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Kompaktgeräte für Lüftung, Heizung und Warmwasserbereitung

Idee 1: Heizen mit der aus hygienischen Gründen erforderlichen Frischluft

Frische Luft braucht jedes von Menschen genutzte Haus.

  • Wird die notwendige Lufterneuerung dem Zufall überlassen, so braucht man sich über schlechte Innenluftqualität nicht zu wundern.
  • Versäumt man es, die Wärme aus der verbrauchten Luft zurückzugewinnen, so sind die Lüftungswärmeverluste hoch – ein wirklich energieeffizientes Gebäude ist so nicht zu erreichen, wenn auch die Luftqualität stimmen soll.

⇒ Eine Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung ist daher beim Neubau und bei der energieeffizienten Modernisierung unverzichtbar – siehe auch unser Beitrag zur Wohnungslüftung.

Mit der Zuluft, die vom Wärmerückgewinnungsgerät kommt, kann auch ein wenig Heizwärme transportiert werden - nicht viel: Gerade etwa 10 W/m² kann mit der aus hygienischen Gründen unverzichtbaren Frischluft in die Zulufträume gebracht werden (vgl. Frischluft-Wärmekapazität). In einem Passivhaus ist der Heizleistungsbedarf jedoch äußerst gering. So gering, dass er gerade vollständig durch eben diese 10 W/m² aus einer Frischluftheizung gedeckt werden kann.

Damit werden überzeugend einfache Haustechniksysteme für Passivhäuser ermöglicht: „Heizen mit der Lüftungsanlage“, ohne dass zusätzliche Kanäle oder größere Kanäle erforderlich werden. Bringt man die Zulufterwärmung gleich im Lüftungsgerät mit unter und integriert im gleichen Gerät auch noch die Warmwasserbereitung, dann hat man das Kompaktgerät: Heizen, Lüften und Warmwasserbereitung in einem Gerät. Für den Wärmeerzeuger sind dabei unterschiedliche Lösungen möglich:

  • Mit einer kleinen Wärmepumpe (Wärmepumpenkompaktgerät)
  • Mit einer kleinen Gasbrennwertbox (Brennwert-Kompaktgerät)
  • Mit einem Kleinstwärmeerzeuger auf Biomasse-Basis wie z.B. Stroh-Pellets.


Idee 2: Heizen mit Fortluftrestwärme: Das Wärmepumpenkompaktgerät

Die Restwärme in der Fortluft eines Wohnungslüftungsgerätes ist eigentlich nicht besonders ergiebig. Genauer spricht man hier von „Enthalpie“; die in der Luft enthaltene Feuchtigkeit, die auskondensieren kann, hat daran einen bedeutenden Anteil. In einem Passivhaus ist jedoch auch der Wärmebedarf so gering, dass er nahezu vollständig durch diese restliche Fortluftenthalpie gedeckt werden kann. Dieser Ansatz wurde 1995 durch Wolfgang Feist publiziert. Damit wurde das Zertifizierung und primärenergetische Bilanzierung von Wärmepumpen-Kompaktgeräten für Passivhäuser ermöglicht.

Inzwischen gibt es über zehn Anbieter solcher Lüftungskompaktgeräte. Die Geräte sind hocheffizient - das haben wissenschaftlich ausgewertete Messungen in Passivhaussiedlungen bewiesen.

Das bereits „klassische“ Wärmepumpen-Kompaktgerät vereint Heizung,
Lüftung und Warmwasserbereitung in einer handlichen Einheit;
alles dreht sich dabei um die Luft:
Sie dient als Transportmedium für die Heizung und ist (fortluftseitig)
zugleich Wärmequelle für die Wärmepumpe.
Eine Energiebilanz zeigt, ob ein solches Kompaktgerät
in einem Gebäude für die Beheizung ausreicht.


