Energiesysteme

Gas-Kessel

Wärmepumpe

Elektrische Durchlauferhitzer

Klassische Gasheizung mit Brennwertkessel

Systembeschreibung

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Gasheizung mit thermischen Flachkollektor

Systembeschreibung

Aufbau und Funktion

Das zentrale Element dieser Systemkonfiguration ist die Gas-Brennwertheizung in Kombination mit einem solarthermischen Flachkollektor. Im Inneren der Flachkollektoren findet ein Treibhauseffekt statt, der die Sonnenstrahlung in Wärme umwandelt. Die dabei entstehenden Temperaturen sind ausreichend, um die Gasheizung merklich bei der Erwärmung des Trinkwassers zu unterstützen. Dies verringert den Bedarf an Erdgas, senkt die Gaskosten und spart CO₂ ein. Soll neben dem Trinkwasser auch der Heizkreislauf solarthermisch unterstützt werden, empfiehlt sich die Wahl eines effizienteren Vakuumröhrenkollektors. Dieser Kollektortyp ist teurer, aber auch leistungsstärker.

Der Gas-Brennwertkessel sorgt durch die Verbrennung von Erdgas und mit Hilfe eines spiralförmigen Wärmeübertragers für die Erwärmung des Trinkwassers im Pufferspeicher. Der Heizkreis ist dirket mit der Gasheizung verbunden. In dieser Konfiguration dient der Pufferspeicher ausschließlich zur Versorgung des Haushalts mit Trinkwarmwasser.

Durch den solarthermischen Flachkollektor kann ein Teil der benötigten Wärme im Pufferspeicher mit Hilfe der Sonnenenergie gewonnen werden. Dazu strömt ein spezielles Fluid durch den Kollektor und transportiert die aufgenommene Wärme zum Pufferspeicher. Unter typischen Bedingungen liegt der Wirkungsgrad eines solchen Kollektors zwischen 50 % und 60 %. Je nach Anzahl, Ausrichtung und Neigung der Flachkollektoren kann der Solarwärmeertrag variieren.

Der für den Haushalt benötigte Strom, sowie das benötigte Erdgas werden ausschließlich und kostenpflichtig aus dem öffentlichen Strom- bzw. Gasnetz bezogen.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

Reduktion des Gasverbrauchs und der Gasbezugskosten
Gewisse Unabhängigkeit gegenüber schwankenden Gaspreisen
Reduktion des CO₂-Ausstoßes gegenüber einer klassischen Gasheizung ohne erneuerbaren Anteil
Einfache und robuste Bauweise der Flachkollektoren (Lebensdauer 20-30 Jahre)
Vergleichsweise günstige Alternative

Nachteile:

Gasanschluss zum Haus ist vorausgesetzt
Keine vollständige Unabhängigkeit gegenüber Gasversorgungsunternehmen
Es gibt bauliche Voraussetzungen (z.B. Tragfähigkeit und Ausrichtung des Daches)
Der Gaseinsparung stehen höhere Investitionskosten gegenüber

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Gasheizung mit Vakuumröhrenkollektor

Systembeschreibung

Aufbau und Funktion

Das zentrale Element dieser Systemkonfiguration ist die Gas-Brennwertheizung in Kombination mit einem Vakuumröhrenkollektor. Im Inneren der Röhrenkollektoren findet ein Treibhauseffekt statt, der die Sonnenstrahlung in Wärme umwandelt. Die dabei entstehenden Temperaturen sind ausreichend, um die Gasheizung merklich bei der Erwärmung des Trinkwassers zu unterstützen. Zusätzlich wird bei dieser Systemkonfiguration die Heizung unterstützt. Dies verringert den Bedarf an Erdgas, senkt die Gaskosten und spart CO₂ ein.

Der Gas-Brennwertkessel sorgt durch die Verbrennung von Erdgas und mit Hilfe eines spiralförmigen Wärmeübertragers für die Erwärmung des Trinkwassers im Pufferspeicher. Von hier zapfen die Verbraucher das warme Wasser für den Haushalt. Auch der Heizkreis ist über einen Wärmetauscher mit dem Pufferspeicher verbunden und wird von dort aus gespeist.

