Große Leistung auf kleinen Flächen

Mit Nutzungsgraden bis 98 % (bezogen auf den Brennwert H_s, bis 109 % bezogen auf den Heizwert H_i) nutzen moderne Gas-Brennwertsysteme den Energiegehalt des Erdgases beinahe vollständig aus (Bild 2). Die Gas-Brennwerttechnik ist damit eine der effizientesten Technologien zur Energieumwandlung. Zugleich sind Gas-Brennwert-Wandgeräte technisch ausgereift, ihre Zuverlässigkeit hat sich millionenfach bewährt. Ob bei einer Modernisierung oder im Neubau, ob Einfamilienhaus, Etagenwohnung oder größeres Gebäude – Gas-Brennwert-Wandgeräte eigenen sich für beinahe jede Anwendung und jeden Leistungsanspruch.

Stand der Gerätetechnik

Dabei ist die Gas-Brennwerttechnik besonders wirtschaftlich. Die Investition in ein modernes Gas-Brennwert-Wandgerät kann sich schon nach etwa fünf bis sieben Jahren amortisieren. Bei regenerativen Energiesystemen wie Sole/Wasser-Wärmepumpen und Pelletskessel sind für die Installation in der Regel dreimal höhere Kosten zu veranschlagen und etwa doppelt so lange Amortisationszeiten.

Außerdem können Wärmepumpen oder Pelletskessel aus praktischen Erwägungen nicht in jedem Fall eingesetzt werden: Wo ein Grundstück von ausreichender Größe für Erdsonden bzw. Erdkollektoren nicht zur Verfügung steht, fehlt bereits die Grundvoraussetzung für den Betrieb einer erdgekoppelten Wärmepumpe. Und Pelletskessel benötigen einen geeigneten Lagerraum für Pellets, der groß genug ist, um die Jahresbrennstoffmenge einlagern zu können.

Moderne Verbrennungsregelungen wie zum Beispiel „Lambda Pro Control“ gewährleisten, dass die Gas-Brennwerttechnik besonders zuverlässig und grundsätzlich zukunftssicher ist. Durch eine solche Verbrennungsregelung können die Geräte problemlos und ohne Aus­wir­kungen auf den Wirkungsgrad auch Gase biogener Herkunft verbrennen, die dem Erdgas beigemischt werden. „Lambda Pro Control“ misst permanent mit Hilfe für der für die Flammüberwachung bereits vorhandenen Ionisationselektrode die elektrische Leitfähigkeit der Gasflamme, was Rückschlüsse auf die Luftzahl Lambda und damit auf die momentane Qualität der Verbrennung zulässt. Wechselnde Gasqualitäten, aber auch Luftdruckschwankungen sowie Veränderungen des Strömungswiderstandes in der Zuluft- und Abgasleitung erkennt „Lambda Pro Control“ und regelt sie automatisch durch Korrigieren der Gaszufuhr aus (Bild 3).

Ein weiteres Merkmal zeitgemäßer Gas-Brennwert-Wandgeräte bzw. Wandgeräte-Kaskaden sind Regelungen, die mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgestattet, eine Überwachung und Beeinflussung aller wichtigen Anlagenparameter aus der Ferne via Internet erlauben. So ist es einem Fachbetrieb möglich, sich jederzeit einen Überblick über den Anlagenzustand zu verschaffen und Einstellungen zu ändern. Treten Störungen auf, sendet die Kesselregelung automatisch eine Meldung an das Servicepersonal – auch abends und am Wochenende. Das bedeutet ein deutliches Plus für die Anlagenverfügbarkeit und reduziert die Wartung vor Ort auf das tatsächlich erforderliche Maß. Mit dem Anschluss weiterer Komponenten wie Gasdruckwächter, Gas-Warngeräte, Rauchmelder, Raumthermostate und Wärmemengenzählern wird die Anlage zu einem bedeutenden Baustein der Gebäudeautomation.

