Modulares Miteinander

Hybridheizungen kombinieren die Vorteile unterschiedlicher Energieträger

  • Im Referenzbeispiel Rosendahl unterstützen neun Flachkollektoren des Typs „FKC-2“ von Junkers die Gas-Brennwertheizung. Solarthermie ist mit rund 49 % die am häufigsten eingesetzte sekundäre Wärmequelle bei neu gebauten Wohngebäuden. Bild: Junkers

  • Ein Hybridsystem kombiniert die Vorteile verschiedener Energieträger wie Erdgas, Heizöl, Sonnen- und Erdwärme sowie Biomasse. Anlagenbetreiber bleiben dadurch flexibel und können jederzeit die jeweils preisgünstigste oder am besten verfügbarste Wärmequelle nutzen. Künftig soll auch überschüssiger Wind- oder Solarstrom zum Heizen genutzt werden. Bild: IWO (Institut für Wärme und Oeltechnik)

  • Bei der Gas-Brennwert-Solarkombination „GCU compact“ (Rotex) sind auf kleinem Raum die Heizung, die Trinkwassererwärmung und ein Solar-Schichtspeicher untergebracht. Die Kombination mit Solarkollektoren oder einem anderen Wärmeerzeuger ist jederzeit auch nachträglich möglich. Bild: Rotex

    Mit der Hybridlösung „Logamax plus GBH192iT“ inklusive Pufferspeicher „PNR400“ von Buderus lassen sich regenerative Energien komfortabel einbinden, beispielsweise über Pellet-Kamin­öfen und Solaranlagen. Bild: Buderus

    Die Zeolith-Gas-Wärmepumpe „Zeotherm“ (Vaillant) macht die natürliche Wärmeerzeugung des Minerals Zeolith mit Wasser für die Heizung nutzbar. Das Gerät verbindet Gas-Brennwerttechnik, Zeolith-Sorption und Solarthermie zu einer effizienten Hybridlösung. Bild: Vaillant

    Das Öl-Hybrid-Kompaktgerät „Vitolacaldens 222-F“ (Viessmann) heizt flexibel mit Heizöl oder mit Strom und kostenloser Umweltwärme. Die Luft/Wasser-Wärmepumpe deckt die Grundlast. Der Öl-Brennwertkessel schaltet sich nur im Bedarfsfall zu. Bild: Viessmann

    Das „Solargeo“-Energiesystem von Roth besteht aus einer Sole/Wasser-Solar-Wärmepumpe, die sowohl geothermische als auch solare Energie nutzt, und speziellen Erdregistern. Überschüssige Solarenergie dient zur Regeneration des Erdreichs. Daraus ergeben sich höhere Jahresarbeitszahlen und geringere Betriebskosten im Vergleich zu Standard-Wärmepumpen. Bild: Roth Werke

Die Auswahl an Heizsystemen und Energiequellen ist heute so groß wie nie zuvor. Zugleich wächst bei Endkunden die Unsicherheit, welches Heizkonzept auch künftig noch wirtschaftlich ist. Hybridheizgeräte, die mehrere Energieträger koppeln und so besonders effizient Wärme produzieren, bieten einen flexiblen und zukunftssicheren Energiemix.

Umweltfreundlich und effizient sollte die Wärmeversorgung sein: Beim Bau eines 9-Familienhauses im nordrhein-westfälischen Rosendahl ging der Investor auf Nummer sicher und entschied sich für eine Heizlösung, die Erdgas mit Umweltwärme kombiniert. Ein Vertriebsteam von Bosch Thermotechnik (Marke Junkers) entwickelte ein multivalentes Anlagenkonzept. Den Löwenanteil der Wärme für das 940 m2 große Gebäude liefert in der kalten Jahreszeit das Gas-Brennwertgerät „Cerapur Comfort“ mit 41 kW Leistung. Unterstützt wird es von einer „Supraeco“-Luftwärmepumpe mit 14 kW Leistung und neun nach Süden ausgerichteten Flachkollektoren des Typs „FKC-2“ auf dem Dach. In den Sommermonaten wird die benötigte Wärme damit an vielen Tagen völlig regenerativ erzeugt. Herzstück der Anlage ist ein 1000 l fassender Pufferspeicher. Ihm liefern alle Heizgeräte Wärme zu, die je nach Bedarf abgerufen wird. Für die legionellenfreie Erwärmung des Trinkwassers sorgt zusätzlich eine Frischwasserstation.

