Hybridheizung: Kombinierte Energiequellen

Die herausragenden Merkmale moderner Energieversorgung sind Effizienz und Zukunftsfähigkeit. Fossile und regenerative Quellen stehen zur Verfügung. Ein Hybridheizung macht aus einem „entweder oder“ ein „sowohl als auch“.

Die Idee der Hybridheizung

Private Haushalte lassen sich mit unterschiedlichen Heizsystemen versorgen. Neben der Wärmeleistung fällt immer auch Strombedarf an. Einige Systeme erzeugen beides mit der sogenannten Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). In vielen Fällen übernimmt eine parallel montierte Kombination aus zwei Energielieferanten die Versorgung.

Für die Grundlast, die regelmäßig und immer gebraucht wird, sorgen Heizkessel, die Gas, Öl oder Pellets verbrennen. Ihre Funktion lässt sich drosseln und aussetzen, wenn eine autarke Energiequelle zuliefert. Als Zulieferer regenerativer Energie dienen:

  • Solarthermie
  • Solarstrom
  • Wärmepumpen
  • Kaminöfen und Einzelfeuerstellen

Das Aufkommen regenerativer Energien hat den Nachteil, von äußeren Einflüssen abhängig zu sein. Das verträgt sich nicht mit dem Bedarf. Teilweise sinkt die Leistung saisonal genau in den Zeiten, in denen mehr gebraucht wird. Solaranlagen im Winter stellen das typische Beispiel dar.

Um aus mehreren Quellen jeweils das Optimum zu gewinnen und einzuspeisen, sind nebeneinander herlaufende Systeme verbreitet. Um die damit verbundenen zwangsläufigen Verluste an Energie zu unterbinden, entwickeln und konstruieren Hersteller die Hybridheizung. Sie vereint zwei oder drei unterschiedliche Energiequellen in einer Anlage.

Abgesehen von dem geringeren Installations- und Platzaufwand erlauben Feinjustierung und perfekte Abstimmung einen optimierten Betrieb. Die „kurzen Wege“ der Technik sammeln Wärme (und bei KWK auch Strom) aus den diversen Quellen und halten sie permanent abrufbereit in ausreichender Menge vor.

Aufbau und Funktionsweise

Das Herz einer Hybridheizung besteht aus einem Pufferspeicher, der die Wärmequelle für Heizung und Warmwasser bildet. Ein moderner Brennwertkessel, der mit Gas, Öl oder Pellets betrieben wird, dient als zuverlässiges „Arbeitstier“.

brennwertkessel

Eine intelligente Steuerung schaltet ihn immer zu, wenn die anderen Quellen Schwankungen unterliegen. Vor allem in den Übergangszeiten Frühjahr und Herbst sind sowohl die „Partner“ Solarenergie und Wärmepumpe sehr abhängig von den äußeren Umständen.

Solarenergie ist natürlich direkt von Licht und Sonnenschein abhängig. Wärmepumpen nutzen zwar kostenfreie Umweltwärme aus Boden, Luft oder Wasser, brauchen dafür aber Strom. Die Steuerung der Hybridheizung verfolgt und vergleicht permanent das Kosten-Nutzen-Verhältnis bezüglich der Speicherversorgung. Je nach Einstellung und Ergebnis schaltet die Hybridheizung den Brenner zu.

Wenn ein wasserführender Kaminofen am System gekoppelt ist, wird die Wärme des gemütlichen abendlichen Feuers abgezapft. Insgesamt hat die Hybridheizung das übergeordnete Ziel, immer eine erforderliche Gebrauchstemperatur im Pufferspeicher bereitzustellen. Ergänzen lässt sich die Hybridheizung mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW). Die Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt neben Wärme auch Strom.

Als erste Funktion speist dieser Strom den Bedarf von Kessel und Wärmepumpe. Überschüsse können ins öffentliche Netz eingespeist und „verkauft“ werden. Die Funktion der Hybridheizung ist das ständig an die aktuelle Situation angepasste Nutzen eines Energiemixes.