Idee 3: Heizen mit Biomasse: Das Pelletofen-Kompaktgerät

Heizen mit Biomasse kann man natürlich nicht nur in Passivhäusern. Aber das verfügbare Potenzial an nachhaltig gewinnbarem nachwachsendem Brennstoff ist begrenzt. Bei schlechter Effizienz kann nur ein kleiner Bruchteil der Gebäude in Europa (und auch weltweit) nachhaltig mit Biomasse versorgt werden. Ist die Effizienz jedoch hoch genug, so hoch wie beispielsweise in Passivhäusern, so reicht die Brennstoffmenge aus einer nachhaltigen Land- und Forstwirtschaft aus, um einen beträchtlichen Anteil der Versorgung übernehmen zu können.

Eine hohe Effizienz ist auch gut für den Nutzer. Wenn die erforderliche Heizleistung nur 1 bis 2 Kilowatt beträgt, so wird das Biomasse-Heizgerät eine kleine Box, die wenig Platz braucht und das ganze Haus heizen kann. So ergibt sich eine ganze Reihe von Vorteilen:

Die Biomasse-Heizbox läuft vollautomatisch, wie man es von modernen Heizungssystemen gewohnt ist. Der Brennstoffbedarf liegt bei wenigen Kilogramm Pellets pro Tag. Die Bevorratung braucht daher kaum Platz – es wäre sogar möglich, die geringen Brennstoffmengen beim wöchentlichen Lebensmitteleinkauf mitzubringen. Die erforderliche Verbrennungsluft kann im Kompaktgerät gleich mit der Frischluft angesaugt werden. Die sehr geringen Abgasvolumenströme können vom Kompaktgerät zusammen mit der Fortluft aus der Wärmerückgewinnung abgeführt werden; ein zusätzlicher Schornstein oder ein Abgasrohr können entfallen. Damit ergibt sich für ein Passivhaus ein denkbar einfaches, vollständig auf erneuerbare Energiequellen aufbauendes Haustechnikkonzept, das sich in der Entwicklung befindet - leider derzeit noch nicht am Markt erhältlich ist.

Bereits heute gibt es Passivhäuser, deren wesentlicher Wärmeerzeuger ein marktgängiger Holzpelletofen ist (Passivhäuser Friedberg).

fireplace_in_passive_house.jpgPelletofen,
Hauptheizsystem
in einem Passivhaus
in Friedberg
(Architekt: Blumrich);
der vollautomatische
Ofen dient auch zur
Warmwasserbereitung;
im Sommer runden
Solarkollektoren das
Konzept ab:
Der Ofen muss dann
nicht angeheizt
werden.


Idee 4: Heizen mit Brennwert: Das Kompaktgerät auf Gasbasis

Dass man mit Gas saubere Wärmeerzeuger auch mit sehr kleiner Leistung realisieren kann, weiß jeder Nutzer eines Gasherdes. Trotzdem hat es lange gebraucht, bis diese Technik nun auch für die Nachheizung in einem Kompaktgerät für Passivhäuser verfügbar wird. Dabei liegen auch hier die Vorteile klar auf der Hand:

  • Das Brennwertgerät braucht eine geringe Verbrennungsluftmenge. Die Lüftungsanlage, die das Herz jedes Kompaktgerätes ist, kann diese Verbrennungsluft problemlos nebenbei mit bereitstellen. Eine separate Verbrennungsluftführung wird damit entbehrlich.
  • Im Brennwertgerät fällt Kondensat an, das über eine Kondensatleitung in das Abwasser entsorgt werden muss. Aber auch schon das Lüftungsgerät mit Gegenstromwärmeübertrager muss über einen Kondensatablauf verfügen. Im Kompaktgerät werden beide Teile kostensparend vereint.
  • Das Abgas aus dem Brennwertgerät benötigt ein Abgasrohr; Auch dieses steht mit dem Fortluftkanal des Lüftungsgerätes bereits zur Verfügung; Voraussetzung ist allerdings, dass die Leistung sehr gering ist und damit auch nur geringe Abgasmengen anfallen.