Auch im größeren Leistungsbereich steht eine breite Auswahl kompakter Gas-Brennwert-Wandgeräte zur Verfügung, die eine zentrale Wärmeversorgung größerer Gebäude mit höherem Wärmebedarf ermöglichen. So wird beispielsweise das Gas-Brennwert-Wandgerät Vitodens 200-W auch mit Nenn-Wärmeleistungen von 45, 60, 80 und 105 kW angeboten. Die darin verwendeten Komponenten – Zylinderbrenner mit Edelstahl MatriX-Gewebe und einem Modulationsbereich von 1:4, Verbrennungsregelung Lambda Pro Control sowie die Inox-Radial-Heizfläche aus Edelstahl Rostfrei – haben sich seit Jahren tausendfach bewährt und gewährleisten einen effizienten, umweltschonenden und zuverlässigen Betrieb (Bild 4).

Wandgeräte-Kaskade für Leistungen über 100 kW

Sind noch höhere Heizleistungen erforderlich, so bietet sich die Anordnung von zwei bis vier Gas-Brennwert-Wandgeräten als Kaskade an. Durch die Anordnung in Kaskaden mit zwei und mehr Wandgeräten kann die Leistung eines einzelnen Gerätes entsprechend vervielfacht werden. So können beispielsweise bis zu vier, in einer Kaskade angeordnete Brennwert-Wandgeräte mit einer Einzelleistung von jeweils 105 kW einen Leistungsbedarf bis zu 420 kW abdecken (Bild 5).

Mit einer modernen, witterungsgeführten Kaskadenregelung wie zum Beispiel der Vitotronic 300-K kann die gesamte Nenn-Wärmeleistung aller angeschlossenen Wandgeräte bis hinunter zur kleinstmöglichen Leistung eines einzelnen Wandgerätes abgerufen werden. Damit wird der Modulationsbereich einer Anlage aus z. B. vier Vitodens 200-W mit jeweils 105 kW Nenn-Wärmeleistung drastisch erweitert und reicht von 30 kW bis zu 420 kW. Die Regelung ermöglicht auch eine Kaskadenstrategie, die den Brennwertnutzen maximiert: Jedes Einzelgerät wird so lange wie möglich im Teillastbetrieb gefahren, um eine hohe Kondensationsrate zu erreichen. Erst wenn alle Geräte der Kaskade zugeschaltet sind und eine weitere Steigerung der Heizleistung gefordert wird, werden alle Wandgeräte gemeinsam hochmoduliert (Bild 6).

Einfach einzubringen, flexibel aufzustellen

Gegenüber einer Einkessel-Lösung bietet die Wandgeräte-Kaskade unter anderem den Vorteil der einfacheren Einbringung. Vor allem bei der Heizungsmodernisierung in bestehenden Gebäuden können die örtlichen Gegebenheiten die Einbringung eines einzelnen, größeren Kessels erheblich erschweren oder auch unmöglich machen. Enge Türen, schmale Flure und Treppen sowie niedrige Aufstellräume sind Hindernisse für die Einbringung, die oftmals überhaupt nicht oder nur durch aufwändige Baumaßnahmen und dem Einsatz teurer Kranfahrzeuge überwunden werden können. Eine Kaskade aus mehreren Gas-Brennwert-Wandgeräten bietet sich in solchen Fällen als kostensparende Alternative an. Wo ein großer Heizkessel nicht mehr durchpasst, lassen sich die kompakten Wandgeräte in der Regel problemlos einbringen. Ihr im Vergleich zu einem größeren bodenstehenden Heizkessel geringeres Gewicht erleichtert den Transport zusätzlich. So kann zum Beispiel der Vitodens 200-W (rund 65 bis 83 kg, je nach Leistungsgröße) von zwei bis drei Personen getragen werden.

