Hybrid­hei­zung: Fossil und erneu­er­bar in einem Gerät

Verbren­nungs­ba­sierte Ener­gie­sy­steme haben nach wie vor ihre Daseins­be­rech­ti­gung, denn sie spie­len auch in Zukunft eine wich­tige Rolle für die Ener­gie­ver­sor­gung der Schweiz. Bisher werden drei Vier­tel des schwei­ze­ri­schen Ener­gie­ver­brau­ches durch die ener­ge­ti­sche Verwer­tung von Brenn­stof­fen gedeckt.[1]Doch die Ziele für die Reduk­tion von Schad­stoff­emis­sio­nen einer­seits und für die Vermin­de­rung der Abhän­gig­keit von fossi­len Brenn­stof­fen ande­rer­seits sind ehrgei­zig.

Welchen gros­sen Hebel Heiz­sy­steme für die Errei­chung der Ziele darstel­len, macht eine Zahl deut­lich: Rund 50 Prozent des schwei­ze­ri­schen Ener­gie­ver­brau­ches entfal­len auf die Versor­gung von Gebäu­den mit Wärme und Warmwasser.[2]Der teil­weise Umstieg auf alter­na­tive Ener­gie­quel­len durch die verstärkte Nutzung der Wärme­pumpe und die Stei­ge­rung des Wirkungs­gra­des erprob­ter Tech­no­lo­gien wie der Öl- und Gashei­zung stel­len zwei erfolg­ver­spre­chende Ansätze dar.

Doch was passiert eigent­lich, wenn man beide Ansätze mitein­an­der verbin­det? Daraus resul­tie­ren die Hybrid­hei­zun­gen, welche die Vorteile der einzel­nen Systeme geschickt mitein­an­der verbin­den. Dabei über­nimmt eine intel­li­gente Steue­rung die Koor­di­nie­rung der System­be­stand­teile einer Hybrid­hei­zung. Welche Heizungs­ar­ten sich am besten kombi­nie­ren lassen, wie das Ganze funk­tio­niert und was es für den erfolg­rei­chen Einsatz einer Hybrid­hei­zung alles zu beach­ten gilt, das haben wir für Sie zusammengestellt. 

Wie arbei­tet eine Hybridheizung?

Es ist unum­strit­ten, dass Ölbrenn­wert­kes­sel oder Gasbrenn­wert­kes­sel einen hohen Wirkungs­grad aufwei­sen. Doch ihre wich­tig­sten Vorteile wie eine hohe Zuver­läs­sig­keit und eine ausge­prägte Leistungs­fä­hig­keit können nicht über die entschei­den­den Nach­teile hinweg­täu­schen: Die Abhän­gig­keit von zum Teil fossi­len Brenn­stof­fen mit schwer kalku­lier­ba­ren Betriebs­ko­sten und die Schad­stoff­be­la­stung der Umwelt. Betrach­tet man dage­gen die Wärme­pumpe, fällt auf, dass sie haupt­säch­lich auf die kosten­frei und unbe­grenzt verfüg­bare Umwelt­ener­gie zurück­greift. Sie ist daher im Betrieb beson­ders umwelt­freund­lich und kosten­gün­stig. Das gilt aber nur so lange, wie sie nicht an ihrer Leistungs­grenze arbei­ten muss.

Was liegt also näher, als die beiden Systeme zu kombi­nie­ren? Die Idee dahin­ter: Die Effi­zi­enz der Hybrid­hei­zung ist grös­ser als die Effi­zi­enz der für sich betrach­te­ten Teil­sy­steme. Der Schlüs­sel dazu ist eine intel­li­gente Steue­rung, die situa­ti­ons­ab­hän­gig dieje­nige Heizungs­art einsetzt, die unter den momen­ta­nen Bedin­gun­gen opti­mal arbei­tet, also eine Hybrid­hei­zung. Steht solch eine Steue­rung zu Verfü­gung, dann lassen sich meist minde­stens zwei Betriebs­modi anwählen:

• Ener­ge­tisch opti­mier­ter Betrieb:DieHei­zun­gen arbei­ten so, dass die gewünschte Wärme unter möglichst gerin­gen Schad­stoff­emis­sio­nen erreicht wird.
• Kosten­op­ti­mier­ter Betrieb: Die Heizun­gen arbei­ten so, dass die gewünschte Wärme unter möglichst gerin­gen Kosten erreicht wird.

