Hybridheizung
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/