Die Technologie eines Gasbrennwertkessels

Der Gasbrennwertkessel weist einen höheren Wirkungsgrad auf als die zuvor gängigen Heizkessel. Bei einem Gasheizkessel wird gebundene chemische Energie in Wärme umgewandelt, indem das zugeführte Erdgas durch eine Brennflamme verbrannt wird. Diese Flamme erhitzt einen Wärmetauscher, in dem Wasser zirkuliert. Das aufgeheizte Wasser fließt durch die Heizkörper im gesamten Haus und sorgt so für eine angenehme Wärme. In älteren Versionen von Gaskesseln, wie dem Niedertemperaturkessel, wurden die bei der Verbrennung entstehenden Abgase einfach nach außen abgeleitet. Die immer noch über hundert Grad heißen Gase wurden dabei ungenutzt in die Atmosphäre entlassen. Durch einen Kniff schafft es der Gasbrennwertkessel, auch diese heißen Abgase zur Beheizung des Hauses zu nutzen.

Die Themen im Überblick:

• Funktionsweise eines Gasbrennwertkessels
• Unterschiedliche Betriebsweisen
• Im Wasserdampf steckt viel Energie
• Der Trick mit dem zweiten Wärmetauscher
• Was bringt der Gasbrennwertkessel
• Notwendige und sinnvolle Ergänzungen für einen Gasbrennwertkessel

Funktionsweise eines Gasbrennwertkessels

Grundsätzlich besteht ein Gasbrennwertkessel bzw. ein Gas-Brennwertgerät aus einem Brenner, einem Brennraum, einem Wärmeübertrager und einem Abgasrohr. Um Feuchtigkeit und Korrosion standzuhalten, werden diese Elemente häufig aus einer Aluminium-Silizium-Legierung oder Edelstahl hergestellt. Nach der Verbrennung im Brenner wird die entstandene Wärme über den Wärmeübertrager an das Heizwasser abgegeben. Durch ein Rohrsystem und eine Umwälzpumpe gelangt die Wärme zu den Heizkörpern.
Übrigens: Manche Bauherren und Sanierer sorgen sich um die Sicherheit von Gasheizungen. Bei fachgerechter Installation und regelmäßiger Wartung besteht jedoch kein Risiko.

Unterschiedliche Betriebsweisen

Eine sichere Luftzufuhr ist entscheidend für den Verbrennungsprozess und einen störungsfreien Betrieb. Ein Gas-Brennwertgerät ermöglicht sowohl raumluftabhängigen als auch raumluftunabhängigen Betrieb. Letzterer ist relevant, wenn kein Heizraum oder Keller im Gebäude vorhanden ist. In diesem Fall ist das Gas-Brennwertgerät vergleichsweise kompakt. Raumlufunabhängiger Betrieb bedeutet jedoch einen Raumverlust im Wohnbereich und führt zu Einschränkungen in der Warmwasserbereitstellung, obwohl Wärme und Warmwasser kürzere Wege zurücklegen und somit weniger Wärme verloren geht.
Gasbrennwertkessel nutzen Wasserdampf als zweiten Energieträger
Der zweitgrößte Energieträger im Erdgas neben dem gebundenen Kohlenstoffgas ist Wasserdampf. Dieser gelangt auf zwei Arten ins Erdgas: Natürlicherweise ist Wasserdampf als Restfeuchte im Erdgas enthalten, bereits in den Lagerstätten und zusätzlich durch die langen Transportwege und Verdichterstationen. Ein geringer Wasseranteil ist daher bei der Lieferung und Verarbeitung von Erdgas unvermeidlich. Zusätzlich entsteht Wasserdampf beim Verbrennen von Erdgas.

Im Wasserdampf steckt viel Energie

Erdgas besteht größtenteils aus Methan (CH4). Bei der Verbrennung eines Methanmoleküls (CH4) mit zwei Sauerstoffmolekülen (2 x O2) entstehen ein Kohlendioxidmolekül (CO2) und zwei Wasserstoffmoleküle (H2O). Das bei der Verbrennung entstandene Wasser ist mit expandierendem und heißem Dampf gefüllt, der viel Energie enthält.
Um mehr über alternative Brennstoffe für Gasbrennwertkessel zu erfahren, lesen Sie unseren Artikel über Biogas.