Wärme aus mehreren Quellen
Das Mehrfamilienhaus mit seiner Brennwert-Solar-Wärmepumpen-Heizung ist kein Einzelfall. Bauherren und Hausbesitzer setzen zunehmend auf die Kombination mehrerer Energiequellen. Der Anteil der neu errichteten Wohngebäude, die mehr als einen Heizenergieträger nutzen, ist nach Angaben des Statistischen Bundesamts (Destatis) in den Jahren 2011 bis 2015 von 33,6 % auf 41,5 % gewachsen.
Der massive Anstieg der Brennstoffpreise in den vergangenen Jahren und die Vorgaben des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes (EEWärmeG) und der Energieeinsparverordnung (EnEV), die Hausbesitzer zur anteiligen Deckung ihres Wärmebedarfs durch Erneuerbare Energien verpflichten, hat das Interesse an Hybridheizungen geweckt. Bisher bezeichnete man solche Heizkonzepte als bivalent (zwei Energieträger), trivalent (drei Energieträger) oder multivalent (mehrere Ener­gieträger), während man den Ausdruck „hybrid“ lange Zeit nur mit Fahrzeugtechnik verband.
Hybride Heizsysteme kombinieren zwei oder mehrere Technologien, die auch unabhängig voneinander funktionieren, aber im Zusammenspiel besonders effizient sind. Heizungskäufer sind dadurch nicht gezwungen, sich für viele Jahre im Voraus auf eine bestimmte Anlagentechnik festzulegen. Denn unvorhergesehene politische und wirtschaftliche Entwicklungen, die sich auf den Preis und die Verfügbarkeit von Brennstoffen auswirken, können der besten Planung schnell einen Strich durch die Rechnung machen. Eine Hybridheizung nimmt Käufern die Angst vor einer Fehlentscheidung. Anlagenbetreiber bleiben dadurch flexibel und können jederzeit die jeweils preisgünstigste oder am besten verfügbarste Wärmequelle nutzen.
Da Erneuerbare Energien im Heizkonzept regelungstechnisch Vorfahrt haben, sinken nicht nur die Heizkosten, sondern auch die Umwelt profitiert. Die Einsparung von CO2-Emissionen kommt den energiepolitischen Zielen der Bundesregierung entgegen, die bis zum Jahr 2050 einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand anstrebt.