Durch den solarthermischen Vakuumröhrenkollektor kann ein Teil der benötigten Wärme im Pufferspeicher mit Hilfe der Sonnenenergie gewonnen werden. Dazu strömt ein spezielles Fluid durch den Kollektor und transportiert die aufgenommene Wärme zum Pufferspeicher. Im Vergleich zum Flachkollektor, weist der Röhrenkollektor einen um bis zu 30% höheren Wirkungsgrad auf. Besonders in den strahlungsärmeren Monaten kann eine bessere Leistung erzielt werden. Allerdings ist der Röhrenkollektor teurer und sollte neben der Trinkwassererwärmung auch zur Heizungsunterstützung verwendet werden, um das Potential zu nutzen. Je nach Anzahl, Ausrichtung und Neigung der Vakuumkollektoren kann der Solarwärmeertrag variieren.

Der für den Haushalt benötigte Strom, sowie das benötigte Erdgas werden ausschließlich und kostenpflichtig aus dem öffentlichen Strom- bzw. Gasnetz bezogen.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

Reduktion des Gasverbrauchs und der Gasbezugskosten
Gewisse Unabhängigkeit gegenüber schwankenden Gaspreisen
Reduktion des CO₂-Ausstoßes gegenüber einer klassischen Gasheizung ohne erneuerbaren Anteil
Einfache und robuste Bauweise der Vakuumröhrenkollektoren (Lebensdauer 20-30 Jahre)
Vergleichsweise günstige Alternative

Nachteile:

Gasanschluss zum Haus ist vorausgesetzt
Keine vollständige Unabhängigkeit gegenüber Gasversorgungsunternehmen
Es gibt bauliche Voraussetzungen (z.B. Tragfähigkeit und Ausrichtung des Daches)
Der Gaseinsparung stehen höhere Investitionskosten gegenüber

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Wärmepumpe mit Luftwärmetauscher

Systembeschreibung

Aufbau und Funktion

Vor- und Nachteile

Vorteile:

Vergleichsweise kostengünstiges Wärmepumpensystem
Deutliche Reduktion des CO₂-Ausstoßes gegenüber einer klassischen Gasheizung
Es wird kein Gas oder Gasanschluss benötigt
Unabhängig von schwankenden oder steigenden Gaspreisen

Nachteile:

Gaskosteneinsparung zu Lasten einer Stromkostenerhöhung
Abhängigkeit von steigenden Strompreisen der Netzbetreiber

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Wärmepumpe mit Erdwärmesonde

Systembeschreibung

Aufbau und Funktion

Vor- und Nachteile

Vorteile:

Sehr geringe Betriebskosten
Deutliche Reduktion des CO₂-Ausstoßes gegenüber einer klassischen Gasheizung
Es wird kein Gas oder Gasanschluss benötigt
Unabhängig von schwankenden oder steigenden Gaspreisen
Stabiles Quelltemperaturniveau

Nachteile:

Gaskosteneinsparung zu Lasten einer Stromkostenerhöhung
Abhängigkeit von steigenden Strompreisen der Netzbetreiber
Hohe Investitionskosten durch Erdwärmesondenbohrung
Es gibt bauliche Voraussetzungen (z.B. Bodenbeschaffenheit und ausreichend Platz für die Bohrung)
Generell hohe Investitionskosten

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Wärmepumpe mit Luftwärmetauscher und PV-Anlage

Systembeschreibung

Aufbau und Funktion

Wärmepumpen sind elektrisch betriebene Wärmeerzeuger, die auf erneuerbare Wärmequellen der Umwelt zurückgreifen. Im Falle der Luftwärmepumpe wird die Umgebungsluft des Gebäudes genutzt. Der Luftwärmetauscher befördert die enthaltene Wärmeenergie mit Hilfe eines speziellen Fluids zur Wärmepumpe. Auch bei Minusgraden ist aus physikalischer Sicht noch ausreichend Wärmeenergie in der Luft vorhanden. In einem mechanischen Verdichtungsprozess, für den die Wärmepumpe Strom benötigt, wird das Quelltemperaturniveau auf die gewünschte Temperatur angehoben. Je geringer die Differenz zwischen Quelltemperatur und Abgabetemperatur, desto geringer ist der Stromverbrauch der Wärmepumpe. Durch die Nutzung der Umweltwärmequelle, muss verhältnismäßig wenig Primärenergie bereitgestellt werden und es ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad.

Die Installation einer Wärmepumpe mit einem Luftwärmetauscher ist im Vergleich zur Installation einer Wärmepumpe mit Erdwärmesonde einfacher umzusetzen, da die Tiefenbohrung in das Erdreich entfällt. Das Quelltemperaturniveau ist allerdings nicht so stabil wie bei der Erdwärmesonde. Besonders in den kalten Wintermonaten kann die Quelltemperatur leicht den Gefrierpunkt unterschreiten. Dies führt zu einem erhöhten Stromverbrauch der Wärmepumpe. Im Sommer hingegen ist die Lufttemperatur in der Regel höher, als die Temperatur im Erdreich.

