Heizungsumbau mit Brennwert- und Schichtladetechnik

Claus Ramsperger*

Immer mehr Bauherren entscheiden sich für moderne Brennwerttechnik, wenn die Heizung modernisiert werden soll. Wie auch in diesem konkreten Beispiel, bei dem der 20 Jahre alte konventionelle Gasheizkessel mit einem direkt befeuerten Warmwasserspeicher kombiniert wurde. Über kurz oder lang hätte die alte Heizungsanlage der Prüfung durch den Schornsteinfeger nicht mehr standgehalten und der Austausch des Oldtimers wäre spätestens am 1. November 2004 unvermeidbar gewesen. Dann endet die letzte Übergangsfrist, die der Gesetzgeber laut Bundes-Immissionsschutz-Verordnung (BImSchV) bestehenden Anlagen mit zu hohen Abgaswerten eingeräumt hat.

Wegen hoher Auskühl-, Oberflächen- und Abgasverluste lohnt sich der Austausch von veralteten Wärmeerzeugern gleich mehrfach. Alte Heizkessel sind in der Regel überdimensioniert, darum haben sie niedrige Nutzungsgrade. Bei modernen Heizgeräten ist die Vorlauftemperatur dem tatsächlichen Wärmebedarf angepasst. Dadurch ist die Auskühlung bei geringerer Auslastung wesentlich niedriger als bei alten, mit konstant hohen Temperaturen betriebenen Heizkesseln.

Modernisierer, die durch einen Umbau ihren Energieverbrauch senken wollen, haben die Wahl zwischen einer verbesserten Gebäudewärmedämmung und dem Austausch des alten Heizgeräts. Wer beides tut, profitiert von der größtmöglichen Brennstoffeinsparung und schont die Umwelt durch besonders geringe CO₂-Emissionen. Fehlen jedoch die Mittel, um beide Energie sparenden Maßnahmen durchzuführen, zeigt die Erfahrung aus der Praxis, dass man der Heizungsmodernisierung den Vorrang geben sollte, weil sich diese rasch durch die erzielte Energieeinsparung bezahlt macht. Zudem amortisiert sich die Investition des neuen Gerätes wesentlich schneller als die in eine Wärmedämmung. Wer den alten, konventionellen Wärmeerzeuger dennoch im Haus belässt und nur den Wärmebedarf durch Wärmedämmung senken will, muss zusätzlich Einbußen bei den Nutzungsgraden hinnehmen.

Vergleich konventioneller Speicher und Schichtladetechnik.

Kompakte Leistungsträger

Schon bei der Planung von Reihen- und Einfamilienhäusern wird darauf geachtet, dass die Technikräume zugunsten wertvollen Wohnraums so klein wie möglich gehalten werden. Dies gilt vor allem für Heizräume. Heizungs- und Warmwasseranlagen müssen deshalb so kompakt wie möglich sein, um den Einbau unterm Dach, im Keller oder im Hauswirtschaftsraum, also auch bei beengten Raumverhältnissen, realisieren zu können. Doch komfortable Heizung und Warmwasserbereitung muss nicht mit hohem Platzbedarf verbunden sein. Das beweisen Paketlösungen wie das bodenstehende Brennwert-Speicher-System Cerasmart Modul von Bosch/Junkers. Es kombiniert die Technik eines Gas-Brennwertgerätes und eines Schichtladespeichers. Bedienen kann der Nutzer das System mit einem integrierten witterungsgeführten Heizungsregler und vereint so hohen Wärme- und Warmwasserkomfort auf kleinem Raum. Darüber hinaus lassen sich Objekte wie Reihenhäuser oder Einfamilienhäuser durch einen großen Modulationsbereich komfortabel beheizen.

Erstaufheizung, NTC-Abgleich.

Solche Kompaktlösungen helfen zudem bei der Montage viel Zeit und damit Geld zu sparen: Die elektrischen Anschlüsse sind ab Werk vorverdrahtet und komplett anschlussfertig. Zudem kann der Installateur je nach Einbausituation die Cerasmart Modul wahlweise von links, von rechts, von oben oder von hinten anschließen. Damit sind solche Geräte für jede Installationsumgebung geeignet. Eine aufwendige Rohrleitungsführung ist nicht mehr nötig. Dies alles reduziert den Installationsaufwand erheblich.

