Hybridheizung

Wärme und Strom aus Sonne und flüssigen Energieträgern

Hybridsysteme kombinieren den Einsatz konventioneller und erneuerbarer Energien für die Gebäudeheizung. Als Energieträger für die beteiligten Brennwertheizungen kommen dabei neben klassischem Heizöl auch treibhausgasreduzierte sowie klimaneutrale flüssige Brennstoffe zum Einsatz, die CO2-Emissionen zusätzlich signifikant reduzieren.

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Um insgesamt 60 % wurden die CO2-Emissionen der Strom- und Wärmeversorgung bei dem Wohngebäude im hessischen Alsfeld reduziert. Dafür setzten die Eigentümer auf ein Hybridsystem mit Öl-Brennwerttechnik, PV-Anlage, solarstrombetriebener Warmwasser-Wärmepumpe und ein neues treibhausgasreduziertes Heizöl. Bild: IWO
Um insgesamt 60 % wurden die CO2-Emissionen der Strom- und Wärmeversorgung bei dem Wohngebäude im hessischen Alsfeld reduziert. Dafür setzten die Eigentümer auf ein Hybridsystem mit Öl-Brennwerttechnik, PV-Anlage, solarstrombetriebener Warmwasser-Wärmepumpe und ein neues treibhausgasreduziertes Heizöl. Bild: IWO

Immer mehr Haushalte in Deutschland setzen beim Heizen auf mehrere Energiequellen. Die so genannten Hybridsysteme verbinden zumeist eine erneuerbare Energie wie Solarenergie mit Energieträgern wie Öl oder Gas. Für die rund 5,4 Millionen Ölheizungen bundesweit wird das künftig sogar vorgeschrieben: Laut dem Entwurf des Gebäudeenergiegesetztes (GEG) vom 22. 01. 2020 sollen ab 2026 Ölgeräte in der Regel nur noch dann neu eingebaut werden dürfen, wenn zugleich erneuerbare Energieerzeuger in das System integriert werden. Der Neueinbau eines reinen Öl-Brennwertgeräts wird dann nur noch unter bestimmten Voraussetzungen möglich sein.

Rund drei Viertel der deutschlandweit etwa 41 Mio. beheizten Wohneinheiten werden mit Erdgas oder Heizöl beheizt. Bei der Stromversorgung der Gebäude lag der nicht-erneuerbare Anteil 2019 bei rund 60 %. Für die ehrgeizigen Klimaziele ist diese Situation eine besondere Herausforderung, denn eine Umstellung auf überwiegend erneuerbare Energieträger ist kurzfristig meist weder bei der Strom- noch bei der Wärmeversorgung realisierbar. Auch ist nur ca. ein Drittel aller Heizungsanlagen derzeit auf dem aktuellen technischen Stand und nur knapp 12 % der Haushalte produzieren selbst Strom. Daher ist der Einsatz moderner Effizienztechniken und die Kombination klassischer und erneuerbarer Energien eine konkrete Option, schnell und nachhaltig den Treibhausgasausstoß für die Strom- und Wärmeversorgung dieser Gebäude zu senken.

Effizienz

Die Öl-Brennwerttechnik ist eine Möglichkeit der effizienten Wärmeversorgung. Dabei entsteht die Wärme bei der fast rückstandsfreien Verbrennung des flüssigen Brennstoffs durch den Ölbrenner und überträgt sich auf das Heizungswasser, das in einem geschlossenen Kreislauf zu den Heizkörpern im ganzen Haus gepumpt wird. Der bei der Verbrennung entstehende Wasserdampf verschwindet bei der Öl-Brennwerttechnik nicht ungenutzt durch den Schornstein, sondern die darin enthaltene Energie wird ebenfalls verwendet. Die heißen Abgase werden so weit abgekühlt, dass der Wasserdampf kondensiert. Die bei der Kondensation freigesetzte Wärme wird dann zusätzlich zum Heizen verwendet. Brennwerttechnik nutzt also nahezu den gesamten Energiegehalt des flüssigen Energieträgers – nämlich bis zu 98 %. Gas- und Öl-Brennwertheizungen nutzen das gleiche Prinzip.