Bei dieser Systemkonfiguration wird zusätzlich eine stromerzeugende Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) installiert. Der erzeugte Solarstrom fließt primär in den eigenen Haushalt und zur Wärmepumpe. Zusätzlich kann ein Batteriespeicher (PV-Speicher) installiert werden, der überschüssigen Sonnenstrom aufnimmt und ihn für die Nacht oder sonnenarme Tage speichert. Insgesamt reduziert sich so die Strommenge, die vom Energieversorger eingekauft werden muss und es ergeben sich Ersparnisse. Solarstromüberschüsse, die trotz Batteriespeicher und Eigenverbrauch auftreten, werden ins öffentliche Netz eingespeist und vom Netzbetreiber nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet.

Die Luftwärmepumpe ist das zentrale Element des Heizungssystems. Der Heizkreis ist direkt mit der Wärmepumpe verbunden. Das Frischwasser wird im Pufferspeicher über einen spiralförmigen Wärmeübertrager erhitzt und von den Verbrauchern abgezapft.

Der für den Haushalt und die Wärmepumpe benötigte Strom wird primär aus der eigenen PV-Anlage und ggf. aus dem Batteriespeicher bezogen. Wenn der Solarstrom nicht ausreicht, wird Strom aus dem öffentlichen Stromnetz verwendet.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

Sehr hohe Effizienz bei der Wärmeerzeugung
Deutliche Reduktion des CO₂-Ausstoßes gegenüber einer klassischen Gasheizung und Netzstrombezug
Hoher Autarkiegrad durch Eigenversorgung möglich
Unabhängiger von steigenden Strompreisen
Es wird kein Gas oder Gasanschluss benötigt
Unabhängig von schwankenden oder steigenden Gaspreisen

Nachteile:

Es gibt bauliche Voraussetzungen (z.B. Tragfähigkeit und Ausrichtung des Daches)
Erhöhte Investitionskosten durch die zusätzliche PV-Anlage
Keine vollständige Unabhängigkeit

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Wärmepumpe mit Erdwärmesonde und PV-Anlage

Systembeschreibung

Aufbau und Funktion

Wärmepumpen sind elektrisch betriebene Wärmeerzeuger, die auf erneuerbare Wärmequellen der Umwelt zurückgreifen. Im Falle der Erdwärmepumpe wird die Wärme aus tieferen Schichten des Erdreichs genutzt (Geothermie) und von einer Erdwärmesonde zur Wärmepumpe befördert. Die Erdwärmesonde bietet im Vergleich zur Umgebungsluft ganzjährlich ein stabiles Quelltemperaturniveau. Dies erlaubt einen effizienten Betrieb mit geringen Energiekosten. Allerdings erfordert die Bohrung der Erdwärmesonde eine Genehmigung und ist mit hohen Investitionskosten verbunden.

In einem mechanischen Verdichtungsprozess, für den die Wärmepumpe Strom benötigt, wird das Quelltemperaturniveau auf die gewünschte Temperatur angehoben. Je geringer die Differenz zwischen Quelltemperatur und Abgabetemperatur, desto geringer ist der Stromverbrauch der Wärmepumpe. Durch die Nutzung der Umweltwärmequelle, muss verhältnismäßig wenig Primärenergie bereitgestellt werden und es ergibt sich ein sehr hoher Wirkungsgrad. Die Umweltbilanz dieses Systems ist gut, da ein großer Teil der benötigten Wärmeenergie aus der regenerativen Erdwärmequelle entnommen wird.

Bei dieser Systemkonfiguration wird zusätzlich eine stromerzeugende Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) installiert. Der erzeugte Solarstrom fließt primär in den eigenen Haushalt und zur Wärmepumpe. Zusätzlich kann ein Batteriespeicher (PV-Speicher) installiert werden, der überschüssigen Sonnenstrom aufnimmt und ihn für die Nacht oder sonnenarme Tage speichert. Insgesamt reduziert sich so die Strommenge, die vom Energieversorger eingekauft werden muss und es ergeben sich Ersparnisse. Solarstromüberschüsse, die trotz Batteriespeicher und Eigenverbrauch auftreten, werden ins öffentliche Netz eingespeist und vom Netzbetreiber nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet.