Erhöhung der Leistungskennzahl N_L durch Schichtladetechnik.

Hoher Warmwasserkomfort inklusive

Auch in puncto Warmwasserkomfort haben die Geräte viel zu bieten: Dank der Brennwerttechnik spart der Betreiber der Anlage Energie und damit Betriebskosten - sogar bei der Warmwasserbereitung mit einem Normnutzungsgrad von bis zu 109 Prozent. Ein großer Modulationsbereich erlaubt hohe Brennerleistungen, die für eine komfortable Warmwasserversorgung erforderlich sind.

Montage der Abgasleitung vom Dach aus. Die Abstandshalter zentrieren die Leitung sauber in der Schachtmitte.

Bei der Schichtladespeichertechnik wird das Warmwasser außerhalb des Speicherbehälters erwärmt. Der herkömmliche Rohrwendelwärmetauscher wird durch einen Plattenwärmetauscher ersetzt, der sich im Heizgerät befindet und der niedrige Vor- und Rücklauftemperaturen sowie hohe Temperaturspreizungen garantiert. In Zahlen ausgedrückt: Mit etwa 65 bis 70 °C fließt das Heizungswasser bei Warmwasserbetrieb in den Plattenwärmetauscher, die Rücklauftemperatur zum Wärmeblock liegt bei etwa 35 bis 40 °C. Damit wird der Taupunkt von ca. 57 °C deutlich unterschritten, was im Wärmeblock die Heizgase optimal kondensieren lässt. Ganz anders bei konventioneller Speicherladung mit Rohrwendelwärmetauscher: Hier sind hohe Ladetemperaturen von circa 85 °C notwendig, sodass auch die Rücklauftemperatur meist über dem Taupunkt liegt. Dies hat zur Folge, dass bei der Warmwasserbereitung kein oder nur ein sehr geringer Brennwertnutzen erzielt wird. Der Schichtladespeicher erreicht durch Brennwertnutzung auch bei der Warmwasserbereitung einen um mindestens 17 Prozent höheren Wirkungsgrad im Vergleich zu konventionellen Speichern.

Die Umwälzung des Warmwassers während des Aufheizvorgangs geschieht über eine Schichtladepumpe im Trinkwasserkreis. Mit dieser Pumpe wird das kalte Wasser über den Plattenwärmetauscher geführt und im Gegenstromprinzip vom Heizungswasser auf die eingestellte Temperatur erwärmt. Das erwärmte Wasser wird von oben nach unten in den Speicher geschichtet und steht somit beim Zapfen sofort als Warmwasser zur Verfügung. Somit ist durch die gezielte Schichtung der Speicherladung eine effizientere Nutzung möglich.

Montage des Doppelrohrs mit Rohrschellen an der Decke. An jeder Umlenkung sitzt ein 90°-T-Stück mit Revisionsöffnung. So kann der Schornsteinfeger die Abgasleitung komplett überprüfen.

Für eine optimale Regelung und eine komfortable Funktion des Schichtladespeichers müssen die Temperaturfühler exakt messen. Der Schichtladespeicher arbeitet mit temperaturabhängigen NTC-Fühlern (Negative Temperature Coeffizient). Das heißt, in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur werden die entsprechenden Widerstandswerte an die Regelung gemeldet, die den Aufheizvorgang des Speichers überwacht. Die drei eingesetzten Temperaturfühler haben jeweils folgende Funktionen: Der erste Speichertemperaturfühler ist zum Einschalten und ein zweiter zum Abschalten des Warmwasservorrangs (NTC 1 und 2). Der dritte Warmwassertemperaturfühler am Plattenwärmetauscher regelt die Ladetemperatur. Sobald die Temperatur am NTC 2 um ca. 3,5 K unter der eingestellten Warmwassertemperatur liegt, schaltet das Heizgerät auf Warmwasservorrang. Das Heizgerät erwärmt den Plattenwärmetauscher. Liegt die Vorlauftemperatur des Heizgerätes um etwa 10 K über der eingestellten Warmwassertemperatur, geht die Schichtladepumpe in Betrieb und der Speicher wird erwärmt. Dabei regelt der NTC 3 die Ladetemperatur. Das Heizgerät wird durch den Schichttemperaturfühler NTC 1 abgeschaltet. Die Schichtladepumpe läuft ca. 5 Min. nach, um die Restwärme in den Speicher zu fördern. Die beiden Temperaturfühler NTC 1 und NTC 2 sind so angeordnet, dass bei einer Zapfmenge von weniger als sechs Litern der Warmwasservorrang nicht aktiviert und der Speicher nicht nachgeladen wird.