Das tech­ni­sche Prin­zip dahin­ter ist nicht neu: Statt von der Hybrid­hei­zung sprach man vorher von der bi- oder multi­va­len­ten Heizung. Dabei werden grund­sätz­lich Heizun­gen für fossile und erneu­er­bare Ener­gien an densel­ben Heiz­kreis­lauf ange­schlos­sen. Möglich macht dies eine hydrau­li­sche Weiche, ein Wärme­spei­cher für Trink­was­ser oder Heiz­was­ser, an den alle Versor­ger und Verbrau­cher im Gebäude ange­bun­den sind.

Das Beson­dere an der Hybridheizung

Auf erneu­er­ba­ren Ener­gien basie­rende Heizun­gen sorgen zwar für nied­rige Heiz­ko­sten, sie können aber bei einem hohen Wärme­be­darf an ihre Gren­zen kommen weil:

• Die maxi­male Leistung prin­zip­be­dingt nicht ausreicht
• Der Wirkungs­grad unter hoher Last schlech­ter wird
• Die Verfüg­bar­keit der genutz­ten Ener­gie­quelle Schwan­kun­gen unterliegt

In unse­rem Beitrag über die Wärme­pum­pe­kön­nen Sie mehr darüber erfah­ren, wie diese Fakto­ren die Nutz­bar­keit der Heizungs­art beeinflussen.

Der Grund­ge­danke bei der Hybrid­hei­zung ist es, zuerst auf erneu­er­bare Ener­gien zurück­zu­grei­fen. Erst wenn damit der Wärme­be­darf gar nicht oder nicht auf ökolo­gisch und wirt­schaft­lich sinn­volle Weise gedeckt werden kann, dann akti­viert die Steue­rung die konven­tio­nelle Kompo­nente der Hybrid­hei­zung, meist einen Ölbrenn­wert­kes­sel oder Gasbrenn­wert­kes­sel. Mit Hilfe einer hydrau­li­schen Weiche lassen sich zwar auch im Nach­hin­ein bestehende Heizun­gen zu einer Hybrid­hei­zung erwei­tern, dennoch hat es Vorteile, sich von vorn­her­ein für eine Hybrid­hei­zung zu entscheiden:

• Gerin­ge­rer Raumbedarf
• Redu­zier­ter Installationsaufwand
• Komfor­ta­ble Steuerungsoptionen
• Aufein­an­der abge­stimmte Komponenten

Welche Heizungs­ar­ten die Hybrid­hei­zung kombiniert

Der Grund­ge­danke ist klar: Erneu­er­bare Ener­gien sorgen für nied­rige Heiz­ko­sten und ein hohes Mass an Unab­hän­gig­keit und wenn diese an ihre Leistungs­grenze kommen, dann über­neh­men erprobte und effi­zi­ente konven­tio­nelle Tech­no­lo­gien. Bei der Kombi­na­tion der verschie­de­nen Heizungs­ar­ten ist darauf zu achten, dass sich die Eigen­schafts­pro­file möglichst gut ergän­zen. Denn grund­sätz­lich sind zwar nahezu alle Kombi­na­tio­nen möglich, doch längst nicht alle sind sinn­voll. Die Tabelle gibt einen Über­blick über gängige Kombi­na­tio­nen von Verbren­nungs­sy­ste­men und Heiz­sy­ste­men für die Nutzung von Umweltenergie.[3]

Verbren­nung	Erneu­er­bare Energie
–        Öl-/ Gasbrennwertkessel	–        Solar­ther­mie
–        Öl-/ Gasbrennwertkessel	–        Photo­vol­taik
–        Öl-/ Gasbrennwertkessel	–        Wärme­pumpe
–        Pelletheizung/​ Kamin­ofen	–        Solar­ther­mie

Die Funk­ti­ons­weise einer Hybridheizung

Hybrid­hei­zun­gen für verschie­dene Anforderungen

Während die Kombi­na­tion aus Öl- oder Gashei­zung und Solar­ther­mie ledig­lich die Wärme­ver­sor­gung des Gebäu­des über­nimmt, decken andere Konstel­la­tio­nen zusätz­lich den Bedarf einer weite­ren Ener­gie­form. Dies ist bei der Photo­vol­taik der Fall, denn diese setzt die Sonnen­en­er­gie zu Strom um. Wirken eine Holz­hei­zung und Solar­ther­mie zusam­men, dann können Sie Ihre Wärme­ver­sor­gung sogar gänz­lich von der exter­nen Versor­gung mit Ener­gie­trä­gern abkoppeln.