Kombinierte Energiequellen und Funktionen

Folgende Kombinationen aus fossilen und regenerativen Energieträgern sind möglich:

  • Gas-/Ölbrenner und Solarthermie
  • Gas-/Ölbrenner und Wärmepumpe
  • Gas-/Ölbrenner und Solarthermie und Wärmepumpe
  • Gas-/Ölbrenner und Solaranlage (Solarthermie und Photovoltaik)
  • Gas-/Ölbrenner und Wasser führender Kaminofen

Folgende Kombinationen nur aus regenerativen Energieträgern sind möglich:

  • Pelletbrenner und Solarthermie
  • Pelletbrenner und Wärmepumpe
  • Pelletbrenner und Solarthermie und Wärmepumpe
  • Pelletbrenner und Solaranlage (Solarthermie und Photovoltaik)
  • Pelletbrenner und wasserführender Kaminofen

Die Kraft-Wärme-Kopplung koppelt sich mit jeder Brennerart durch ein angeschlossenes BHKW. Es stellt bereits für sich eine Art Hybrid dar. Als Unterart des BHKWs ist auch eine Brennstoffzelle möglich, die von einer Gasheizung abhängig ist.

Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt Strom und Wärme

Bei der Energiegewinnung und Ausbeutung fällt für Brenner und Wärmepumpen immer Bedarf an Betriebsstrom an. Eine Wärmepumpe steigert ihren Verbrauch, wenn die Temperatur der ausgenutzten Umweltwärme fällt. Das BHKW beziehungsweise die Brennstoffzelle liefert den Strom und trägt zur Autarkie des Systems bei.

Eine moderne Hybridheizung berücksichtigt in ihren Einstellungen auch die Kosten und Verfügbarkeit des Betriebsstroms. Wenn der Brenner oder die Wärmepumpe in den unwirtschaftlichen Modus „abrutschen“, schaltet sie eine andere Versorgungsquelle ein.

Je nach Aufbau und Strom erzeugender Leistung entsteht ein Überschuss. Er kann „verkauft“ werden und wird rechnerisch in die Gesamtkalkulation der Hybridheizung einbezogen. Dieser finanzielle Rückfluss beeinflusst den wirtschaftlich optimalen Betrieb der Hybridheizung zusätzlich. Geschicktes Einstellen der Steuerung sorgt für zusätzliches Sparpotenzial.

Bauliche Voraussetzungen

Ein großer Vorteil einer vom Hersteller konfektionierten Hybridheizung ist die kompakte Geräteform. Die diversen Energiequellen laufen in einer Geräteeinheit zusammen, wo auch der Pufferspeicher unterhalten wird. Folgende bauliche Voraussetzungen brauchen die beteiligten Technologien:

  • Gasbrenner
    Anschluss an Ferngasnetz oder Flüssiggasspeicher, Abgasabführung mit Brennwerttechnik (Schornstein)
  • Ölbrenner
    Öltank, Abgasabführung mit Brennwerttechnik (Schornstein)
  • Pelletbrenner
    Pelletlager, Beschickungsanlage, geeignete Abgasabführung (Schornstein)
  • Solaranlage (Solarthermie/Photovoltaik)
    Dach und/der Grundstücksfläche zur Montage der Paneele
  • Wärmepumpe
    Grundstück mit möglicher Tiefbohrung oder ausreichender Kollektorfläche
  • Wasserführender Kaminofen
    Brennstofflager, Rohrinstallation, Abgasabführung/Schornsteinanschluss
  • Installation und Verrohrung
    Brennstoffzuführung, geschlossenes Zirkulationssystem mit hydraulischer Abgleichsfähigkeit
  • Pufferspeicher
    Bevorratende Dimensionierung, eventuell Schichtspeichertechnik
  • Kraft-Wärme-Kopplung
    BHKW-Einheit oder Brennstoffzelle, Stromspeichermedium (Akku/Batterie)

Generell sind Bestandsanlagen umrüstbar. Der Austausch eines alten zu einem modernen Heizkessel kann die Brenneinheit der Hybridheizung bilden.