Andere Ideen

Lüftungskompaktgeräte sind nicht die einzige Haustechniklösung für Passivhäuser: Lösungen auf der Basis von Erdgas sind ebenso attraktiv wie Holzpelletskessel oder innovative elektrische Systeme. Besonders gut schneiden solche Lösungen ab, die mit solarthermischen Kollektoren kombiniert werden. Effizienztechnik und erneuerbare Energie ergänzen einander optimal: Beim geringen Verbrauch eines Passivhauses kann Sonnenenergie mit vertretbarem Aufwand den Hauptteil der Versorgung übernehmen.

Kommentar des Autors 2022 (zwölf Jahre nach dem Verfassen der ursprünglichen Publikation)

Ganz oberflächlich hat sich 'sehr viel getan' in diesen 12 Jahren. Bei genauer Betrachtung erweist sich diese empfundene Veränderung jedoch sehr stark als vor allem „Wahrnehmungsverschiebung“, wobei sich die Verschiebungen sogar in verschiedenen Gruppen der Gesellschaft stark unterscheiden1) und die jeweilige öffentliche Debatte zum einen oft zukünftige theoretische2) Konzepte betrifft3) und zudem schnell schwankendem Zeitgeist folgt.

Lage zur Heizstruktur in Deutschland

Beginnen wir mit dem Bestand der Heizungssysteme in Deutschland:

Heizsystem Prozentualer Anteil 2012 Prozentualer Anteil 2019
Gaskessel 47,2% 47,2%
Ölkessel 25,8% 22,7%
Fernwärme 9,2% 9,1%
Strom, ges. 2,2% 2,3%
sonstige 15,6% 18,7%

Quelle: Blatt 7 der Tabellensammlung [Energiedaten BMWi]

Faktisch wurden die Deckungsanteile der Ölheizungen und „sonstiger Systeme“ (das betrifft zu einem Teil auch Einzelöfen) verringert, aber auch das nicht in besonders auffälligem Umfang.

Auch der Gesamtverbrauch hat sich nur wenig verändert (im gesamten Zeitraum weniger als 3%).

Dieses offensichtliche sehr hohe Beharrungsvermögen der Struktur steht in einem gewissen Kontrast zu den öffentlich geführten Diskussionen und auch zur Wahrnehmung bzgl. der Entwicklung: So war ab ca. 2008 In Deutschland weit überwiegend die Auffassung, dass der Übergang zum Erdgas sowohl besonders kostengünstig4) als auch besonders umweltfreundlich5) ist. Dementsprechend wurde Erdgas und der Übergang zur Erdgasheizung auch massiv beworben und viele lokale und regionale Versorger haben auf erdgasbasierte Konzepte gesetzt. Vor diesem Hintergrund ist es geradezu überraschend, wie wenig sich dennoch faktisch an der Heizstruktur geändert hat6).

Auch der Einsatz von 'Biomasse als Heizenergieträger' wurde zumindest von Teilbereichen der Gesellschaft sehr positiv gesehen: Brennstoffe aus Holz galten als erneuerbarer Energieträger, wurde (wahrgenommen) aus heimischen Quellen gespeist und waren auch durchaus kostengünstig7). Nur sehr zögerlich drangen die Erkenntnisse einer objektiven wissenschaftlichen Betrachtung durch: Inzwischen (2022) ist das UBA außerordentlich skeptisch bzgl. der ökologischen Bewertung der Holzheizung - nach wie vor wird diese aber in den offiziellen Berechnungen als 'klimaneutral' bewertet und auch weiterhin in den Förder-Programmen der Regierungen begünstigt. Auf der anderen Seite gab es aber auch massive Kritik an der Nutzung von Feststoff-Wärmeerzeugern in Wohngebieten. Die Diskussion war in hohem Maße auch emotional 'aufgeladen'. Wir gehen an anderer Stelle darauf ein, wie wir diese Fragen aus unabhängiger Sicht heute bewerten: Ganz kurz gefasst, als eine viel zu bedeutend eingestufte Diskussion; 'Biomasseheizung' ist weder 'DIE entscheidende Lösung aller Probleme' noch 'das massive Problem', wie es extreme Vertreter der jeweiligen Gruppen sehen möchten.