Die Funktion und Betriebsweise wird am Beispiel der Cerasmart Modul mit 7 bis 22 kW Leistung und einer Badewannenfüllung verdeutlicht: Für eine Badewannenfüllung werden 10 Liter pro Minute gezapft. Sinkt die Solltemperatur beim Entleeren des Speichers, schaltet der Temperaturfühler NTC 2 das Heizgerät ein. Das Wasser wird auf Solltemperatur erwärmt und mit 7 l/min. von oben in den Schichtladespeicher geschichtet. Das restliche Warmwasser von 3 Litern pro Minute (10 l - 7 l) wird aus dem Speicher entnommen. Wird die Badewannenarmatur wieder geschlossen, wird der Speicher mit 7 l/min. gefüllt bis der NTC 1 den Ladevorgang abschaltet. Die Schichtladepumpe läuft noch fünf Minuten nach. Dadurch wird die Restwärme genutzt und der Speicher komplett bis zum Speicherboden mit warmem Wasser gefüllt.

Abgasführung bei raumluftunabhängiger Betriebsweise mit Frischluftansaugung über den Schacht.

Dem Heizungsfachmann dient das Normblatt DIN 4708 als Grundlage zur Berechnung des Wärmebedarfs und zur Dimensionierung des Warmwasserbereiters. Die Größe des für ein bestimmtes Gebäude benötigten Warmwasserbereiters hängt von der Bedarfskennzahl N ab und lässt sich mit Hilfe der vom Gerätehersteller bereitgestellten technischen Unterlagen einfach ermitteln. Der für ein bestimmtes Gebäude mit entsprechender Personenzahl passende Warmwasserspeicher muss eine Leistungskennzahl N_L haben, die mindestens so groß ist wie die errechnete Bedarfskennzahl N. Mit anderen Worten: Die Leistungskennzahl N_L muss größer oder gleich der Bedarfskennzahl N sein.

Der Bedarf hängt von der Zahl der Einheitswohnungen ab. Ist die Leistungskennzahl N_L gleich 1, so ist das ausreichend für einen Norm-Haushalt mit 3,5 Personen und vier Räumen, der mit einer Badewanne von 150 Litern und zwei Warmwasserzapfstellen ausgestattet ist. Dabei werden die zwei weiteren Zapfstellen bei der Berechnung nicht berücksichtigt. Der Wärmebedarf der Einheitswohnung wird somit mit w = 5,82 kWh (100 l x 50 K x 1,163) angegeben, die Füllzeit der Badewanne mit zehn Minuten. Jede andere Wohnung kann entsprechend ihrer sanitären Ausstattung auf diese Einheitswohnung umgerechnet werden. Für einen Vier-Personen-Haushalt ergibt sich zum Beispiel eine Leistungskennzahl N_L von 1,3. Eine komfortable Warmwasserbereitung ist mit der Cerasmart Modul (3 bis 16 kW) garantiert, weil das Heizgerät über eine Leistungskennzahl von N_L 1,6 verfügt. Verglichen mit einem konventionellen Speicher schneidet die Schichtladetechnik damit deutlich besser ab, da sie mit einem 83-Liter-Schichtladespeicher auskommt. Für einen vergleichbaren Warmwasserkomfort benötigt ein konventioneller Speicher ein Volumen von 150 Liter. Bei gleicher Speichergröße bietet das neue Gerät damit eine deutlich höhere Zapfleistung pro Minute. Die Schichtladespeichertechnik nutzt die Vorteile von Speichern (Komfort) und Durchlauferhitzern (Wirkungsgrad).