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Vergleich von Hybridheizung, Pelletheizung und Wärmepumpe

Jeder Heizungstyp hat Vor- und Nachteile, die je nach Ausgangslage mehr oder weniger schwer wiegen. Hybridheizung, Pelletheizung und Wärmepumpe sind alle als Grundlastträger geeignet, da sie von äußeren Umständen unabhängig sind.

 HybridheizungWärmepumpePelletheizung
Vorteile- Umschalten nach wirtschaftlichen Kriterien für den effizientesten Betrieb
- Förderungsmittel auch bei bestehendem Gas-/Ölbetrieb möglich
- Senkung fossilen Brennstoffverbrauch zugunsten regenerativer Energien
- Vollkommene Versorgungssicherheit
- Intelligente Steuerung kann Effizienz bis zu fünfzig Prozent steigern
- Reduzierte Emissionen durch eingeschränkten Brennerteilbetrieb
- Kein Verbrauch fossiler Brennstoffe
- Umweltenergie ist kostenfrei
- Kompakte Größe erzeugt geringen Platzbedarf (abgesehen von Kollektoren/Sonden)
- Keine umweltschädlichen Emissionen
- Keine Abgasabführung erforderlich
- Vielfältige Förderungsmöglichkeiten
- Kein Verbrauch fossiler Brennstoffe
- Förderungsfähigkeit
- Automatische Beschickung möglich
- Verhältnismäßig niedriges Investitionsvolumen
Nachteile- Komplexe Technik, die nur von Fachleuten gewartet und repariert werden kann
- Hohe Anschaffungskosten
- Brennstoffe müssen bevorratet werden
- Dimension des Pufferspeichers entscheidet über Effizienz
- Brenner und Abgasableitung müssen Brennwerttechnik besitzen
- Hohe Anschaffungskosten
- Sonden oder Kollektoren müssen auf Grundstück ein-gebracht werden
- Bedarf an Betriebsstrom
- Effizienz hängt stark von Betriebsstunden und Außenbedingungen ab
- Kann im Extremfall (harter Winter) an Kapazitätsgrenzen stoßen
- Brennstoff muss gelagert werden
- Entstehende Emissionen müssen gefiltert und abgeleitet werden
- Beheizung und Betrieb müssen kontrolliert werden
- Hohe Schmutz- und Staubentwicklung

Neben dem Vergleich der drei Grundlastträger bietet auch die Hybridheizung als Ganzes einige Eigenschaften, die sich vor- und nachteilig auswirken (können).

Vorteile

  • Erzeugt aus den gemischten Ressourcen die vorteilhafteste Energie
  • Reagiert flexibel auf schwankende äußere Einflüsse
  • Senkt den Anteil und Verbrauch an endlichen fossilen Brennstoffen
  • Optimiert die Wärmeausbeute durch aufeinander abgestimmte Technik
  • Senkt die Kosten durch geringeren Verbrauch an zu bezahlenden Energieträgern
  • Reduziert die Größe von Lagerräumen und Öltanks
  • Geringere Installations- und Montagekosten als bei Einzelelementen
  • Kann Heizwärme, Warmwasserversorgung und Strom liefern

Nachteile

  • Kompakte Hybridheizung fällt bei Defekt, Schaden und Störung komplett aus
  • Noch nicht jede Kombination ist auf dem Markt in kompakter Bauweise erhältlich

Nachträgliche Umrüstung

Generell ist das Nachrüsten einer bestehenden Heizanlage ähnlich aufwendig wie die Neuinstallation eines Solosystems. Wenn ein Brennwertkessel montiert wird, muss in jedem Fall die Abgasanlage angepasst werden. Eine kompakte Hybridheizung nimmt weniger Raum ein als parallele Systeme.

Die auf ein Gerät konzentrierte Steuerung ist einfacher zu handhaben und erzeugt weniger technische Energieverluste. Zu beachten ist allerdings, dass bei entsprechender Energiequellenauswahl die notwendigen Installations- und Montagearbeiten auch bei der Hybridheizung anfallen. Zu einer bestehenden Gas- oder Ölheizung eine Solaranlage zu installieren, kann weniger aufwendig sein, als ein Hybridsystem zu schaffen.