Chancen für das Fachhandwerk
Für das Fachhandwerk bieten Hybridkonzepte nach Ansicht des Zentralverbands Sanitär Heizung Klima (ZVSHK) langfristig interessante Absatzchancen. Rund 70 % der deutschen Heizanlagen sind derzeit nicht ausreichend effizient. Hybridheizungen könnten dazu beitragen, den Sanierungsstau in deutschen Heizungskellern aufzulösen. Je nach finanziellem Budget des Heizungsbesitzers können veraltete Anlagen nach und nach durch neue Heizgeräte ergänzt und so modernisiert werden. Zum Endkunden entsteht eine dauerhafte Bindung mit entsprechenden Folgeaufträgen. Durch die „Add-on“-Lösungen muss nicht abgewartet werden, bis das ineffiziente Altgerät – i. d. R. ein Gas- oder Ölkessel – seinen Dienst versagt.
Die Heizungshersteller haben Hybridheizsysteme bereits seit mehreren Jahren in ihre Produktprogramme aufgenommen. In vielen Fällen wird eine Öl- oder Gasheizung mit Solarthermie gekoppelt. Fast jeder zweite neue Öl-Brennwertkessel wird laut Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie (BDH) mit Solarkollektoren ergänzt. Die Heizkosten­einsparung beträgt für den Betreiber dadurch bis zu 30 %. Bei neu gebauten Wohngebäuden ist Solarthermie laut Destatis mit rund 49 % die am häufigsten eingesetzte sekundäre Wärmequelle. Marktgängige Lösungen sind auch Gas-Brennwertgeräte plus Luft/Wasser-Wärmepumpen sowie Holzpelletheizungen, die Öl- oder Gaskessel zur Abdeckung von Spitzenlasten nutzen.
Neben solche bivalenten Heizkonzepte treten zunehmend multivalente Anlagen, die noch mehr oder ausschließlich Erneuerbare Energien einbinden. Als weitere Energiequelle könnte sich in Zukunft im Rahmen der von der Bundesregierung angestrebten Sektorkopplung auch überschüssiger Wind- oder Solarstrom eignen, der dann z. B. über Power-to-Heat-Anlagen zur Wärmeversorgung beiträgt.
Diese modularen Heizgeräte sind für die Nachrüstung weiterer Wärmequellen optimiert. Es finden sich auf dem Markt aber auch fertige Hybridlösungen, die in einem Gehäuse platzsparend vereint sind. Die Hersteller entsprechen damit dem Wunsch des Handwerks nach möglichst vorkonfektionierten Anlagen, die keine Montage- oder Regelungsprobleme mit sich bringen. Das betrifft vor allem Systeme für Ein- und Zweifamilienhäuser, denn Anlagen mit größeren Leistungen erfordern meist eine individuelle Konfiguration.

Öl- oder Gas-Brenngerät und Solarthermie
Viele solare Hybridlösungen punkten mit kompaktem Design. Von Rotex Heating Systems beispielsweise wird in Kürze eine neue Generation der Gas-Brennwert-Solarkombination „GCU compact“ erhältlich sein, die auf der ISH 2017 vorgestellt wird. Ab einer Aufstellfläche von nur 0,36 m2 sind ein Gas-Brennwertkessel, die Trinkwassererwärmung und ein Solarschichtenspeicher in einer Einheit untergebracht. Die Kombination mit Solarkollektoren oder einem anderen Wärmeerzeuger ist jederzeit auch nachträglich möglich. Die Trinkwassererwärmung erfolgt im Durchflussprinzip.
Bosch Thermotechnik bietet mit der Marke Buderus seine modular aufgebaute Gas-Brennwert-Kompaktheizzentrale „Logamax plus GB192iT“ mit 15 kW bzw. 25 kW Leistung in zwei Varianten zur nachträglichen Einbindung regenerativer Energien an. Bei der Gas-Brennwert-Solar-Kompaktheizzentrale „Loga­max plus GB192iT 210SR“ ist der Anschluss von bis zu drei Solarkollektoren für die solare Trinkwassererwärmung möglich. Das Gas-Brennwert-Hybridsystem „Logamax plus GBH192iT PNR400“ mit integriertem 400-l-Pufferspeicher lässt sich ebenfalls mit einer Solarthermieanlage zur Unterstützung der Raumheizung und Trinkwassererwärmung kombinieren. Alternativ ist auch die Einbindung eines Holzpellet- oder Holzkamin­ofens mit Heizwasserwärmeübertrager möglich. Zusammen mit vier Flachkollektoren „Logasol SKT 1.0“ erreicht diese Hybridlösung bei der Warmwassereffizienz die Klasse A+++ und bei der Raumheizungseffizienz A+ (gemäß EU-Richtlinie für Ener­gieeffizienz).
Eine weitere Hybridlösung stellt das Zeolith-Heizgerät „zeo Therm“ von Vaillant dar, das sowohl eine Gas-Brennwerteinheit als auch ein Vakuum-Zeolith-Modul enthält. Es macht die natürliche Wärmeerzeugung des Minerals Zeolith mit Wasser für die Heizung nutzbar und arbeitet modulierend mit 1,5 bis 10 kW bzw. 15 kW. Ergänzt wird es durch eine Solaranlage mit Vakuumröhren- oder Flachkollektoren und einem Solarspeicher.

