elektronisches Thermostat an Heizung

Gasheizungen für Nichtwohngebäude im Überblick

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 das Gebäude-Energie-Gesetz gestellt. Die unterschiedlichen Nutzungsarten gewerblicher Bauten bieten die Möglichkeit zum Einsatz verschiedenster Heizungssysteme bzw. Heizungskombinationen. Der Verbrauch an Wärme für Raumheizung oder auch für Produktionsprozesse ist in der Regel höher als bei Wohngebäuden, so dass eine genaue Planung des Heizungssystems für einen optimalen und effizienten Betrieb erforderlich ist.

Mit Gas betriebene Heizsysteme gibt es in verschiedenen Varianten und für unterschiedliche Bedarfe. Einen Überblick über aktuelle gasbasierte Heizsysteme erhalten Sie hier.

Gas-Brennwertkessel: effizient und flexibel

Der Gas-Brennwertkessel ist bis heute das am weitesten verbreitete Heizsystem in Deutschland. Wie für private Haushalte, gilt auch für Nichtwohngebäude: Wer auf moderne Brennwerttechnologie setzt, profitiert von einer effizienten Wärmeerzeugung bei geringem Platzbedarf und einfacher Handhabung.

Durch die zunehmende Nutzung klimaneutraler Gase oder die Kombination einer Gasheizung mit Solar wird die Brennwerttechnologie noch klimaschonender. Bereits heute können viele Gas-Brennwertheizungen mit bis zu 100 % erneuerbarem Biomethan betrieben werden. Und auch eine Beimischung von bis zu 20 % Wasserstoff stellt für die Technologie kein Problem mehr dar.

In Zukunft wird es immer mehr Gas-Brennwertheizungen geben, die „H2-ready“ sind. Das bedeutet, dass sie ganz einfach auf erneuerbaren Wasserstoff umgestellt werden können, wenn dieser Energieträger verfügbar ist.

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.

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 Prozent höher als dessen Heizwert.

Schemazeichnung: Funktionsweise Gas-Brennwert-Heizung
  • 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 %.
  • Mit Biogas lassen sich Brennwertheizungen schon heute nahezu klimaneutral betreiben – ohne zusätzlichen Aufwand für eine Umrüstung.

Kombination: Gas-Brennwertkessel und Solar

Gas-Brennwerttechnik und Solarthermie sind eine besonders sparsame Kombination, denn mit klimaneutralem Gas 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 erfüllt werden. Die Kombination von moderner Brennwerttechnik und Solarthermie ist mindestens genauso effizient, sparsam und vorteilhaft wie Gas-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.

Gaswärmepumpe

Gaswärmepumpen kombinieren sparsame und umweltschonende Gastechnologie 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.

Schemazeichnung Funktion Gaswärmepumpe
  • Der Verdampfer entzieht der Umgebung Wärme. Dabei wechselt das im System enthaltende Kältemittel in den gasförmigen Zustand.
  • Der entstehende Dampf wird mittels eines Kompressors verdichtet und auf ein 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.
  • Gaswärmepumpen funktionieren auch mit klimaneutralem Gas.

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Gas-Hybridheizungen: Gas und Erneuerbare Energie intelligent verknüpft

Gas-Hybridheizungen kombinieren eine 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.

Schema Funktion Gas-Hybridheizung
  • 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 oder klimaneutrales Gas 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.

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

Mikro- bzw. 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.

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.

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

Schema Funktionszeichnung KWK
  • Das KWK-System arbeitet nach dem Prinzip der internen Verbrennung im Ottomotor. In diesem wird Gas 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 Abwärme wird für Raumheizung und Warmwasserbereitung genutzt.
  • Durch den Einsatz von klimaneutralem Gas lassen sich die ohnehin schon geringen CO2-Emissionen weiter reduzieren.

Brennstoffzelle: heizen mit Wasserstoff

Die Brennstoffzelle nutzt Wasserstoff für die Energieversorgung der Zukunft. Wasserstoff wird aus erneuerbaren Energien (Power-to-Gas) oder aus Erdgas (Pyrolyse) gewonnen.

Über einen elektrochemischen Prozess erzeugt die Brennstoffzelle gleichzeitig Strom und Wärme. Je nach Typ werden mit der Brennstoffzelle elektrische Wirkungsgrade von 30 bis 60 % erreicht. Ihr Leistungsspektrum reicht von unter einem KW – beispielsweise 300 bis 700 Watt zur Grundlastabdeckung im Einfamilienhaus – bis zum MW-Bereich als Kraftwerk.

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.

Schema Funktion Brennstoffzelle
  • 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.

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Förderung von 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 klimaneutrales Gas finden Sie z. B. auf co2online.de.

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