Dezentrale Energiesysteme

Einrohrsystem

• Mehrere Heizkörper sind in Reihe geschaltet
• Sind an einer Ringleitung angeschlossen, ein Teil fließt durch den Heizkörper, ein Teil durch die Bypass-Leitung am Heizkörper vorbei
• Da das Rücklaufwasser der weiter vorne liegenden Heizkörper zum Teil das Vorlaufwasser der folgenden sind, ist bei diesen die Vorlauftemperatur geringer und damit auch die Wärmeabgabe -> müssen daher größer ausgelegt werden

Zweirohrsystem

• Alle Heizkörper sind parallel geschaltet
• Zu jedem Heizkörper führt eine Vor- und Rücklaufleitung

• Niedertemperaturkessel (Öl und Gas)
• Gasbrennwertkessel
• Ölbrennwertkessel

• Nachfolger des Konstanttemperaturkessels
• Senkt ihm gegenüber die Vorlauftemperatur je nach Außentemperatur
• Eine Reglung sorgt dafür, dass das Kesselwasser jeweils nur so weit erwärmt wird, um das Haus bei der jeweiligen Außentemperatur zu beheizen
• Wasserdampf wird nicht kondensiert 

Beim Kondensationsvorgang wird die im Wärmetauscher, Kessel und Abgasrohr frei werdende Kondensationswärme zu Heizzwecken genutzt

• Brennstoffbedingt einen geringeren Nutzungsgrad
• Vergleichsweise teuer
• Erfordern Neutralisation des Kondensats
• Feuchte unempfindliches Abgasrohr erforderlich wegen der geringen Abgastemperatur (Kondenswasser im Schornstein) 

Abgasverluste

• Teil der Wärmeenergie, die ungenutzt mit dem Abgas ins Freie gelangt
• Tritt nur während Brennerlaufzeit auf
• Brennwertkessel ca. 1-2% Verlust
• Niedertemperaturkessel ca. 7% Verlust

Auskühlverluste

• Teil der Wärmeenergie, die der Heizkessel unkontrolliert an die Umgebung verliert
• Während Brennerlaufzeit in Form von Strahlung
• Bei Brennerstillstand in Form von Bereitschaftsverluste
• Kann bei alten Anlagen bis zu 20% der eingesetzten Brennstoffmenge ausmachen

• Mehrkosten bei Gasbrennwertkessel durch teureren Kessel
• Kosten können aber beim Schornstein gespart werden, da ein Kunststoffrohr eingesetzt werden kann
• Brennwertkessel ist ökologisch überlegen und ökonomisch mindestens gleichwertig

• 
  Grundsätzlich wird bei einem BHKW durch Verbrennung von Primärenergie Wärme und gleichzeitig mechanische Energie erzeugt, die wiederum einen Generator zur Stromerzeugung antreibt
• Da Strom und Wärme dezentral dort erzeugt werden, wo sie auch gebraucht werden, treten nur minimale Übertragungsverluste auf
• Stromerzeugung mit Brennstoffnutzungsgrad von 80%
• Wärmeversorgung mit einem hohen Primärenergiefaktor

• 
  Einfache Einbindung in das Heizungs- und Warmwassersystem
• Kompakte Abmessungen
• Kostengünstig (Mehrpreis zu konventioneller Technik)
• Geringe Schallemission
• Wartungsfreiheit
• Möglichkeit der Leistungsregelung
• Möglichkeit der Einspeisung bei Überschuss
• Geringe Emissionen 

• 
  Wesentlich hoher Anschaffungspreis
• Die meisten BHKW sind hinsichtlich eines modernen EFH überdimensioniert
• Hoher Wartungsaufwand für die Motoren

• 
  Errechnete Energiemenge, die benötigt wird, um ein Gebäude zu beheizen, also eine vorgegebene Solltemperatur einzuhalten
• Er gibt an, wie viel Energie an der Raum abgegeben werden muss
• Es werden auf eine Jahr betrachtet die Wärmeverluste und Wärmegewinne aufgerechnet  -> Heizung muss also den verbleibenden Anteil der benötigten Wärme bereitstellen

• Gibt die jährliche benötigte Energiemenge für Heizung, Lüftung und Warmwasserbereitung (und evtl. Kühlung) an, wobei auch die Wärmeverluste und der Antriebsstrom für die Anlagentechnik berücksichtigt werden
• Gibt an, wie viele Kilowattstunden Energie in Form von Brennstoffen oder Strom einem Gebäude pro m² zugeführt werden müssen