Öl- oder Gas-Brennwertgerät und Wärmepumpe
Für einen gleitenden Übergang von fossilen zu Erneuerbaren Energien eignen sich Öl- oder Gas-Hybridgeräte mit Wärmepumpenmodul. In Bestandsgebäuden mit zunächst noch hohem Wärmebedarf übernimmt die Wärmepumpe vorerst nur einen Teil der Wärmeversorgung, der mit der schrittweisen energetischen Sanierung des Gebäudes immer größer wird. Die Öl- oder Gaseinheit dient dann nur noch der Spitzenlastabdeckung.
Um eine Kombination aus Öl-Brennwertkessel und Luft/Wasser-Wärmepumpe handelt es sich beim Öl-Hybrid-Kompaktgerät „Vitolacaldens 222-F“ von Viessmann. Es heizt flexibel mit Heizöl oder mit Strom und kostenloser Umweltwärme. Die Regelung „Vitotronic 200“ mit „Hybrid Pro Control“ entscheidet, welcher der beiden Wärmeerzeuger effizienter arbeitet und damit Vorrang hat und ermittelt automatisch den für das Umschalten jeweils idealen Bivalenzpunkt. Das Wärmepumpenmodul übernimmt mit Leistungen bis 10 kW die Grundlast. Der Öl-Brennwertkessel mit bis zu 23,5 kW Wärmeleistung schaltet sich nur bei niedrigen Temperaturen ein und deckt die Spitzenlast. Auch die Kopplung mit einer Photovoltaik-Anlage, die Strom für die Wärmepumpe liefert, ist möglich. Mit „Vitocaldens 222-F“ gibt es auch eine Gerätevariante für Erdgas.
Rotex hat für die ISH 2017 seine Gas-Hybrid-Wärmepumpe „HPU hybrid“ überarbeitet. Die Trinkwassererwärmung ist künftig nicht mehr nur über den Gaskessel, sondern auch mit der Wärmepumpe möglich. Endkunden können je nachdem, ob die Fördervoraussetzungen erfüllt sind, durch das Produkt-Update ab April 2017 von einer erweiterten Förderung in Höhe von 3100 Euro aus dem Marktanreizprogramm (MAP) bzw. Anreizprogramm für Energieeffizienz (APEE) profitieren.
Im Sommer dieses Jahres will Rotex einen nachrüstbaren LAN-Adapter auf den Markt bringen. Damit wird einerseits die Anbindung der Gas-Hybrid-Wärmepumpe „HPU hybrid“ an eine Photovoltaikanlage, andererseits die Heizungssteuerung per App ermöglicht. Mit dem LAN-Adapter wird die Voraussetzung des BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) erfüllt, dass die Anlage lastmanagementfähig ist. Sind weitere Kriterien erfüllt, die sich auf die Gesamtanlage beziehen, winken zusätzlich 500 Euro Fördergeld.
Das Hybridsystem Geotherm und Gasheizung mit 3 kW Leistung von Vaillant kombiniert das wandhängende Gas-Brennwertgerät „eco Tec“ mit der ebenfalls wandhängenden Wärmepumpe „geo Therm“, die es in drei Varianten für die Wärmequellen Außenluft, Erdreich und Grundwasser gibt. Das Hybridsystem nutzt so wenig Gas wie möglich. Anhand der Außentemperatur, der benötigten Vorlauftemperatur und der Strom- und Erdgaspreise ermittelt der Systemregler „multi Matic 700“ den günstigsten Betrieb.

