch den Einsatz eines bereits bei anderen Produkten bewährten Kühlkonzeptes liegt die Elektronik zudem im Kühlluftstrom, was deren Zuverlässigkeit und Lebensdauer erhöht. Eine fest mit dem Gehäuse verbundene, robuste Motorschutzkappe umschließt alle Antriebskomponenten.

 

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