Erneuerbare Energien

Durch Heizungsmodernisierungen, Verbesserungen der Gebäudehülle und die Einbindung erneuerbarer Energien lässt sich der Verbrauch fossiler Ressourcen deutlich verringern. Die Erneuerbaren können entweder direkt eingebunden werden, z. B. über Solarthermie oder Solarstrom oder indirekt über den eingesetzten Energieträger wie z. B. bei Rapsöl oder bei aus erneuerbarem Strom hergestellten synthetischen Energieträgern.

Vor dem Hintergrund der Klimaziele ist der Einsatz der Erneuerbaren sehr sinnvoll. Aber gerade in älteren Häusern ist der sofortige Umstieg von einer fossilen zu einer vollständig erneuerbaren Wärmeversorgung häufig gar nicht umsetzbar. Hybridsysteme, die moderne Öl-Brennwerttechnik mit der direkten Einbindung erneuerbarer Energien, etwa Solaranlagen, verknüpfen, können daher einen wichtigen Beitrag zur Senkung der CO2-Emissionen leisten. Eine weit verbreitete Variante der Hybridheizung ist die Kombination aus Ölheizung und Solarthermie. Mehr als 900.000 Mal ist diese Variante deutschlandweit installiert. Aber auch die Kombination mit Photovoltaik (PV)-Anlagen bietet vielversprechende Möglichkeiten. Das zeigen mehrere Modellvorhaben des Instituts für Wärme und Oeltechnik (IWO). Selbst erzeugter Solarstrom reduziert die Strombezugskosten und die Treibhausgasemissionen für die Gebäudeenergieversorgung. Power-to-Heat-fähige Öl-Hybridheizungen können zudem ansonsten ins Netz eingespeiste Solarstrommengen auch zur eigenen Wärmeversorgung verwenden.

Praxisergebnisse für Hybridlösung Öl-PV-Wärmepumpe

Dass sich der Energieverbrauch und die CO2-Emissionen im Gebäudebereich auf der Basis von Hybridsystemen mit vertretbarem Aufwand deutlich reduzieren lassen, zeigen aktuelle Messergebnisse aus der Praxis. Im mittelhessischen Alsfeld wurde dazu bei einem aus zwei Gebäudeteilen (errichtet 1956 und 1979) bestehenden Zweifamilienhaus mit 245 m2 Wohnfläche eine PV-Anlage installiert und ein in die Jahre gekommener alter Warmwasserspeicher durch einen hybriden Wärmespeicher ersetzt. Er kann sowohl von dem bereits vorhandenen Öl-Brennwertkessel als auch von der ab Werk oben auf dem neuen Wärmespeicher montierten solarbetriebenen Warmwasser-Wärmepumpe beheizt werden. Diese Variante ermöglicht dank Öl-Brennwertbackup den flexiblen Betrieb der Wärmepumpe ausschließlich mit ansonsten ins Netz eingespeistem Solarstrom aus der hauseigenen PV-Anlage und damit eine besonders effiziente und ökonomisch attraktive Trinkwassererwärmung.

Die Ergebnisse aus dem ersten Betriebsjahr dieser Hybridvariante im Alsfelder Gebäude können sich sehen lassen:

  • Die PV-Anlage produzierte in diesem Zeitraum 9.706 kWh. Davon wurden 32 % im Haus genutzt, allein 866 kWh durch die Warmwasser-Wärmepumpe (249 kWh im Winter, 617 kWh im Sommer).
  • Da die Warmwasser-Wärmepumpe neben dem Solarstrom auch kostenlose Umweltwärme aus der Außenluft ins System einbindet, erzeugt sie mit jeder eingesetzten kWh Solarstrom rund 3 kWh Wärme. Für die Erzeugung der so produzierten Wärmemenge hätte das Ölheizgerät knapp 300 l Heizöl einsetzen müssen.
  • Insgesamt konnte in dem Zeitraum der Stromzukauf von 6.119 kWh auf 3.912 kWh verringert werden.
  • Es wurden 6.633 kWh Solarstromüberschuss ins öffentliche Stromnetz eingespeist, die so die fossile Stromerzeugung reduzierten.

