Erdgas-Technologien für jeden Bedarf

Bei der Beheizung von Nichtwohngebäuden, wie z. B.Gewerbebetrieben, sind die Gebäudeart sowie die Art der Nutzung wichtige Kriterien für die Wahl des Heizungssystems. Zudem werden an Heizsysteme in Nichtwohngebäuden Anforderungen durch die Energieeinsparverordnung und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz gestellt. Die unterschiedlichen Nutzungsarten gewerblicher Bauten bieten die Möglichkeit zum Einsatz verschiedenster Heizungssysteme bzw. Heizungskombinationen. Der Verbrauch an Wärme für Raumheizung oder auch Produktionsprozesse ist in der Regel höher als bei Wohngebäuden, so dass eine genaue Planung des Heizungssystems für einen optimalen und effizienten Betrieb erforderlich ist.

 

Bei der Beheizung von Nichtwohngebäuden erfolgt die Wahl des Primärenergieträgers in der Regel nach betriebswirtschaftlichen und anwendungstechnischen Gesichtspunkten. Im Vergleich zu anderen Energieträgern bietet Erdgas hier eine Reihe von Vorteilen, wie beispielsweise:

  • leitungsgebundener Energieträger ohne notwendige Bevorratung,
  • umweltschonender Energieträger mit vergleichsweise niedriger Emissionsbelastung,
  • Einsatzmöglichkeiten in fast allen Heizsystemen.

Erdgasheizsysteme haben in den vergangenen Jahren nicht nur im Wohnungsbau, sondern auch bei der Beheizung von Nichtwohngebäuden an Bedeutung gewonnen. Erdgas ist in verschiedenen Heiztechnologien einsetzbar. Mit diesen modernen Erdgas-Technologien lassen sich die Heizkosten im Unternehmen gegenüber einer Altanlage spürbar reduzieren. In der Regel sinken mit einer neuen Erdgas-Heizung auch die Emissionen.

Welche Hersteller die effizienten Erdgas-Heiztechnologien und Zusatzgeräte wie zum Beispiel Wärmespeicher oder Kältemaschinen anbieten, können Sie unserer Gerätedatenbank entnehmen.

Brennwertkessel – wirtschaftlich heizen mit Gas

Die Brennwerttechnologie ist mit 60 Prozent Marktanteil inzwischen Marktführer unter den aktuell verkauften Heiztechnologien. Der Brennwert eines Brennstoffs gibt dabei – im Unterschied zum Heizwert – die gesamte Wärmemenge an, die bei der Verbrennung frei wird, also auch die Wärme, die im Wasserdampf in den Abgasen enthalten ist.

Brennwertkessel sind für die permanente Kondensation eines Großteils der in den Abgasen enthaltenen Wasserdämpfe konstruiert. Während Niedertemperaturkessel nur die bei der Verbrennung des Brennstoffes entstehende Wärme nutzen, nutzen Brennwertkessel zusätzlich die in den Abgasen enthaltene latente Wärme in Form von Wasserdampf. Der Brennwert von Erdgas ist 11 % höher als dessen Heizwert. Brennwertkessel sind seit Mitte der 90er Jahre Stand der Technik.

Brennwertkessel werden sowohl als Wand- als auch als Standgeräte  angeboten. Wandgeräte  sind als Einzelgeräte mit Leistungen bis zu 150 kW verfügbar, als Mehrkesselanlage sind Leistungen bis etwa 600 kW möglich. Standgeräte können als Einzelkessel oder als Mehrkesselanlage jede denkbare Leistung zur Verfügung stellen. Durch den großen Modulationsbereich der Kesselleistung arbeiten Brennwertkessel effizient ohne häufiges Takten. Moderne Gas-Brennwertkessel können, je nach Bauart, auch mit biogenen Beimischungen betrieben werden.

  • Erdgas verbrennt unter Luftzufuhr. Dabei entsteht nutzbare Verbrennungswärme.
  • Die Wärme wird mittels Wasser im Heizungsvorlauf zum Heizungssystem und in den Wärmespeicher transportiert und so nutzbar gemacht.
  • Durch Abkühlung der Verbrennungsgase (Abgase) unter den Taupunkt von ca. 55 °C wird die im Wasserdampf enthaltene Energie in Form von Kondensationswärme freigesetzt. Das dabei einstehende Kondensat wird in die Kanalisation abgeleitet.
  • Die Nutzung der Kondensationswärme (latente Wärme) führt zu einem zusätzlichen Wärmegewinn von bis zu 11 %.