Aus den gleichen Gründen – problemloser Transport und einfache Einbringung – bieten sich Gas-Wandgeräte-Kaskaden auch für den Einsatz in Dachheizzentralen und Zwischenetagen in Geschossbauten an. Die Einzelgeräte lassen sich vergleichsweise problemlos auch über schmale und steile Treppen befördern sowie in niedrigen und engen Aufstellräumen unterbringen. Eine Vierer-Kaskade wiegt je nach Ausstattung zum Beispiel etwa 350 kg, weshalb gewöhnlich die zulässige Deckenbelastung nicht überschritten wird. Gegebenenfalls ist ein Statiker mit der Prüfung der Lastverhältnisse zu beauftragen.

Ein weiterer Vorteil der Wandgerätekaskaden sind ihre flexiblen Aufstellmöglichkeiten. Neben der Installation an der Wand können die Brennwertgeräte auch wie in Bild 7 dargestellt auf Montagerahmen frei in der Heizzentrale aufgestellt werden. Dabei ist sowohl eine Reihenanordnung als auch eine Blockaufstellung („Rücken zu Rücken“-Montage, Bilder 7 und 8) möglich. Insbesondere die Blockaufstellung eignet sich sehr gut als Ersatz für alte Gas-Spezialheizkessel – sie benötigt zumeist weniger Platz und für den Anschluss an das bestehende Rohnetz sind in der Regel nur geringe Anpassungen erforderlich. Für die verschiedenen Kaskaden-Varianten stehen komplette, aufeinander abgestimmte System-Units mit Vor- und Rücklaufverteiler, hydraulischer Weiche, Kaskadenregelung und Abgas-Sammelführung zur Verfügung.

Niedrige Betriebsgeräusche erlauben Betrieb in Wohnraumnähe

Ein weiterer guter Grund für den Einsatz von modernen Gas-Brennwert-Wandgeräte-Kasakaden sind ihre niedrigen Betriebsgeräusche. In der Vergangenheit wurden zur Beheizung großer Geschossbauten häufig atmosphärische Gaskessel in Dachheizzentralen oder – zur Re­duzierung der statischen Höhe – in Zwischenetagen eingebaut. Die Nähe zu Wohnungen und in leichter Ausführung gebaute Zwischendecken macht es erforderlich, dass bei einer Modernisierung die neu zu installierenden Wärmeerzeuger ebenfalls möglichst leise arbeiten. Moderne Gas-Brennwert-Wandgeräte mit einer Verbrennungsregelung wie „Lambda Pro Control“ bieten hier sowohl als Einzelgerät als auch in der Kaskade den Vorteil eines geräuscharmen und leisen Betriebs. Die Verbrennungsregelung verhindert zuverlässig thermoakustische Geräusche, wie sie u. a. durch Schwankungen im Verbrennungsprozess verursacht werden, und reduziert gegenüber Gas-Brennwertgeräten ohne eine solche Regelung die Gebläsedrehzahlen, was die Geräuschemissionen deutlich verringert. Zusätzlich trägt die gekapselte Bauweise der Geräte zur weiteren Geräuschminderung bei.

 Verfügbarkeit der Heizungsanlage

In Wohn- und Bürogebäuden, in Hotels und Kliniken muss sichergestellt sein, dass die Wärmeversorgung und Warmwasserbereitung dauerhaft gewährleistet ist. Für Anlagenbetreiber, bei denen Störun­gen der Wärmeerzeugung zu Folgekosten, Beeinträchtigungen von Betriebsabläufen oder zu nachhaltigen Zwischenfällen führen können, steht deshalb die Verfügbarkeit der Heizungsanlage an erster Stelle. In diesen Fällen bieten Gas-Wandgerätekaskaden die besonderen Vorteile der Mehrkesselanlagen. Bei Störungen oder Außerbetriebnahme eines Wandgerätes – zum Beispiel zu Wartungszwecken – wird die Wärmeversorgung durch das bzw. die anderen Geräte aufrechterhalten. Dies ist in der Regel ohne Beeinträchtigungen möglich: Heizungsanlagen werden über das Jahr betrachtet nur zu etwa 6 % im Voll-Lastbetrieb gefahren, so steht in der übrigen Zeit ausreichend Leistung für den Notbetrieb zur Verfügung.