Der Trick mit dem zweiten Wärmetauscher

Der Trick beim Gas-Brennwertkessel besteht darin, das heiße Abgas durch Wärmetauscher (Abgaswärmetauscher) zu leiten, bis der gebundene Wasserdampf kondensiert und abgeschieden ist. Der Gasbrennwertkessel nutzt einen physikalischen Effekt: Beim Erreichen des Taupunkts gibt das vorher gasförmige Wasser bei der Kondensation Energie ab. Dies entspricht dem umgekehrten Effekt der Verdunstungsenergie und -kälte, den man an einem heißen Tag beim Verlassen des Wassers spürt. Das verdampfende Wasser auf der Haut entzieht der Umgebung Wärmeenergie. Wenn das Wasser jedoch den umgekehrten Weg geht, von gasförmig zu flüssig, gibt es seine gespeicherte Wärmeenergie wieder an die Umgebung ab.
Heizwasser wird durch das Abgas vorgewärmt
Der Gasbrennwertkessel leitet das heiße Rauchgas vom Brenner durch einen zweiten Wärmetauscher, der vom zurückströmenden Heizungswasser soweit abgekühlt wird, dass das Abgas kondensiert und Wärme freigibt. Dadurch wird das ohnehin zu erwärmende Heizwasser vorgewärmt und der Wirkungsgrad erhöht. Das entstehende Kondenswasser tropft vom Wärmetauscher ab und fließt in die Kanalisation.

Was bringt der Gasbrennwertkessel

Obwohl die technische Umsetzung komplex klingt, ist sie in der Praxis einfach. Der Effizienzgewinn ist jedoch beeindruckend: Der Gasbrennwertkessel kann satte acht Prozent mehr Wärmeenergie aus dem gelieferten Erdgas extrahieren. Das erhöht den Wirkungsgrad des Gas-Brennwertgeräts auf bis zu 98 Prozent.
Kann der Wirkungsgrad weiter gesteigert werden?
Ein Wirkungsgrad von 98 Prozent ist nicht mehr zu übertreffen. Allerdings kann die Abwärme eines Gasbrennwertkessels zur Energieerzeugung genutzt werden. Durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) kann die Abwärme mithilfe eines Stirlingmotors in Bewegungsenergie umgewandelt und durch den angeschlossenen Generator in Elektrizität umgewandelt werden. Solche technisch effizienten Lösungen stehen bereits für Einfamilienhäuser zur Verfügung. Der Buderus Kombispeicher HS 750 bietet eine zusätzliche Möglichkeit, die Effizienz weiter zu steigern und die Wärmeenergie optimal zu nutzen.

Notwendige und sinnvolle Ergänzungen für einen Gasbrennwertkessel

Die vergleichsweise kühlen Abgase eines Gasbrennwertkessels können Umbaumaßnahmen erforderlich machen, insbesondere am Schornstein. Insbesondere ältere Gebäude, die noch keine Zentralheizung oder keinen Brennwertkessel haben, müssen bei der Umrüstung vom Schornsteinfeger untersucht werden. In der Regel muss das Abgas durch ein wärmeisoliertes und feuchteunempfindliches Rohr geleitet werden, das bei älteren Häusern nachgerüstet werden muss, um die Versottung des
Schornsteins zu verhindern.

Großflächige Heizkörper begünstigen die Brennwerttechnik

Eine umfassende Dämmung von Fassade und Dach sowie moderne Fenster können den Heizenergiebedarf weiter senken. In Kombination mit einer Solarthermieanlage ist ein Pufferspeicher unverzichtbar. Damit die Brennwerttechnik funktionieren kann, muss das Rücklaufwasser möglichst kühl sein. Dies kann durch großflächige Heizkörper oder eine Fußbodenheizung erreicht werden. Ein hydraulischer Abgleich ist ebenfalls sinnvoll für einen Gasbrennwertkessel.

Fazit

Eine intelligente Lösung für effizientes Heizen: Der Gasbrennwertkessel steigert den Wirkungsgrad eines Heizsystems erheblich. In Kombination mit einer nachhaltigen Wärmedämmung, Wärmespeichern und gegebenenfalls sogar einer KWK-Anlage ist das Gas-Brennwertgerät in Sachen Effizienz und Nachhaltigkeit kaum zu übertreffen.