Brennwert und Solar

Erdgas-Brennwerttechnik und Solarthermie sind eine besonders sparsame Kombination, denn mit Erdgas wird ein umweltfreundlicher Brennstoff und mit Solarenergie eine erneuerbare und kostenfreie Energiequelle genutzt. Mit dieser Kombination können alle gesetzlichen Anforderungen aus der EnEV und dem EEWärmeG kostengünstig erfüllt werden. Die Kombination von moderner Brennwerttechnik und Solarthermie ist mindestens genauso effizient, sparsam und vorteilhaft wie Erdgas-Brennwerttechnik.

  • Flach- und Vakuumröhrenkollektoren nutzen die Sonnenstrahlung zur Wärmegewinnung und geben die gewonnene Energie an den Wärmespeicher des Systems ab.
  • Vom Wärmespeicher aus werden optimal abgestimmt die Wärmeströme von den "Erzeugern" zu den "Verbrauchern" wie z.B. der Dusche geregelt. Im Wärmespeicher wird vorrangig Solarenergie in Form von Warmwasser gespeichert. Die benötigte Größe des Wärmespeichers hängt davon ab, ob neben der Warmwasserbereitung auch eine solare Heizungsunterstützung geplant ist.
  • Steht während der Nacht oder während Schlechtwetterperioden keine ausreichende Wärme aus der Solarthermie oder dem Speicher zur Verfügung, übernimmt der Gas-Brennwertkessel die gesamte Wärmeversorgung – bedarfsgerecht und modulierend.

 

Innovativ heizen und kühlen mit der Gaswärmepumpe

Gaswärmepumpen kombinieren sparsame und umweltschonende Erdgastechnologie mit der Nutzung von Umweltwärme aus Sonne, Luft, Abwärme, Wasser oder Erde. Sie wandeln die prinzipiell unendlich verfügbare Wärme aus der Umwelt in Heizwärme oder auch Kälte um und zeichnen sich durch ihren sparsamen Energieverbrauch und die Einbindung Erneuerbarer Energien aus. 

Entsprechend dem technischen Prinzip unterscheidet man Kompressions- und Sorptionswärmepumpen. Sorptionswärmepumpen werden weiterhin in Adsorptions- und Absorptionswärmepumpen unterteilt.

Bei der gasmotorischen Wärmepumpe wird der Verdichter von einem Gas-Verbrennungsmotor angetrieben. Wird bei beiden Verfahren der Kreisprozess zur Kühlung am Verdampfer eingesetzt, spricht man von einer Kaltdampf-Kompressions-Kälteanlage. Im Idealfall kann am Verdampfer Wärme aufgenommen, also gekühlt werden, und am Kondensator Wärme abgegeben, also geheizt werden.

 

Der Absorptions-Kälteprozess nutzt den physikalischen Effekt von Kältemitteldampf in einem flüssigen Lösungsmittel. Erdgas wird hier als thermische Energie benötigt, um den Dampf in einem thermischen Verdichter wieder aus dem Lösungsmittel auszutreiben. In einem Systemkreislauf werden eine Lösung – praktisch wartungsfrei – (z. B. Wasser-Ammoniak) und ein Hilfsgas (z. B. Helium) transportiert.

 

  • Der Verdampfer enzieht der Umgebung Wärme. Dabei wechselt das im System enthaltende Kältemittel in den gasförmigen Zustand.
  • Der entstehende Dampf wird mittels eines Kompressors verdichtet und auf höheres Temperaturniveau gebracht.
  • Im dritten Schritt gibt das dampfförmige Kältemittel seine Wärme im Verflüssiger/Kondensator an das Heizungssystem ab und wird dabei flüssig.
  • Zum Schluss baut ein Entspannungsventil den Überdruck ab, sodass das Kältemittel wieder Umweltwärme aufnehmen und der Prozess von vorne beginnen kann.

Gas-Hybridheizungen: Wärmeerzeugung aus Erdgas und Erneuerbarer Energie

Gas-Hybridheizungen kombinieren Gas-Heizung mit Solarthermie, einer Wärmepumpe oder Biomasse über eine gemeinsame Steuerung. Die intelligente Steuerung optimiert das Zusammenspiel der Wärmeerzeugungseinheiten hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit. Eine Gas-Hybridheizung arbeitet mit Vorlauftemperaturen zwischen 25 °C und 80 °C. Sie ist damit sowohl für Gebäude mit Fußbodenheizung als auch für Heizsysteme mit Heizkörpern geeignet. Je geringer die benötigte Vorlauftemperatur, desto effizienter kann die Hybridheizung arbeiten.