Auch der Schritt von der biva­len­ten zur multi­va­len­ten Heizung kann sich lohnen. Die einzige Voraus­set­zung ist, dass die passen­den Tech­no­lo­gien kombi­niert werden. Erwei­tern Sie eine Wärme­pumpe mit einem Spit­zen­last­kes­sel für Öl oder Gas zusätz­lich um eine Photo­vol­ta­ik­an­lage, dann kann diese elek­tri­sche Ener­gie für den Betrieb der Wärme­pumpe und den übri­gen Bedarf bereit­stel­len. Es ist also möglich, Ihren Grund­be­darf an Wärme und Strom ohne Rück­griff auf einen Verbren­nungs­pro­zess und die damit verbun­de­nen Emis­sio­nen zu decken über eine Hybridheizung.

Brenn­stoffe für die Hybridheizung

Holz erfreut sich als Sekun­där­brenn­stoff in der Schweiz beson­de­rer Beliebt­heit. Doch nicht nur für den Betrieb eines offe­nen Kamins oder Kachel­ofens eignet sich der nach­wach­sende und CO2-neutrale Brenn­stoff: Als wasser­füh­ren­der Kamin kann die Feuer­stelle an die Zentral­hei­zung ange­schlos­sen werden. Eine solche Heizung können Sie mit Holz­schei­ten, Pellets oder Hack­schnit­zeln betrei­ben. Dabei vari­ie­ren die Ener­gie­dichte der Brenn­stoffe und damit auch die benö­tigte Lager­ka­pa­zi­tät sowie Möglich­kei­ten zur auto­ma­ti­schen Beschickung der Heizung.

Selbst­ver­ständ­lich können auch die auf der Verbren­nung fossi­ler Ener­gie­trä­ger basier­ten Heizun­gen zur ökolo­gi­schen Opti­mie­rung mit rege­ne­ra­ti­ven Ener­gien betrie­ben werden. Einen Beitrag zur Emis­si­ons­re­duk­tion leistet Bioheizöl, dessen Ener­gie­ge­halt zu einem Teil aus biolo­gi­schen Quel­len wie Raps‑, Soja oder Sonnen­blu­menöl gewon­nen wird. Für mit Erdgas betrie­bene Heizun­gen kann Biogas einge­setzt werden. Hinsicht­lich der ener­ge­ti­schen Eigen­schaf­ten des Endpro­duk­tes besteht kein Unter­schied, wohl aber bei der Ökobi­lanz. Denn Biogas wird aus pflanz­li­chem Mate­rial gewon­nen und verbrennt daher C02-neutral.

Kosten einer Hybridheizung

Selbst wenn ledig­lich ein Ener­gie­trä­ger für die Bereit­stel­lung von Warm­was­ser und Wärme zu Einsatz kommen soll, ist es nicht leicht, die wirt­schaft­lich­ste Alter­na­tive zu iden­ti­fi­zie­ren. Wollen Sie mehrere Heizungs­ar­ten mit unter­schied­li­chen Ener­gie­trä­gern einset­zen, die auch noch verschie­dene Ener­gie­for­men erzeu­gen, dann wird es noch kompli­zier­ter. Daher gilt für Hybrid­hei­zun­gen umso mehr, was für moderne Heizungs­tech­no­lo­gien wie die Wärme­pumpe oder das Block­heiz­kraft­werk gilt: Die detail­lierte Planung und Wirt­schaft­lich­keits­be­trach­tung soll­ten Sie einem Fach­mann über­las­sen. Denn ange­sichts der Abhän­gig­kei­ten zwischen den einzel­nen Tech­no­lo­gien und weite­ren kriti­schen Fakto­ren wie den folgen­den wird es schnell unüber­sicht­lich bei der Planung einer Hybridheizung.

• Wärme- und Strom­be­darfs­mu­ster der Hausbewohner
• Ener­ge­ti­scher Stand des Gebäudes
• Vorkom­men erneu­er­ba­rer Energien
• Platz­ver­hält­nisse und bereits vorhan­dene Heizungstechnik

Nach einer grund­le­gen­den Analyse kann das Spek­trum mögli­cher Hybrid­hei­zun­gen meist auf wenige Vari­an­ten einge­engt werden. Für die endgül­tige Entschei­dung ist es unver­zicht­bar, die folgen­den Kosten­kom­po­nen­ten in der Wirt­schaft­lich­keits­be­trach­tung zu berücksichtigen:

• Kosten für den Anschluss an die Brenn­stoff­ver­sor­gung oder für dessen Lagerung
• Kosten für die Anschaf­fung der Hybridheizung
• Kosten für Betrieb und Aufrecht­erhal­tung der Betriebs­be­reit­schaft einer Hybridheizung

Erschlies­sungs­ko­sten einer Hybridheizung

Um den Anschluss an ein Versor­gungs­netz brau­chen Sie sich nur dann zu kümmern, wenn ein Teil der Hybrid­hei­zung mit Erd- oder Biogas betrie­ben werden soll. Ausschlag­ge­bend für die Mach­bar­keit und die Kosten ist, dass sich bereits eine Gaslei­tung in der Nähe Ihrer Immo­bi­lie befin­det. Eigen­tü­mer, die von einem herkömm­li­chen Heiz­kes­sel für Erdgas auf eine Hybrid­hei­zung umstei­gen, brau­chen sich darüber gar keine Gedan­ken zu machen.