Öl-PV-System spart 5,4 t CO2

Im Vergleich zum vorangegangenen einfachen Betrieb mit einem Brennwertgerät sparte die Ergänzung um PV-Anlage und solarstrombetriebene Warmwasser-Wärmepumpe bei der Energieversorgung des Gebäudes in den zwölf gemessenen Monaten 5,4 t Treibhausgasemissionen (– 43 %) und 1.603 € bei den laufenden Energiebezugskosten ein. Bei einem älteren, weniger effizienten Heizkessel als Ausgangspunkt wären die Einsparungen noch höher. IWO-Berechnungen zeigen, dass eine CO2-Reduktion von mehr als 50 % für einen solchen Fall durchaus möglich ist.

Ein Öl-PV-Hybridsystem lässt sich mit heute bereits bewährter, marktgängiger Technik umsetzen. Die Installation ist ebenso einfach wie bei jeder klassischen Ölheizung mit normalem Warmwasserspeicher, denn die Warmwasser-Wärmepumpe ist bereits ab Werk betriebsfertig auf dem neuen Warmwasserspeicher montiert. Auch die Hydraulik der Anlage entspricht der einfachen und kostengünstigen „normalen“ Öl-Heizungshydraulik. Für eine solche Kombination haben zahlreiche Heizgerätehersteller Lösungen im Angebot.

Öl-PV-System mit treibhausgasreduziertem Heizöl spart 7,3 t CO2

Durch den Einsatz innovativer treibhausgasreduzierter flüssiger Brennstoffe lassen sich die CO2-Emissionen heute ölbeheizter Gebäude zusätzlich reduzieren. Um dies anschaulich zu machen und die Praxistauglichkeit solcher Brennstoffe aufzuzeigen, bringt das IWO diese bereits in zahlreichen Ein- bzw. Zweifamilienhäusern zum Einsatz. Im Rahmen dieses Demovorhabens kommt auch im Alsfelder Gebäude inzwischen ein treibhausgasreduziertes Heizöl zum Einsatz. Dieser flüssige Energieträger wurde dem klassischen Heizöl beigemischt. Hergestellt wird er vorwiegend durch die Hydrierung von Reststoffen biogenen Ursprungs, wie beispielsweise Altspeisefetten. Er gehört zu den erneuerbaren Biobrennstoffen, die nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion stehen. Solchen alternativen Energieträgern aus regenerativen Abfall- und Reststoffen wird künftig eine wichtige Rolle zukommen, wenn es um die brennstoffseitige Reduktion von Treibhausgasen geht. Mit diesem neuen Brennstoff im Tank reduziert das Alsfelder Gebäude seine CO2-Emissionen um 60 % (bzw. 7,3 t/a).

Aufgrund des absehbar großen Bedarfs treibhausgasreduzierter flüssiger Energieträger gelten künftig zudem E-Fuels (auch PtL genannt) als unverzichtbar. Das sind synthetische Energieträger, die mittels Fischer-Tropsch-Verfahren aus regenerativ erzeugtem Wasserstoff und einer Kohlenstoffquelle (z. B. CO2 aus der Luft aber auch Kohlenstoff aus Biomasse) hergestellt werden.

Neben der Steigerung der Energieeffizienz (bei Gebäudedämmung und Heiztechnik) und der direkten Einbindung erneuerbarer Energien wie Solarthermie und Wind-/Solarstrom, bilden zunehmend klimaneutrale Kraft- und Brennstoffe die dritte Säule der Energiewende.

Es ist daher wichtig, einen möglichst vielfältigen Einsatz aller Lösungsoptionen zu ermöglichen – auch im Gebäudesektor. Insofern sollte der künftige Einsatz solcher zunehmend klimaneutralen flüssigen Brennstoffe auch in der staatlichen Förderung und im geplanten Gebäudeenergiegesetz Anerkennung finden.

Dipl.-Ing. (FH) Christian Halper

Dipl.-Ing. (FH) Christian Halper
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Artikel Wärme und Strom aus Sonne und flüssigen Energieträgern
Seite 12 bis 14
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