 

  • Diese Gas-Hybridlösung besteht aus drei Komponenten: einer Gas-Brennwerttherme, einer Luft / Wasser-Wärmepumpe und einer intelligenten Steuerungseinheit. Hybridheizungen werden als Kombigerät oder in getrennten Modulen angeboten.
  • Das Brennwertgerät nutzt Erdgas als Energieträger und arbeitet aufgrund der zusätzlichen Nutzung der in den Abgasen sowie im Wasserdampf enthaltenen Kondensationswärme sehr effizient.
  • Die Luft/Wasser-Wärmepumpe integriert Umweltwärme und erzeugt aus 1 Kilowattstunde (kWh) Strom in der Regel über 3 kWh Heizenergie.
  • Die intelligente Steuerung vergleicht ständig die Effizienz von Brennwertheizung und Wärmepumpe und wählt jeweils die aktuell kostengünstigere oder emissionsärmere Technologie aus.
  • Drei Betriebsweisen sind möglich:
    - Im CO2- bzw. energetisch optimierten Betrieb wird möglichst viel Kohlendioxid eingespart.
    - Beim kostenoptimierten Betrieb wird das Modul mit dem aktuell günstigeren Energieträger genutzt.
    - Bei der temperaturgeregelten Betriebsart arbeitet je nach Außentemperatur das Brennwertgerät oder die Wärmepumpe.

Strom und Wärme selbst erzeugen: mit einer Mikro-/Mini-KWK-Anlage

 

Mikro-/Mini-KWK-Anlagen (auch Strom erzeugende Heizungen genannt) arbeiten nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Es wird nur einmal Energie aufgewendet, um sowohl Strom als auch Wärme zu erzeugen. Sie gelten als eine Schlüsseltechnologie auf dem Weg zu einer dezentralen Energieversorgung.

 

Mikro-KWK-Geräte mit ca. 2 kW elektrischer Leistung sowie einem integrierten oder externen Brennwertgerät eignen sich für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern. Mini-KWK-Geräte mit bis zu 20 kW elektrischer Leistung sind ideal für Mehrfamilienhäuser oder für das Gewerbe geeignet – auch als Grundlast-Beistellgeräte mit zusätzlichem Spitzenlastkessel.

 

Eine kleine KWK-Anlage besteht aus einem Erdgas-Verbrennungsmotor (Ottomotor) und einem Generator. Dieses System erzeugt Wärme und Strom. Der Ottomotor, derzeit die wohl bekannteste KWK-Technologie, ist in sämtlichen Leitstungsklassen erhältlich.

 

  • Das KWK-System arbeitet nach dem Prinzip der internen Verbrennung im Ottomotor. In dieserm wird Erdgas mit angesauger Luft vermischt und mithilfe eines Zündfunkens zur kontrollierten Expplosion gebracht.
  • Dabei entstehen Verbrennungsgase, die sich ausdehnen. Der verursachte Überdruck setzt eine Kolbenbewegung in Gang. Diese wird auf eine Welle übertragen, die den Generator zur Stromerzeugung antreibt.
  • Entstehende Abwäre wird für Raumheizung und Warmwasserbereitung genutzt.

KWK-Anlagen: Einsatzmöglichkeiten

 

Mikro-KWK-Geräte mit ca. 2 kW elektrischer Leistung sowie einem integrierten oder externen Brennwertgerät eignen sich für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern. Mini-KWK-Geräte mit bis zu 20 kW elektrischer Leistung sind ideal für Mehrfamilienhäuser oder für das Gewerbe geeignet – auch als Grundlast-Beistellgerät mit zusätzlichem Spitzenlastkessel.


Förderungen für die Umrüstung auf ein BHKW werden über das KWK-Gesetz geregelt. Die Anträge dazu werden beim BAFA Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle gestellt. 

 

Heizen mit Wasserstoff: die Brennstoffzelle

 

Die Brennstoffzelle nutzt Wasserstoff für die Energieversorgung der Zukunft. Der Wasserstoff wird heute noch überwiegend aus Erdgas (CH4) gewonnen, das dem vorhanden Erdgasnetz entnommen wird. Über einen elektrochemischen Prozess erzeugt die Brennstoffzelle gleichzeitig Strom und Wärme. Mit der Brennstoffzelle je nach Typ werden elektrische Wirkungsgrade von 30 bis 60 Prozent erreicht. Ihr Leistungsspektrum reicht von unter einem KW – beispielsweise 300 bis 700 Watt zur Grundlastabdeckung im Einfamilienhaus – bis zum MW-Bereich als Kraftwerk.

