Erdgas als Heizenergie

Solarthermie

Brennwertheizsysteme lassen sich mit Blick auf Energieersparnis und Umweltschonung vielfältig kombinieren. Bewährt ist zum Beispiel die Kombination mit einer Solarthermieanlage zur Warmwasserbereitung: Vom zentralen Wärmespeicher aus werden optimal abgestimmt die Wärmeströme von den „Erzeugern“ (Solarthermieanlage und Erdgasheizung) zu den „Verbrauchern“ (z.B. Dusche) geregelt. Im zentralen Wärmespeicher wird dabei vorrangig Solarenergie in Form von Warmwasser gespeichert. Reicht die Sonnenwärme aus der Solarthermie nicht aus, heizt die Erdgas-Brennwertheizung bedarfsgerecht dazu.

(Youtube: „ERDGAS + SOLAR: Gut für's Portemonnaie und für die Umwelt”)

Kraft-Wärme-Kopplung

Vielfältig zu finden ist inzwischen die so genannte „stromerzeugende Heizung“, auch als Kraft-Wärme-Koppelungs-System (KWK) bekannt. Hierbei wird neben der Wärme über einen so genannten „Stirlingmotor“ auch ein Generator angetrieben, der zusätzlich Strom liefert. Es wird also nur einmal Energie aufgewendet, um sowohl Strom als auch Wärme zu erzeugen. Der durch das Erdgas angetriebene Stirlingmotor ist dabei besonders geräuscharm. Die Geräte erreichen einen Gesamtwirkungsgrad von über 90 %. Für eine solche effiziente, neue Heizung liegen die Investitionskosten inklusive Installation bei ca. 23.000 Euro. Der Einsatz einer Strom erzeugenden Heizung ermöglicht eine jährliche Einsparung von bis zu 750 Euro bei Strom und Gas.

Das KWK-System arbeitet nach dem Prinzip der internen Verbrennung im Ottomotor. In diesem wird Erdgas mit angesaugter Luft vermischt und mithilfe eines Zündfunkens zur kontrollierten Explosion gebracht. Dabei entstehen Verbrennungsgase, die sich ausdehnen. Der verursachte Überdruck setzt eine Kolbenbewegung in Gang. Sie wird auf eine Welle übertragen, die den Generator zur Stromerzeugung antreibt. Die entstehende Abwärme wird für Raumheizung und Warmwasserbereitung genutzt.

Die Strom erzeugende Heizung im mittleren Leistungsbereich (Mini-KWK) ist seit vielen Jahren vor allem im Gewerbe erfolgreich im Einsatz, lässt sich aber auch für Mehr- und Einfamilienhäuser konfigurieren.

Ersetzt man in einem Einfamilienhaus mit 46.000 kWh/a Erdgasverbrauch den 25 Jahre alten Gas-Niedrigtemperaturkessel durch eine Strom erzeugende Heizung (KWK-Anlage), so reduzieren sich die Energiebezugskosten deutlich. Aufgrund der gleichzeitigen Stromerzeugung können in der Regel ca. 60 % des Haushaltsstrombedarfs durch die Eigenproduktion abgedeckt werden. Überschüssig erzeugter Strom kann ins Netz eingespeist werden und wird vergütet.

Brennstoffzellen mit Erdgas

Die Brennstoffzelle arbeitet nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung und bietet in einem sehr breiten Leistungsbereich hohe elektrische und thermische Wirkungsgrade. Die Brennstoffzelle kann sehr gut mit einer Brennwertheizung kombiniert werden. Je nach Typ werden elektrische Wirkungsgrade von 30 bis 60 % erreicht. Brennstoffzellengeräte arbeiten energiesparend und haben niedrige Schadstoff- und Geräuschemissionen. In der Regel weisen die Systeme eine gute Strom- / Wärme-Balance auf, so dass eine hohe Volllaststundenzahl erzielt wird. Für diese hoch effiziente moderne Heizungstechnologie liegen die Investitionskosten inklusive Installation heute noch bei ca. 35.000 Euro. Der Einsatz einer Brennstoffzelle ermöglicht eine jährliche Einsparung von ca. 900 Euro bei Strom und Gas.