Flüs­sig­gas- und ölbe­trie­bene Brenn­wert­kes­sel setzen zwar keinen Anschluss an ein Versor­gungs­netz voraus, erfor­dern aber die Einrich­tung eige­ner Lager­stät­ten. Die beson­ders gros­sen Heiz­öl­tanks werden in der Regel im Gebäude aufge­stellt. Beim Flüs­sig­gas­tank können Sie zwischen Vari­an­ten für die Aufstel­lung im Garten und für die unter­ir­di­sche Instal­la­tion wählen. Mass­geb­lich für die Kosten der Hybrid­hei­zung ist vor allem die zu instal­lie­rende Lagerkapazität.

Anschaf­fungs­ko­sten einer Hybridheizung

Hybrid­hei­zun­gen werden von vielen Herstel­lern am Markt ange­bo­ten. Sehr weit verbrei­tet sind dabei die Kombi­na­tio­nen aus Luft- oder Wasser-Wasser-Wärme­pumpe mit einer Öl- oder Gasbrenn­wert­hei­zung. Das Vorteil­hafte daran: Bis auf die Aussen­ein­heit der Wärme­pumpe können alle weite­ren Kompo­nen­ten in einem Gerät verbaut werden. Welche vorbe­rei­ten­den Arbei­ten für die Instal­la­tion der Peri­phe­rie der Wärme­pumpe zusätz­lich notwen­dig sind, lesen Sie in unse­rem geson­der­ten Beitrag.

Die Kosten für die Hybrid­hei­zung hängen nicht nur von den inte­grier­ten Heizungs­ar­ten ab, sondern auch stark von der tech­ni­schen Komple­xi­tät und der Leistung. Da alle notwen­di­gen Kompo­nen­ten bereits im Hybrid­hei­zungs­ge­rät verbaut sind, besteht ein Einspa­rungs­po­ten­zial bei der Montage und der Inbe­trieb­nahme gegen­über der nach­träg­li­chen Ergän­zung einer bestehen­den Heizung. Wird aus einer biva­len­ten eine multi­va­lente Heizung (Hybrid­hei­zung), weil beispiels­weise zusätz­lich zu Wärme­pumpe und Brenn­wert­kes­sel eine Photo­vol­ta­ik­an­lage in Betrieb genom­men wird, dann erge­ben sich neue Poten­ziale durch die Wech­sel­wir­kung zwischen den unter­schied­li­chen Tech­no­lo­gien. Dabei steigt aber auch das Inve­sti­ti­ons­vo­lu­men deut­lich an. Hier soll­ten Sie beson­ders auf die erwar­tete Amor­ti­sa­ti­ons­zeit der neu beschaff­ten Hybrid­hei­zung achten.

Betriebs­ko­sten einer Hybridheizung

Nied­rige Betriebs­ko­sten sind die grosse Stärke der Hybrid­hei­zung. Das kommt zum einen daher, dass teil­weise kosten­lose Umwelt­ener­gie genutzt werden kann. Doch noch ein ande­rer Effekt trägt zum Einspar­ef­fekt bei: Werden zwei Heizungs­ar­ten mit einer unter­schied­li­chen Betriebs­cha­rak­te­ri­stik kombi­niert und durch eine leistungs­fä­hige Steue­rung verbun­den, dann erge­ben sich ganz neue Potenziale.

Der Betrieb der Heizun­gen kann nämlich nun so koor­di­niert werden, dass die gesamte Wärme­ver­sor­gung nach dem jewei­li­gen Ziel der Emis­si­ons- oder Kosten­ver­mei­dung ausge­rich­tet wird. Bei gerin­gem Wärme­be­darf kann beispiels­weise die Wärme­pumpe effi­zi­ent arbei­ten. Schafft sie es alleine nicht mehr, das Gebäude ausrei­chend zu versor­gen, dann wird zusätz­lich die Brenn­wert­hei­zung akti­viert. Die Wärme­pumpe kann weiter arbei­ten, nun jedoch in ihrem opti­ma­len Betriebs­punkt. Der beson­dere Vorteil der inte­grier­ten und auf die Kompo­nen­ten abge­stimm­ten Steue­rung liegt also daran, dass die Teil­sy­steme opti­mal zum effi­zi­en­ten Betrieb des gesam­ten Systems der Hybrid­hei­zung beitra­gen können.