Kombination mit Solaranlagen

Der Einbau einer thermischen Solaranlage ist – neben dem Einsatz eines effizienten Brennwertsystems – eine der wirkungsvollsten Maßnahmen, die Betriebskosten einer Heizungsanlage nachhaltig zu senken. So spart eine Solaranlage zur Trinkwassererwärmung in Ein- und Zweifamilienhäusern im Jahr bis zu 60 % der für die Warmwasserbereitung benötigten Energie ein. Solaranlagen zur Trinkwassererwärmung in größeren Mehrfamilienhäusern, Wohnheimen, Hotels usw., die häufig Kollektorflächen von über 30 m² benötigen, erzielen Deckungsraten von 30 bis 40 %. Insbesondere diese größeren Anlagen sind aus betriebswirtschaftlicher Sicht sehr interessant, da sie einerseits hohe Energieeinsparungen ermöglichen und andererseits mit steigender Anlagengröße die spezifischen Systemkosten pro Quadrat­meter Kollektorfläche sinken. Hinzu kommt die finanzielle Förderung im Rahmen des Marktanreizprogramms, die eine Investition in solche Anlagen unterstützt. Aus diesen Gründen sollte bei Neubau und Modernisierung immer geprüft werden, ob die Installation einer Solaranlage in Frage kommt.

Für die Kombination von Gas-Brennwert-Wandgerätekaskaden mit thermischen Solaranlagen stehen abgestimmte Systemlösungen zur Verfügung, die Planung und Ausführung erheblich vereinfachen (Bild 9). Bei der dargestellten Anlage wird die von der Kollektoranlage (A) in Wärme umgewandelte Sonnenenergie an den Heizwasser-Pufferspeicher (B) abgegeben. Die Regelung der Speicherbeladung erfolgt durch Temperaturdifferenzmessung zwischen Kollektorfeld und Speicher über die Solarregelung (C). Vor den Speicher-Wassererwärmer (F) ist ein Vorwärmspeicher (E) geschaltet, der über die Wärmetauschereinheit (D) beladen wird. In diesem Vorwärmspeicher werden die Schwankungen des Warmwasserverbrauchs gepuffert. Steht nicht genügend solare Wärme zur Verfügung, kann das Trinkwasser im Speicher-Wassererwärmer von der Wandgerätekaskade (G) nachgeheizt werden.

Fazit

Moderne Gas-Brennwert-Wandgeräte sind hocheffizient, kompakt und wirtschaftlich. Intelligente Verbrennungsregelungen gewährleisten darüber hinaus den sicheren, effizienten und geräuscharmen Betrieb – auch bei wechselnden Gasqualitäten, bei Zumischung von Biogas oder anderen Gasarten, die durch die Liberalisierung der Gasmärkte eingespeist werden. Sind größere Leistungen gefragt, stehen auch Einzelgeräte mit Leistungen von 45, 60, 80 und 105 kW zur Verfügung.

Mit Wandgeräte-Kaskaden lässt sich die verfügbare Leistung bis über 400 kW steigern. Gas-Brennwert-Wandgerätekaskaden bieten gegenüber großen Einzelkesseln unter anderem den Vorteil der wesentlich unproblematischeren Einbringung und Aufstellung bei beengten Platzverhältnissen, wodurch sie sich sehr gut für den Einbau in Dachheizzentralen und Zwischenetagen in Geschossbauten eignen. Geringe Betriebsgeräusche ermöglichen auch den Einsatz in der Nähe von Wohnräumen. Flexible Aufstellungsmöglichkeiten in Reihen- oder Blockanordnung und darauf jeweils abgestimmte System-Units erleichtern die Installation zusätzlich.

Auch für die Kombination mit einer thermischen Solaranlage sind passende Systemlösungen verfügbar. So ermöglichen moderne Gas-Brennwert-Wandgerätekaskaden die effiziente und zukunftssichere Wärmeerzeugung.