Multivalente Konzepte auf Basis Erneuerbarer Energien
In Hinblick auf die Klimaschutzkonferenz in Paris, bei der im Dezember 2016 von rund 200 Staaten die Dekarbonisierung der Energieversorgung bis 2050 vereinbart wurde, gewinnen Hybridlösungen, die ausschließlich Erneuerbare Energien nutzen, an Bedeutung.
Mit dem „Solargeo“-Energiesystem bieten z. B. die Roth Werke eine Sole/Wasser-Solar-Wärmepumpe in zehn Leistungsvarianten von 6 bis 17 kW an. Sie nutzt sowohl geothermische als auch solare Ener­gie. Die Sole/Wasser-Wärmepumpe bezieht ihre Wärme aus speziellen Erdregistern, die über einen Verteiler und eine Registerstation mit der Wärmepumpe hydraulisch verbunden sind. Die Solarenergie wird zunächst direkt über ein Kombi-Speichersys­tem für die Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung eingesetzt. Überschüssige Energie wird in die Registerstation der Wärmepumpe geleitet und auch zur Regeneration des Erdreichs verwendet. Dadurch kann die erforderliche Entzugsfläche der Wärmepumpe im Vergleich zu Horizontal-Erdkollektoren auf rund 25 % reduziert werden, was bei beengten Grundstücken ein wesentlicher Vorteil ist. Nach einer wissenschaftlichen Untersuchung der Philipps-Universität Marburg erzielt das Hybridsystem eine Effizienzsteigerung um bis zu 33 % gegenüber herkömmlichen Wärmepumpen oder Gas-Brennwertgeräten. Durch die modulare Bauweise können die unterschiedlichen Einheiten der Hybridlösung auch nacheinander realisiert werden.
Für Niedrigenergiegebäude mit geringem Wärmebedarf hat Buderus eine regenerative Hybridlösung, bestehend aus der Warmwasser-Wärmepumpe „Logatherm WPT270/2“, dem Holzpelletofen „ivo tec“ von Wodtke sowie einer Photovoltaikanlage, entwickelt. Der Holzpelletofen sorgt in erster Linie für Heizungswärme. Zur Trinkwassererwärmung schaltet er sich erst dann ein, wenn die Bedingungen für die Warmwasser-Wärmepumpe nicht optimal sind. Und die Photovoltaik-Anlage deckt mehr als 60 % des Strombedarfs der Wärmepumpe. Für die Warmwasser-Wärmepumpe wird Buderus auf der ISH 2017 ein Nachfolgemodell vorstellen.
Viessmann hat eine Luft/Wasser-Wärmepumpe in Splitausführung im Angebot, die mit einem Holzpelletkessel bis 30 kW Leistung auch nachträglich kombiniert werden kann. Das wandhängende Hybridgerät „Vitocal 250-S“ bringt bis zu 16 kW Heizleis­tung, deckt die Grundlast und leistet bis zu 80 % der Jahresheizarbeit von Einfamilienhäusern. Spitzenlasten übernimmt der Holzpelletkessel. Sein Vorteil: Anders als die Luft/Wasser-Wärmepumpe ist er nicht auf die fluktuierende Umweltwärme angewiesen, sondern kann auf gespeicherte, Erneuerbare Energie in Form von Pellets zugreifen. Auch Heizungsanlagen, die bereits mit einem Öl- oder Gas-Brennwertkessel modernisiert wurden, können mit „Vitocal 250-S“ nachgerüstet werden.

Gesamtsystem entscheidend für Effizienz
Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit der Hybridheizung ist ein gut abgestimmtes Anlagenkonzept. Damit sich Einsparpotenziale auch wirklich realisieren lassen, sollten bestehende Anlagenteile optimiert werden. Dazu zählt der Einbau von Hocheffizienzpumpen, der hydraulische Abgleich, die Dämmung von Rohrleitungen und der Einsatz voreinstellbarer Thermostatventile.

Autorin: Almut Bruschke-Reimer, freie Energiejournalistin

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