Vor- und Nach­teile einer Hybridheizung

Die Vorteile der verschie­de­nen Heizungs­ar­ten so zu kombi­nie­ren, dass die entschei­den­den Schwä­chen der Kompo­nen­ten im sepa­ra­ten Betrieb ausge­gli­chen werden, das ist das Konzept hinter der Hybrid­hei­zung. Das gelingt zu einem hohen Mass, wie die Über­sicht der wich­tig­sten Argu­mente für und gegen die Hybrid­hei­zung zeigt.

Vorteile einer Hybridheizung	Nach­teile einer Hybridheizung
Nied­rige Betriebs­ko­sten durch Nutzung kosten­freier Energiequellen	Teuer durch mehr und aufwen­di­gere Technik
Verrin­gerte Abhän­gig­keit von fossi­len Rohstoffen	Teil­weise Abhän­gig­keit von fossi­len Energieträgern
Brenn­wert­hei­zung sichert Wärmeversorgung	Hoher Platz­be­darf
Modu­la­rer Ausbau möglich

Der Scho­nung der Umwelt durch die Vermei­dung von Emis­sio­nen und der gestei­ger­ten Unab­hän­gig­keit von fossi­len Brenn­stof­fen in Kombi­na­tion mit einem zuver­läs­si­gen Betrieb stehen haupt­säch­lich hohe Anschaf­fungs­ko­sten der Hybrid­hei­zung gegen­über. Die vergleichs­weise komplexe Tech­nik und die notwen­dige Abstim­mung der Kompo­nen­ten aufein­an­der erfor­dern einen quali­fi­zier­ten Fach­be­trieb, der soweit möglich bereits in einer frühen Planungs­phase einge­bun­den werden sollte. Gerne stehen wir Ihnen hier­bei zur Verfügung.

In welche Umge­bung eine Hybrid­hei­zung passt

Wärme­pum­pen und Altbau­ten vertra­gen sich meist nicht gut. Das liegt vor allem daran, dass unzu­rei­chend isolierte Gebäude einen hohen Wärme­be­darf haben. Soll die Wärme­pumpe diesen Bedarf decken, dann muss der elek­trisch betrie­bene Verdich­ter unter hoher Last arbei­ten. Im Ergeb­nis wird das Verhält­nis zwischen gewon­ne­ner Wärme­en­er­gie und aufge­brach­ter elek­tri­scher Ener­gie ungünstiger.

Genau hier setzt die Hybrid­hei­zung an. Denn wird der Betrieb der Wärme­pumpe wirt­schaft­lich unat­trak­ti­ver und damit auch schäd­li­cher für die Umwelt, dann schal­tet die Steue­rung auf die alter­na­tive Heizungs­art um. So können erneu­er­bare Ener­gien auch zur Wärme­ver­sor­gung eines Altbaus beitra­gen. Ein weite­rer Vorteil: Hybrid­hei­zun­gen lassen sich auch durch die nach­träg­li­che Erwei­te­rung einer bestehen­den Heizung schaf­fen. Die Voraus­set­zung ist ledig­lich eine Zentral­hei­zung mit einem entspre­chen­den Leitungs­netz und Heiz­kör­pern. Auf diese Weise können Eigen­tü­mer eines älte­ren Gebäu­des nach und nach auf moderne Heizungs­tech­nik umstei­gen. Ein Beispiel­sze­na­rio stellt die Ergän­zung einer Ölhei­zung um eine Wärme­pumpe dar. Als Schnitt­stelle zwischen den Gerä­ten dient der ohne­hin notwen­dige Puffer­spei­cher. Der Unter­schied: In einem Neubau kann die Hybrid­hei­zung ihr Poten­zial von Anfang voll entfal­ten. Denn dann können alle Kompo­nen­ten der Hybrid­hei­zung von Anfang an opti­mal dimen­sio­niert und aufein­an­der abge­stimmt werden.

Quel­len

[1]http://www.bfe.admin.ch/themen/00519/00636/06927/index.html?lang=de
[2]https://www.energieschweiz.ch/page/de-ch/heizung-und-warmwasser
[3]Definition Umwelt­ener­gie nach: http://res-energie.de/basiswissen/heizen-mit-umweltenergie/