Die Erdwärmepumpe ist das zentrale Element des Heizungssystems. Der Heizkreis ist direkt mit der Wärmepumpe verbunden. Das Frischwasser wird im Pufferspeicher über einen spiralförmigen Wärmeübertrager erhitzt und von den Verbrauchern abgezapft.

Der für den Haushalt und die Wärmepumpe benötigte Strom wird primär aus der eigenen PV-Anlage und ggf. aus dem Batteriespeicher bezogen. Wenn der Solarstrom nicht ausreicht, wird Strom aus dem öffentlichen Stromnetz verwendet.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

Sehr hohe Effizienz bei der Wärmeerzeugung
Stabiles Quelltemperaturniveau
Sehr geringe Betriebskosten
Deutliche Reduktion des CO₂-Ausstoßes gegenüber einer klassischen Gasheizung und Netzstrombezug
Hoher Autarkiegrad durch Eigenversorgung möglich
Unabhängiger von steigenden Strompreisen
Es wird kein Gas oder Gasanschluss benötigt
Unabhängig von schwankenden oder steigenden Gaspreisen

Nachteile:

Es gibt bauliche Voraussetzungen (z.B. Tragfähigkeit und Ausrichtung des Daches, sowie Bodenbeschaffenheit)
Erhöhte Investitionskosten durch die zusätzliche PV-Anlage und die Erdwärmesondenbohrung
Keine vollständige Unabhängigkeit

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Elektrischer Durchlauferhitzer ohne PV-Anlage

Systembeschreibung

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Elektrischer Durchlauferhitzer mit PV-Anlage

Systembeschreibung

Aufbau und Funktion

Bei dem elektrischen Durchlauferhitzer handelt es sich um eine Elektroheizung, die das durchströmende Wasser innerhalb kürzester Zeit auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Dafür benötigt die im Inneren gelegene Heizwendel sehr viel Strom. Der Wärmerzeuger ist jedoch kompakt und günstig in der Anschaffung.

In dieser Systemkonfiguration erwärmt der Durchlauferhitzer das Wasser für den externen Pufferspeicher über einen spiralförmigen Wärmeübertrager. Die Verbraucher zapfen das benötigte Warmwasser aus dem Pufferspeicher. Der Heizkreis ist direkt mit dem elektrischen Durchlauferhitzer verbunden.

Die Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) erzeugt Strom, der primär in den eigenen Haushalt und zum elektrischen Durchlauferhitzer fließt. Zusätzlich kann ein Batteriespeicher (PV-Speicher) installiert werden, der überschüssigen Sonnenstrom aufnimmt und ihn für die Nacht oder sonnenarme Tage speichert. Insgesamt reduziert sich so die Strommenge, die vom Energieversorger eingekauft werden muss und es ergeben sich Ersparnisse. Solarstromüberschüsse, die trotz Batteriespeicher und Eigenverbrauch auftreten, werden ins öffentliche Netz eingespeist und vom Netzbetreiber nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) vergütet.

Der für den Haushalt und den Durchlauferhitzer benötigte Strom wird primär aus der eigenen PV-Anlage und ggf. aus dem Batteriespeicher bezogen. Wenn der Solarstrom nicht ausreicht, wird Strom aus dem öffentlichen Stromnetz verwendet.

Vor- und Nachteile

Vorteile:

Sehr geringe Investitionskosten für das Heizungssystem
Kompakte und platzsparende Bauweise des Heizungssystems
Es wird kein Gas oder Gasanschluss benötigt
Unabhängig von schwankenden oder steigenden Gaspreisen
Unabhängiger von steigenden oder schwankenden Strompreisen
Keine CO₂-Emissionen aufgrund der Verbrennung von Erdgas, daher kein CO₂-Preis

Nachteile:

Sehr hoher Stromverbrauch des elektrischen Durchlauferhitzers
Teilweise Abhängigkeit von steigenden oder schwankenden Strompreisen
Starkstromanschluss notwendig

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Systemauswahl

Systemanalyse

Energiesysteme

Gas-Kessel

Wärmepumpe

Elektrische Durchlauferhitzer

Klassische Gasheizung mit Brennwertkessel

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Gasheizung mit thermischen Flachkollektor

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Gasheizung mit Vakuumröhrenkollektor

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Wärmepumpe mit Luftwärmetauscher

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Wärmepumpe mit Erdwärmesonde

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Wärmepumpe mit Luftwärmetauscher und PV-Anlage

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Wärmepumpe mit Erdwärmesonde und PV-Anlage

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Elektrischer Durchlauferhitzer ohne PV-Anlage

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Elektrischer Durchlauferhitzer mit PV-Anlage

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