Insbesondere auch bei der Fernwärme hat sich im Betrachtungszeitraum nur wenig getan. Von der Wahrnehmung her galt 'Fernwärme' gerade bei ökologisch motivierten Experten als besonders zukunftsweisend, argumentativ, weil dort 'Abfallwärme' aus anderen Systemen verwendet werden kann8). Gerade wegen der Philosophie der „Abfallwärmenutzung“ wurde bei vielen Experten die Fernwärme auch als potentiell sehr kostengünstig bereitstellbar angesehen9).

Im Jahr 2022 änderte sich die Wahrnehmung durch den Krieg und die dadurch ausgelöste Krise bei den meisten Menschen sehr stark: Die Abhängigkeit von täglichen Lieferungen wurde bewusst; zudem 'explodierten' die Energiepreise, und das nicht nur beim direkt betroffenen Erdgas, sondern in der Folge auch beim Heizöl, beim Strom und sogar beim Brennholz10). Nun erscheint auf einmal gerade 'Erdgas' als besonders wenig wünschbare Option. Wärmepumpen wurden von den meisten Experten jetzt als die vernünftiger Perspektive dargestellt, dabei aber oft übersehen, dass diese derzeit noch vergleichsweise teuer in der Anschaffung sind11) und vor allem, dass eine solche Umstellung in der Breite Zeit benötigt: allein schon, weil die Kapazitäten im Handwerk begrenzt sind, aber auch, weil die Stückzahlen zumindest zunächst nicht hoch genug sind. Ganz besonders 'beliebt' wurden nun12) auf lagerbaren Brennstoffen basierte Öfen, weil hier eine höhere Unabhängigkeit von Märkten mit hohen Risiken für Schwankungen vermutet wurde. Wie die zeitgleiche Verteuerung und Verknappung bei Holzbrennstoffen zeigt, ist das allerdings eine Illusion13).

Diese extreme Verschiebung in der Einschätzung kann sich allerdings auch sehr rasch wieder vollständig ändern, z.B. wenn es gelingt, ausreichend kostengünstige Alternativquellen für das Erdgas zu erschließen.

Die kurzfristige Veränderung solcher Wahrnehmungen sind ein entscheidender Grund, weshalb der Autor versucht (immer schon versucht hat) die vorherrschenden Meinungen und schnellen Bewertungen nicht zur Grundlage der Analyse in der Substanz zu machen. Dargestellt sind diese „meinungsbedingten“ extremen Bewertungsschwankungen hier nur, um das auch das ökonomische und gesellschaftliche Umfeld der Sachlage zu verstehen. Allein, wenn dieses Umfeld bewusst wird, macht es das schon einfacher, von den meist überbetonten speziellen Sichtweisen Abstand zu nehmen und eine nüchterne Analyse durchzuführen14).

Eine weitere Bemerkung zur Sachlage 2022 ist noch notwendig: Ein großer Teil der öffentlich geführten Diskussion machte im Sommer 2022 der weiteren Betrieb der nuklear befeuerten Wärmekraftwerke aus. Die Kraftwerke, um die es dabei ging, haben zusammen eine Nennleistung von 4,3 GW und können im kalten Halbjahr15) insgesamt um 19 TWh Strom liefern. Der gesamte Endenergiebedarf für die Heizung, um die es hier vor allem geht, beträgt um 660 TWh16). Die Diskussion drehte sich also um einen Beitrag von nicht einmal 3% am Umfang der relevanten Mengen. Schade ist daran vor allem, dass die den Blick auf die wirklich relevanten Beiträge zur Problemlösung verstellt.

Analyse der Ergebnisse und Schlussfolgerungen zur Heizungs-Auswahl vor diesem Hintergrund

Im ursprünglichen Artikel werden eine Reihe alternative Lösungen für die Heizung in energieeffizienten Gebäuden beschrieben und bewertet. Dabei kommen alle zum Zeitpunkt des Artikels bereits in relevanten Umfang eingesetzten Systemlösungen und Energieträger vor - nicht explizit diskutiert werden

fossile Feststoff-Wärmeerzeuger (d.h. Kohle und Briketts) und Fernwärme. Für erstere stand unter unabhängigen Experten bereits 2012 eindeutig fest, dass solche Heizsysteme als Individualheizungen weder kostengünstig, noch umweltfreundlich und schon gar nicht nutzerfreundlich sind; daran hat sich zwischenzeitlich, auch unter Einbeziehung der Energiekrise von 2022, nichts geändert.