 

Brennstoffzellen-Heizgeräte nutzen ein sehr einfaches Prinzip: die Elektrolyse – nur auf umgekehrte Weise. Denn Wasserstoff hat die natürliche Eigenschaft, von sich aus zusammen mit Sauerstoff wieder zu Wasser reagieren zu wollen. Unter kontrollierten Bedingungen kommt es ohne externe Energiezufuhr zu einer kontrollierten "Knallgasreaktion". Dieser Vorgang wird als kalte Verbrennung bezeichnet. Hierbei entstehen elektrische Energie und Wärme.

 

  • Eine Brennstoffzelle besteht aus zwei Elektroden – der Anode (Minuspool) und der Kathode (Pluspol). Sie sind getrennt durch den Elektrolyt mit einer festen, inonendurchlässigen Membran. Die Elektroden sind mit einem Katalysator beschichtet.
  • Nachdem Wasserstoff der Anode zugeführt wurde, teilt er sich in Elektronen und Protonen.
  • Die freien Elektronen werden elektrischer Strom durch den äußeren Kreislauf genutzt. Die Protonen breiten sich durch den Elektrolyt zur Kathode aus. Hier verbindet sich der Sauerstoff aus der Lift mit Elektronen aus dem äußeeren 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.

Derzeit werden in Heizgeräten PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane) oder SOFC-Brennstoffzellen (Solid Oxid) eingesetzt:

 

 

  • PEM-Brennstoffzelle
    Niedertemperatur-Brennstoffzelle mit einer Arbeitstemperatur zwischen 60 °C und 180 °C, bei dieser Brennstoffzelle ist ein Reformer für die externe Brenngasaufbereitung erforderlich.
  • SOFC-Brennstoffzelle
    Festoxid-Brennstoffzelle mit einer Arbeitstemperatur von 650 °C bis 1.000 °C (Hochtemperatur-Brennstoffzelle), das Brenngas kann innerhalb der Brennstoffzelle reformiert werden.

Förderung für Gasheizungen

Für viele moderne Gasheizungen, für Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, für den Einsatz von Erneuerbaren Energien und für die Energieberatung gibt es staatliche Förderungen von der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) und dem Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Eine Übersicht von Förderprogrammen für die Umstellung auf Erdgas finden Sie z.B. auf co2online.de

Erdgas-Heiztechologien im Überblick

Der BDEW hat zu den Erdgas-Heiztechnologien Factsheets entwickelt, die alle wesentlichen Informationen zu den einzelnen Systemen kompakt und anschaulich darstellen. Diese Infobögen können Sie hier herunterladen.

Brennwert: Stand der Technik

Erdgas-Brennwertheizungen arbeiten besonders effizient und energiesparend, da sie die bei der Verbrennung entstehende Abgaswärme zusaätzlich nutzbar machen. Erfahren Sie mehr zum Funktionsprinzip und den Einsatzmöglichkeiten.

Erdgas mit Solar kombinieren

Erdgas-Brennwerttechnik und Solarthermie sind eine besonders sparsame Kombination, denn mit Erdgas wird ein umweltschonender und effizienter Brennstoff genutzt. Erfahren Sie mehr zu Wirtschaftlichkeit und Kosten.

Gas-Hybridheizung

Kombigeräte vereinen die Vorteile einer Erdgas-Brennwertheizung und einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe und optimiert das Zusammenspiel hinsichtlich Effizienz und Wirtschaftlichkeit. Erfahren Sie mehr zur Hybridheizung.

Gaswärmepumpe

Gaswärmepumpe |  ( Datei / 0.00 B)

Gaswärmepumpen kombinieren sparsame und umweltschonende Erdgas-Brennwerttechnik mit der Nutzung von Umweltwärme aus Sonne, Luft, Wasser oder Erde. Erfahren Sie hier mehr über die innovative Gaswärmepumpe.

 

Erdgas-Brennstoffzelle

Erdgas-Brennstoffzelle |  ( Datei / 0.00 B)

Die Brennstoffzelle nutzt den Wasserstoff aus Erdgas für die Energieversorgung. Über die sogenannte kalte Verbrennung erzeugt die Brennstoffzelle gleichzeitig Wärme und Strom. Erfahren Sie mehr zur künftigen Energieversorgung.

 

KWK-Anlagen

KWK-Anlagen |  ( Datei / 0.00 B)

Mikro-/Mini-KWK-Anlagen erzeugen Strom und Wärme und gelten als Schlüssentechnologie auf dem Weg zur dezentralen Energieversorgung. Hier erfahren Sie, wie die KWK-Anlagen funktionieren.