Gas-Brennwertsysteme: Nicht alle arbeiten energieeffizient

Eine Heizungsanlage bietet nur dann den gewünschten Komfort bei gleichzeitig reduziertem Energieverbrauch, wenn Wärmeerzeuger, Regelung, Heizkreislaufpumpe und Heizflächen durch den hydraulischen Abgleich optimal aufeinander abgestimmt sind.

Das Effizienzlabel reicht nicht für die Bewertung der Anlage

Neu in Verkehr gebrachte, mit Strom, Öl oder Gas betriebene Heizungen und Warmwasserbereiter im Leistungsbereich bis 70 kW müssen seit dem 26. September 2015 vom Hersteller mit einem Effizienzlabel gekennzeichnet werden. Dies gilt sowohl für Wärmeerzeuger, Warmwasserbereiter und Speicher bis 500 l als auch für komplette Heizungsanlagen, sogenannte Verbundanlagen. Letztere werden in der Regel mit A++ bis B ausgezeichnet. Je höher der Anteil regenerativ erzeugter Wärme ist, umso besser wird die Anlage eingestuft.

Nahezu jeder Gas-Brennwertkessel erhält das Effizienzlabel A, in Kombination mit solarer Wärmegewinnung kann er auch A+ erreichen. Doch eine gute Geräteeffizienz laut Label bedeutet nicht in jedem Fall einen effizienten und damit wirtschaftlichen Betrieb der Anlage.

proKlima-Kriterien für energieeffiziente Systeme

Die Energieeffizienzklasse eines Heizkessels wird wesentlich bestimmt durch die jahreszeitbedingte Raumheizungsenergieeffizienz η_s – früher Normnutzungsgrad. Wie bei allen Wärmeerzeugern trägt aber auch bei Gas-Brennwertkesseln die Einbausituation maßgeblich zur Geräteeffizienz bei. Das Ziel ist deshalb die bestmögliche Auswahl und Anpassung des Wärmeerzeugers an das (vorhandene) Wärmeverteil- und Übergabesystem.

Neben der Dimensionierung spielt die Anlagenhydraulik eine gewichtige Rolle. Deshalb stellt proKlima als Voraussetzung für die Förderung entsprechende Anforderungen, die in Zusammenarbeit mit dem Institut für energieoptimierte Systeme an der Hochschule Ostfalia überarbeitet und an den Stand der Technik angepasst wurden. Diese Anforderungen lassen sich mit Geräten der proKlima-Kesselliste erfüllen. Auf der Liste ist z. B. angegeben, für welche Gebäude- oder Wohnungsheizlast die Kessel geeignet sind und wie der Warmwasserkomfort bereitgestellt wird. Weitere Bedingung für die proKlima-Förderung ist die Heizungsoptimierung.

Keine Überströmventile oder hydraulische Weichen

Die Gesamteffizienz des Gas-Brennwertkessels hängt wesentlich von der Rücklauftemperatur des Heizwassers ab. Je kühler das Heizwasser von den Heizkörpern in den Brennwertkessel zurückfließt, desto höher ist der Kondensationseffekt im Kessel. Nur bei Rücklauftemperaturen unter 57 °C kann die Kondensationswärme genutzt werden. Um eine unerwünschte Anhebung der Rücklauftemperatur auszuschließen, werden im proKlima-Programm Gas-Brennwertkessel mit internen oder externen Einrichtungen zur Aufrechterhaltung des Mindestvolumenstroms mit Überströmventilen oder hydraulischen Weichen nicht bezuschusst.

Überströmventile stellen eine „Kurzschlussverbindung“ zwischen Vor- und Rücklaufleitung des Gas-Brennwertgerätes her. Zum einen sorgen sie im Geräteinneren für den Überhitzungsschutz des Wärmeübertragers, indem sie einen Mindest-Volumenstrom aufrechterhalten, durch den Wärme abgeführt wird. Dies war früher wichtig bei Kesseln mit geringem Wasserinhalt.

Zum anderen begrenzen sie den Systemdruck – etwa bei teilweiser Beheizung oder wenn Thermostatventile infolge Sonneneinstrahlung schließen. Fordert der Heizkreis keine oder wenig Wärme an, sinkt die Heizwasserumlaufmenge und der Systemdruck steigt bei gleich bleibender Pumpenleistung. Beim Überschreiten einer definierten Schwelle öffnet das Überströmventil, sodass der Systemdruck sinkt und damit auch die Drosselgeräusche an den Thermostatventilen.

Damit auch ohne Überströmventile und hydraulische Weichen ein störungsfreier Heizbetrieb sichergestellt werden kann, müssen außer einer angepassten Sensorik, Regelung und Hydraulik der Modulationsbereich sowie die Dimensionierung des Gas-Brennwertgerätes auf den Bedarf abgestimmt werden.

Korrekt dimensionierte Kessel

Nur richtig dimensionierte Kessel erreichen eine gute Gesamteffizienz. Die erforderliche Nennleistung des Gas-Brennwertgeräts wird durch die Gebäude- bzw. Wohnungsheizlast bestimmt. Auf der Kesselliste sind jeweils der optimale Leistungsbereich sowie die Kessel-Mindestleistung aufgeführt. Anhand der zuvor ermittelten Gebäudeheizlast kann der Fachbetrieb leicht ein Gerät mit der entsprechenden Leistung auswählen.