Fernwärme, wirklich nachhaltig erzeugt, war bereits 2012 eine der durchaus sinnvollen Optionen auch für die Heizung in Passivhäusern; es gab dazu realisierte Beispielprojekte. Diese wurden zwischenzeitlich durch weitere Versorgungsgebiete ergänzt (Z.B. die Holz-Heizkraftwerk-Fernwärme der Passivhaussiedlung in Heidelberg). Wird bei der Fernwärme sorgfältig darauf geachtet, dass nachhaltige Energiequellen genutzt werden, so gilt die Einschätzung zur Fernwärmenutzung auch heute so wie damals: dies ist eine der empfehlenswerten Optionen.

In Anbetracht der gerade aktuellen Meinungslage 2022 'verwundert' die positive Darstellung insbesondere von Erdgas-betriebenen Kompaktgeräten (Idee 4: Brennwert-Kompaktgerät). Sehen wir dies aus heutiger Sicht daher noch einmal mit Abstand an:

  • es bleibt korrekt, dass die Luft- und Umweltbelastung vor Ort durch ein Gas-Brennwertgerät sich in Grenzen hält.
  • es ist allerdings richtig, dass eine solche Lösung bisher fossil gebundenen Kohlenstoff als CO2 freisetzt. Für konventionelle Gebäude (auch Neubauten) sind die damit verbundenen Emissionen nach weit überwiegender Einschätzung unabhängiger Experten zu hoch (mehr als 1,5 Tonnen CO2-Äquivalent je Person bei dieser Struktur durchschnittlich jährlich; das überschreitet schon allein jedes als nachhaltig angesehene persönliche CO2-Emissions-Niveau).
  • ausschließlich für den Winterbetrieb im Passivhaus eingesetzte Brennwertsysteme haben einen extrem geringen Brennstoffverbrauch: eine solches Brennwert-Kompaktgeräte würde je Person im Durchschnitt etwa 70 m³ Methangas verbrauchen und dabei um 202 kg CO2 freisetzen. Dies wäre auch in einer künftigen nachhaltigen Gesamtstruktur selbst bei Verwendung von Erdgas immer noch akzeptabel 17) und wäre von daher die sich daran festmachende Diskussion nicht wert.
  • …diese Methanmenge wäre im übrigen ohne weiteres nachhaltig18) aus Biogas darstellbar, auch dann, wenn alle Gebäude mit solch hoher Effizienz diese Alternative wählen würden.
  • Und trotzdem gibt es jetzt hier ein ABER, denn: eine Alternative dazu, der Einsatz eines Kompaktgerätes mit Mini-Kompressor (elektrisch) oder einer anderen Wärmepumpenlösung ist für die gegebene Situation in fast allen Fällen wesentlich kostengünstiger in der Investition und erlaubt, in Kombination mit einem (auch nur kleinen) Anteil an einer erneuerbaren Stromerzeugung schon heute eine vollständige Deckung des Heizwärmebedarfs eines Passivhauses auf der Basis von erneuerbar gewonnener Energie. Die Zahl der hier für das Passivhaus verfügbaren Lösungen hat sich inzwischen stark erweitert: Hier beschreiben wir eine systematisch messtechnisch begleitete kostengünstige Mini-Plit-Lösung.

Aus heutiger Sicht spricht somit (bis auf Einzelfälle) fast alles für eine Wärmepumpenlösung für die Heizung in einem Passivhaus; auch, wenn die Gaslösung ökologisch durchaus weiterhin akzeptabel wäre19) - sie wird mit ziemlicher Wahrscheinlichkeit auf Dauer teurer werden.