• Maßgeblicher Wert zur Kennzeichnung der Energieeffizienz eines Hauses
• Addiert den gesamten Aufwand für die Wärmeversorgung
• Berücksichtigt neben dem Energiebedarf für Heizung, Warmwasser, Lüftung und Kühlung auch die sogenannte Vorkette (Förderung, Aufbereitung, Umwandlung, Transport) der jeweils eingesetzten Energieträger
• Je kleiner, desto Energieeffizienter
• Berechnet wirklichen Energieeinsatz von der Quelle an

• Flache Bauweise und flache Anordnung des Absorbers 
• Je nach Preisklasse verfügt die flache Kollektorbauart über ein- oder mehrfach verglaste Abdeckung
• Die Isolierung bei einem Flachkollektor besteht zumeist aus Mineralwolle
• Der Absorber ist zumeist mit einer speziellen selektiven Beschichtung versehen um  einen möglichst  hohen Anteil an Solarenergie in Form von Wärme zu absorbieren.

• Funktionieren nach dem Thermoskannenprinzip: Das Licht dringt in die Glasröhren ein und absorbieren die Wärme in von der Solarflüssigkeit durchflossenen Kupferröhren
• Die Wärmeverluste hierbei sind aufgrund des Vakuums zwischen den Röhren minimal
• Zudem sorgen die unterhalb des Röhrenkollektors angebrachten CPC-Spiegel für eine Fokussierung auch gestreuter Sonnenstrahlen auf den Absorber
• Vorteile: Effizienter, höherer Wirkungsgrad, brauchen weniger Dachfläche
• Nachteile: Hoher Anschaffungswert, mechanisch empfindlich 

Zusatzheizungen

• Geschlossener Kamin
• Kaminofen
• Warmluft-kachelofen
• Pelleteinzelofen

Zentralheizungen für Ein- und Zweifamilienhäuser

• Scheitholz-zentralheizung
• Pellet-ZHZ
• Kombikessel (Scheitholz und Pellets)

Holzheizungen für Mehrfamilienhäuser

• Hackschnitzel-feuerung

• ZHZ, die die Wärmeversorgung für Ein- und Mehrfamilienhäuser übernehmen können
• Handbeschickt
• Grundsätzlich werden zwei Arten unterschieden

Naturzugkessel

• In erster Linie für das Zuheizen zu einem bestehenden Öl oder Gaskessel
• Naturzug ohne das Regelung Einfluss auf Verbrennung nehmen kann
• Je nach Temperatur wird durch einen Zugregler mehr oder weniger Luft durch den Kessel geströmt

Holvergaskessel

• Meist auch mit Öl- oder Gaskessel verbunden, wobei Betreiber jedoch primär mit Holz heizen wird
• können modulieren, d.h. leistungsbezogen arbeiten
• WG über 90%
• Nehmen mittels Gebläse und Lambdasonde Einfluss auf die Verbrennung und können somit leistungsgeregelt arbeiten
• Gute Anlagen lassen sich von außen manuell reinigen

1.       Erwärmung und Trocknung

• Verdampfung des im Brennstoff gespeicherten Wassers und sonstiger leicht flüchtigen Stoffe

2.       Pyrolyse

• Brennstoff wird ab ca. 150 °C zersetzt à Gasgemisch aus CO und CnHm
• Daneben bilden sich Teere und Öle, die sich bei höheren Temperaturen weiter zersetzen
• Ab 400 bis 500 °C vergasen auch die festen organischen Bestanteile und verbinden sich mit O2 überwiegend zu CO
• Vom ursprünglichen Holz nur noch Holzkohle übrig

3.       Eigentliche Verbrennung

• Reaktion der in den ersten beiden Phasen gebildeten Gase mit zusätzlichem O2 zu CO und H2O
• Übrig gebliebene Holzkohle verbrennt mit der Zeit vollständig
• Einziger Verbrennungsrückstand ist Asche

Einzelöfen

• Vom Brennraum abgetrennter Vorratsbehälter der in regelmäßigen Abständen von Hand befüllt werden muss
• Vorrat für 24 bis 100 Stunden Brenndauer

Einzelöfen mit Wassertaschen

Beide ZHZ-Typen unterscheiden sich lediglich in dem Arbeitsaufwand bei der Befüllung ihres Vorratsbehälters bzw. Lagerraums:

Halbautomatische ZHZ-Kessel

• Halbautomatische PHZ besitzen einen größeren Vorratsbehälter, der von Hand mit Pellets bestückt wird (empfohlen ca. 400l/260kg)

Vollautomatische ZHZ-Kessel (mit Saug- oder Schneckenbetrieb)

• Vollautomatische verfügen über eine Förderschnecke/ Sauganlage, die mit einem Lagerraum oder -tank verbunden ist, aus denen die Pellets vollautomatisch zum Heizkessel transportiert werden
• Im Idealfall so konzipiert, dass Lagerraum nur einmal im Jahr aufgefüllt werden muss
• Beschickung von Hand entfällt vollends
• Nahezu vergleichbarer Komfort wie Ölheizung
• Für die Pellets wird doppelt so viel Raum benötigt wie für Heizöl (ca. 3,6 m³ Lagervolumen nötig

Betriebskosten

• HSHZ sind in der Anschaffung deutlich teurer als herkömmlicheÖl-, Pellet-, oder Gasheizungen. Allerdings sind die Brennstoffkosten sehr viel geringer als bei Ölheizanlagen

Technik

• HSHZ arbeiten ähnlich wie PHZ. Anstelle einer Schneckenaustragung setzt man hier jedoch auf hydraulische Zuführsysteme, die sperriges Material durchtrennen können. 

• höchstens 70 kWh/m²a Heizwärmbedarf
• entscheidend sind ein sehr guter Wärmeschutz, Vermeidung von Wärmebrücken, Luftdichtheit, Wärmeschutzverglasungen und kontrollierte Wohnungslüftung
• auf ein Heizungs- und Warmwasserbereitungssystem kann treotzdem nicht verzichtet werden

• Ultra-Niedrigenergiegebäude
• verbrauchen nur so viel Energie pro m² und a wie in 3 Liter Öl enthalten sind, als ca. 30 kWh
• inkl. Strom für Pumpen, Regelung und Brenner 

• konsequente Weiterentwicklung des Niedrigenergiehauses
• Heizwärmbedarf ist so gering, dass ohne Komfortverlust auf eine seperate Heizung verzichtet werden kann
• in Deutschlandbei  bei ca. 12-15 kwh/m²a der Fall

• sehr gut gedämmte Gebäudehülle (25-40 cm)
• Fenster mit Dreifachverglasung
• Komfortlüftung mit Wärmerückgewinnung:  mehr als 80% der Abluftwärme müssen an Zuluft übertragen zurück gegeben werden
• 20 °C Abluft --> 0 °C Außentemp. --> 16 °C Frischluft

• Speicherung sensibler (fühlbarer) Wärme
• Speicherung latenter Wärme
• Thermochemische Speicherung

• häufigste in Praxis angewandte Form
• in festen und flüssigen Medien
• Im Ladezustand erhöht sich die Temperatur des Speichermaterials fühlbar und proportional zur eingespeicherten Energiemenge
• Wärmeverluststrom, das im geladenen Zustand unvermeidbar eine Temperaturdifferenz gegenüber der Umgebung vorherrscht

• Speicherverluste nehmen bei zunehmender Größe ebenfalls zu
• Großer Speicher --> hohe Kosten und Wärmeverlusten
• Kleiner Speicher --> kann im Sommer evtl nicht gesamte Strahlungsenergie aufnehmen da bereits voll geladen

Insbesondere bei kleinen Speichern wird die Wärmeverlustrate durch die im Speicher vorhandenen Wärmebrücken (z.B. Anschlüsse) bestimmt

Guter wärmegedämmter Speicher zeichnet sich aus durch

• eine möglichst dicke Dämmung mit einem schlecht wärmeleitenden Material
• keine signifikanten Wärmebrücken

Gibt an, welche Wärmemenge der Speicher beim üblichen Betrieb je Grad Temperaturänderung des Speichermediums aufnehmen bzw. abgeben kann

Gibt den an die Umgebung übertragenen Wärmestrom an bezogen auf ein Grad Temperaturdifferenz zwischen Speichermedium und Umgebung

Gibt an, welche Leistung pro Grad Temperaturunterschied von Solekreis zu Speichertemperatur eingespeichert werden kann

• Brauchwasser-
• Kombi-
• Pufferspeicher