Die Brennstoffzelle nutzt den Wasserstoff aus dem Erdgas für die Energieversorgung. Der Wasserstoff wird aus Erdgas (CH 4) gewonnen, das dem vorhandenen Erdgasnetz entnommen wird. Über einen elektrochemischen Prozess erzeugt die Brennstoffzelle gleichzeitig Strom und Wärme. 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.

Brennstoffzellengeräte sind für den Einsatz in Ein- und Zweifamilienhäusern konzipiert (Neubau und Bestand). Besonders eignen sie sich für Gebäude mit niedrigem Wärmebedarf oder als Beistellgerät in Mehrfamilienhäusern. Ersetzt man in einem Einfamilienhaus mit einem Jahresverbrauch von 46.000 kWh den 25 Jahre alten Gas-Niedrigtemperaturkessel durch ein hoch innovatives Brennstoffzellengerät, so können in der Regel ca. 60 % des Haushaltsstrombedarfs durch die Eigenproduktion abgedeckt werden. Jede kWh Strom, die selbst erzeugt und verbraucht wird, reduziert die Strombezugskosten. Überschüssig erzeugter Strom kann ins Netz eingespeist und vergütet werden.

Brennstoffzellen-KWK-Anlagen sparen bei der kombinierten Wärme- und Stromerzeugung etwa ein Drittel Primärenergie im Vergleich zur getrennten konventionellen Erzeugung. Beim Einsatz einer Brennstoffzelle können alle gesetzlichen Anforderungen aus EnEV und EEWärmeG erfüllt werden.

Gaswärmepumpe

Gaswärmepumpen kombinieren sparsame und umweltschonende Erdgastechnologie mit der Nutzung von Umweltwärme aus Sonne, Luft, Wasser oder Erde. Man unterscheidet die klassische, „motorische Gaswärmepumpe“ und die innovative „Adsorptions-Wärmepumpe“. Bei der gasmotirischen Wärmepumpe wird der entstehende Dampf mittels eines Kompressors verdichtet und auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Absorptions-Gaswärmepumpen nutzen Erdgas in einem thermischen Verdichter. In einem geschlossenen Systemkreislauf wird eine Wasser-Ammoniak-Lösung transportiert. Für diese effiziente neue Heizung liegen die Investitionskosten inklusive Installation zwischen ca. 14.000 und 18.000 Euro. Mit dem Einsatz einer solchen Gaswärmepumpe lassen sich die jährlichen Energiekosten um bis zu 10 % gegenüber der Kombination von Erdgas-Brennwerttechnik und Solarthermie reduzieren.

Dabei machen sich Adsorptions-Gaswärmepumpen die physikalischen Eigenschaften des Minerals Zeolith zu eigen: Zeolith bindet („adsorbiert“) Wasserdampf und saugt sich wie ein Schwamm voll. Dabei entsteht Wärme, die an das Heizsystem abgeführt wird. Durch eine gleichzeitige Nutzung von Wärme für Warmwasser und Heizung sowie Kälte für Lüftung, Kühlung oder Temperierung ermöglicht diese Technologie Nutzungsgrade von bis zu 170 %.

Bei der Trocknung des Minerals Zeolith durch einen Erdgasbrenner tritt das zuvor gespeicherte Wasser als Dampf wieder aus, kondensiert und gibt Wärme an das Heizsystem ab. Durch Umkehrung dieses Prozesses kann Wärme aus der Umgebung eingekoppelt werden. Die Geräte sind leise, wartungsarm und umweltschonend und entsprechen den Vorgaben der Energieeinsparverordnung (EnEV). Die aktuell am Markt verfügbaren Zeolith-Gaswärmepumpen sind für den Einsatz in Einfamilienhäusern konzipiert (Neubau oder sehr gut gedämmter Altbau). Der Einsatz von Bio-Erdgas ist ohne Umrüstung und in jeder Beimischung bis zu 100 % möglich.

Absorptions- und gasmotorische Geräte sind neben der Heizung auch gleichzeitig für die Kühlung, Entfeuchtung und Temperierung einsetzbar, zum Beispiel im Gewerbe, in Mehrfamilienhäusern, in Verwaltungsgebäuden oder in Gebäuden der sozialen Infrastruktur. Die aktuellen Zeolith-Adsorptionswärmepumpen sind für den Einsatz im Einfamilienhaus-Neubau konzipiert.