Bei allen Lösungen ist aus Sicht von 2022 eine spürbare Reduktion der Investitionskosten für das System und bei der Versorgungsinfrastruktur möglich, wenn das Gebäude, wie es in den betrachteten Fällen zutrifft, eine hohe Energieeffizienz aufweist. Insbesondere bei den Wärmepumpenlösungen macht sich das sehr stark bemerkbar, da die Geräte und die Wärmeabgabesysteme sehr stark mit der Heizlast skalieren. Mit einer Passivhaus- oder EnerPHit-Lösung ist dann auch heuet noch eine Heizsysteminstallation möglich, die keine höheren Investitionskosten aufweist als die kostengünstigsten alten Heizkessellösungen.

Siehe auch

Literatur

[Energiedaten BMWi] Tabellenkalulationsmappe des Bundesministeriums für Wirtschaft: Energiedaten; Daten aus Tabelle 7 der Arbeitsmappe für 2012 und 2019;

1)
ja sogar auseinander entwickelt haben
2)
oder gar spekulative
3)
die gebaute Realität ist nämlich bei genauer Betrachtung inkl. der überwiegend verwendeten Technik fast unverändert
4)
die Versorgung aus Russland schien sehr attraktiv und langfristig gesichert
5)
Erdgas als 'sauberer' Energieträger, sogar offiziell als 'nachhaltig' erklärt durch die sog. Taxonomie-Bestimmung der EU, und sogar bei vielen ökologisch motivierten Gruppen, auch Experten, als 'gut geeignete Brückentechnologie' gesehen
6)
Hier könnte sich eine Analyse anschließen, warum das der Fall ist. Ein paar Thesen: Offenbar bleiben die meisten Eigentümer generell lieber bei den Systemen, die sie auch schon vorher hatten und von denen sie sicher wissen, dass das 'so funktioniert'. Zudem werden auch Heizanlagen nicht „ohne Not“ einfach so ausgetauscht, das kostet Geld und bedeutet Aufwand. Es könnte zudem eine Skepsis bei einem Teil der Bevölkerung gegenüber der Abhängigkeit von 'Fremdlieferungen' vorliegen, nach dem Motto: „Heizöl kann zur Not für mehrere Jahr im Vorrat getankt werden.“
7)
wenngleich die Verwendung selbst unbestreitbar einen größeren Aufwand beanspruchte und die Systeme deutlich teurer waren als die Standard-Gasheizung.
8)
das 'kann' ist auch korrekt, die Sache mit dem 'Abfall' allerdings nicht wirklich - denn z.B. ist Abwärme bei thermischen Kraftwerken zur Stromerzeugung ja nur solange 'sowieso' da, wie der von den Kraftwerken erzeuget Strom nicht auch aus erneuerbarer Energie erzeugt werden kann.
9)
Letzteres stand aber im Widerspruch zu den faktischen Kosten gerade bei den großen Fernwärmesystemen, und dies wurde am Markt auch durchaus wahrgenommen - mit dem Resultat einer doch eher schleppenden Entwicklung
10)
Das ist in einem Markt, bei dem die potentiell möglichen Substitutionsprodukte im Regelfall nur kleine Marktanteile haben (vgl. die Tabelle) und zudem auch objektiv mengenmäßig nur begrenzt ausweitbar sind nicht verwunderlich
11)
wenn nicht besonders günstige Voraussetzungen vorliegen, dazu weiter unten mehr
12)
zumindest wider bei einem Teil der Menschen
13)
außer, wenn nur eine kleine Untergruppe das wirklich umsetzt
14)
Natürlich ist es schwer, nüchtern zu bleiben, sollte es gerade die reale Bedrohung geben, dass einem 'im kommenden Winter die Heizung abgestellt' wird. Wie real solche Befürchtungen tatsächlich sind, darauf versuchen wir später auch noch einzugehen.
15)
das ist der Zeitraum, an dem Erdgas evtl. knapp werden könnte
16)
Weit überwiegend im genannten Zeitraum
17)
< 20% des Gesamt-Budgets und 2/3 des Betrags, den ein Mensch durchschnittlich bei der Atmung freisetzt
18)
neben vielen anderen Anwendungen
19)
insbesondere, weil dann dafür eine nachhaltige Methan-Versorgungslösung einfach möglich wäre
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