Um häufiges Takten des Brenners zu vermeiden, muss die an der unteren Modulationsgrenze abgegebene Leistung kleiner sein als die halbe Gebäudeheizlast. Ausnahme: Bei Gebäuden mit einer Heizlast kleiner als 6 kW ist als unterer Wert des Nenn-Wärmeleistungsbereichs bis zu 3 kW zulässig. Weil der Brenner bei jedem Startvorgang zusätzlich Energie benötigt, bewirkt die geringere Taktzahl eine insgesamt höhere Effizienz. Gleichzeitig verringert sich der Geräteverschleiß.

Der Warmwasserkomfort sollte über das Volumen bereits integrierter oder gegebenenfalls zusätzlicher Trinkwarmwasserspeicher sichergestellt werden. Damit möglichst viel Wärme aus dem Wasserhahn kommt, ist es wichtig, dass unterwegs nichts verloren geht. Eine hervorragende Wärmedämmung des Speichers und des Verteilsystems ist obligatorisch.

Geräte mit großem Modulationsbereich

Weiterhin muss mindestens eine der beiden folgenden Bedingungen erfüllt sein:

• Der Brenner moduliert mindestens zwischen 20 % und 100 % der Kesselnennwärmeleistung.
• Der Wärmeerzeuger hat einen Heizwasserinhalt von mindestens 1 l/kW.

Im Etagenbau werden häufig Kombithermen eingesetzt, die Trinkwasser im Durchflussprinzip erwärmen. Für diese Thermen ergeben sich beschränkte Einsatzmöglichkeiten. Die hohe Nennwärmeleistung, die zur Trinkwarmwasserbereitung erforderlich ist, führt technisch bedingt zu unteren Modulationsgrenzen im Heizungsbetrieb, die derzeit bei ca. 4 kW liegen. Nach den proKlima-Kriterien müsste die Wohnungsheizlast dann mindestens 8 kW betragen. Selbst im unsanierten Altbau trifft dies häufig nur für Wohnungen mit einer beheizten Fläche von über 100 m² zu. Bei der Planung für kleine Wohnungen ist deshalb darauf zu achten, dass Kombithermen mit einer möglichst geringen Mindestleistung oder alternativ Raumheizgeräte mit einem kleinen, hocheffizienten Speicher ausgewählt werden.

Optimale Förderhöhe der Heizkreislaufpumpe

Die Heizkreislaufpumpe muss so einstellbar sein, dass eine Restförderhöhe an der Schnittstelle zwischen Gerät und System von 150 mbar bzw. 1,5 m bei keinem Betriebszustand überschritten wird. Diese Anforderung verhindert einen hohen Differenzdruckverlust, vermeidet kleine Voreinstellwerte am Thermostatventil, die sich durch „Pfeifen“ bemerkbar machen würden, und sorgt für einen sparsamen Stromverbrauch der Pumpe. Die Heizkreislaufpumpe kann somit bestmöglich an das (vorhandene) Heizungsnetz angepasst werden. Für sehr ausgedehnte Heizungsnetze mit Pumpenförderhöhen jenseits 2 m empfiehlt proKlima den Einsatz von Strang-Differenzdruckreglern oder voreinstellbare Thermostatventile mit automatischer Durchflussbegrenzung.

In einem „Beiblatt Pumpeneinstellung“, das im Anhang an die „Kriterien für die Bewertung von Brennwertkesseln und Heizkreislaufpumpen“ veröffentlicht ist (

www.bit.ly/geb1272 

), werden die Anforderungen an die Heizkreislaufpumpe erläutert. Diverse Pumpendiagramme vermitteln anschaulich je nach Regelungsart förderfähige und explizit auch nicht förderfähige Pumpeneinstellungen von im Kessel integrierten Heizkreislaufpumpen.

Die beiden gängigsten Regelungskonzepte seien hier beispielhaft als förderfähig aufgeführt. Die differenzdruckgeregelte Pumpe in Abb. 1 in der Bildergalerie kann auf Werte kleiner gleich 1,5 m eingestellt werden. Dies trifft auch auf die automatisch geregelte Pumpe in Abb. 2 in der Bildergalerie zu. In beiden Fällen wird die maximale Pumpenförderhöhe so begrenzt, dass die zulässige Restförderhöhe nicht überschritten wird.

In der Installationsanleitung für den Fachhandwerker ist die Einstellung der Heizkreislaufpumpe entsprechend den Förderkriterien zu dokumentieren. Beantragt der Kesselhersteller bei proKlima die Aufnahme in die Gas-Brennwertkesselliste, ist dieser Teil der Installationsanleitung dem Antragsformular beizufügen. Auch externe Heizkreislaufpumpen müssen sich in Bezug auf Volumenstrom und Restförderhöhe möglichst exakt an das Heizungsnetz anpassen lassen. Darüber hinaus ist bei proKlima ein Energieeffizienzindex (EEI) kleiner oder gleich 0,20 Bedingung für die finanzielle Förderung.