Um die Spareffekte bei Effizienz und Wärmeleistung ausnutzen zu können, muss gegebenenfalls auch die Gebäudedämmung angepasst werden.

Diese Arbeit fällt bei jeder Erneuerung einer Heizung, gleich welchen Typs, an.

Investition, Kosten und Preise

Eine Hybridheizung gehört zu den Heizsystemen mit dem höchsten Investitionsvolumen. Da nicht nur mehrere Energieträger vereint werden, sondern auch die entsprechende sanitäre und transportierende Infrastruktur geschaffen werden muss, sind Anschaffungspreise einschließlich Montage zwischen 12.000 und 20.000 Euro zu erwarten.

Schwankungen in den Anschaffungskosten entstehen durch folgende Einflüsse und Grundbedingungen, die zu größeren Einzelposten führen:

  • Verlegung und Gasanschluss ans öffentliche Netz
  • Montage eines Gas- oder Öltanks (Keller, Grundstück oberirdisch/unterirdisch)
  • Einrichtung eines Pelletlagers
  • Einrichtung eines Holzlagers für Kaminofen
  • Aufwand zur Montage von Solarpaneelen
  • Umfang der Solaranlage (nur Solarthermie, nur Photovoltaik, beides zusammen)
  • Haus- oder Haushaltsgröße und Größe des Pufferspeichers
  • Wärmeversorgung, Warmwasserversorgung oder beides
  • Kraft-Wärme-Kopplung
  • Bohren oder verlegen von Bodensonden oder Kollektoren für Wärmepumpe

Diese Variablen bestimmen den Anschaffungspreis entscheidend. Bei der Kalkulation kann der Umfang der möglichen Spareffekte gegengerechnet werden. Ein entscheidender Faktor bei Kalkulation und Investition ist die Berechnung der zu erwartenden Einsparungen.

Die Hybridheizung hat aufgrund ihrer flexiblen Reaktion auf äußere Einflüsse Sparpotenziale, die bis zur Hälfte des bisherigen Aufwands reichen können. Je nach Umfang ist das Rückverdienen der Investition in 12 bis 15 Jahren ein realistisches Ziel. In Kombination mit staatlichen Fördermitteln kann dieser Zeitpunkt schon einige Jahre früher einsetzen.

Finanzierung und Förderung

In der Energiepolitik maßgeblich für Heizsysteme ist die Energieeinsparverordnung (EnEV). In ihr sind Dämmwerte, Anteil der regenerativen Energieträger, Brennertechnologien und Effizienzansprüche definiert. Die Emissionswerte regelt die Bundesimmissionsschutzverordnung (BimSchV).

Um einen Anreiz zur Modernisierung und Umstellung auf regenerative Energien zu schaffen, bieten zwei öffentlichen Körperschaften Fördermittel an. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) und das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) legen vielfältige Förderprogramm auf.

Daneben bieten Landesförderbanken, regionale und kommunale Träger Beihilfen für eine Hybridheizung an. Förderungen werden als zinsgünstige Kredite oder als einmalige Zuschüsse ohne Rückzahlung gewährt.

Ähnlich wie das technische Hybridsystem setzen sich auch die Förderprogramme aus mehreren Einzelelementen zusammen. Die Förderprogramme definieren einzelne Teilbereiche, die von einer Hybridheizung im Einzelnen oder mehrfach abgedeckt werden.

Typische Förderprogramme der KfW sind beispielsweise:

  • Programm 151: Energieeffizient sanieren
  • Programm 431: Energieeffizient Bauen und Sanieren – Zuschuss Baubegleitung

Die Anforderungen in den einzelnen Programmen können von der Hybridheizung abgedeckt werden, sodass theoretisch eine Mehrfachförderfähigkeit entsteht. Die einzelnen Kredite und Zuschüsse schließen sich teilweise aus.

Eine geschickte Kombination kann zu Beihilfen und Zuschüssen führen, die bis zur Hälfte der Investition umfassen. Das Einschalten eines zugelassenen Energieberaters lohnt sich, zumal auch dessen Kosten gegebenenfalls förderfähig sind.

Credits:
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