Das kompakte Brennwertgerät integriert Heizung, Warmwasserspeicher und Regelung und spart dabei viel Platz im Keller.

Abgasabführung

Bei Brennwertgeräten besteht die Möglichkeit, die Abgase über einen Schacht oder Schornstein mit einer Abgasleitung abzuführen. Die Schächte müssen aus nicht brennbaren, formbeständigen Baustoffen bestehen und eine Feuerwiderstandsfähigkeit von mindestens 90 Minuten haben. Bei Gebäuden mit geringer Höhe genügt eine Feuerwiderstandsfähigkeit von 30 Minuten. Sie sollten aus einheitlichen Baustoffen bestehen. Der Schacht darf - ausgenommen im Aufstellraum des Heizgeräts - keine Öffnungen haben. Dies gilt nicht für die erforderlichen Reinigungs- und Prüföffnungen.

Für die Abgasabführung bei den Brennwertgeräten verwendet man Kunststoffrohre mit einer Zulassung bis 120 °C Abgastemperatur. Dieser Werkstoff lässt sich leicht verarbeiten. Es gibt dabei eine Vielzahl von Möglichkeiten der Abgasabführung: Abgasleitungen im Schacht, starr und flexibel, Abgasleitungen im Doppelrohr direkt über dem Dach oder im Freien an der Fassade. Beim Austausch Heizwert gegen Brennwert umgeht man mit der eingesetzten Abgasleitung eine teure Schornsteinsanierung. Zum Beispiel bei einer Abgasleitung im Schacht mit raumluftunabhängiger Betriebsweise wird die Verbrennungsluft über den Ringspalt im Kamin angesaugt (Gegenstromprinzip).

Wird die Abgasleitung in einen bestehenden Schornstein eingebaut, sind eventuell vorhandene Anschlussöffnungen baugerecht und dicht zu verschließen. Bevor die Abgasleitung installiert wird, muss der Schornsteinfeger die Innenfläche des bestehenden Schachts gründlich mechanisch reinigen, insbesondere wenn vorher eine Ölheizung installiert war. Bei raumluftunabhängiger Betriebsweise wird so verhindert, dass die Verbrennungsluft verunreinigt wird, was sich nachteilig auf die Verbrennungsgüte auswirken könnte.

Die Installation der Abgasleitung geschieht vom Dach aus. Am Schornsteinkopf werden die einzelnen Längen der Abgasleitungen miteinander verbunden und in den Schacht, unter Verwendung eines Seils als Montagehilfe, eingeführt. Dabei ist auf eine ausreichende Zahl von Abstandshaltern zu achten, die die Abgasleitung zentriert in der Schachtmitte halten.

Im Keller müssen je nach Länge der Verbindungsleitung vom Gerät bis zur Abgasleitung im Schacht weitere Reinigungsöffnungen eingebaut werden. Denn für den Schornsteinfeger müssen alle Teile der Abgasleitung einsehbar sein. Daher ist es ratsam, bei jedem Umbau den Schornsteinfeger frühzeitig über die Umbaumaßnahmen zu informieren und gegebenenfalls einen Termin vor Ort zu vereinbaren. Er wird auch zum Schluss die Abgasleitung abnehmen und eine Dichtheitsprüfung vornehmen.

Nach der Montage gibt es für den Installateur als Hilfestellung ein Protokoll zur Inbetriebnahme der Heizungsanlage. Es ist Bestandteil der technischen Unterlagen des Herstellers. Darin sind die Einstellungen vermerkt, die verändert werden können, um die Anlage an die Gegebenheiten vor Ort anzupassen. Der Installateur kann so sicher sein, nichts zu vergessen.

B i l d e r : Robert Bosch GmbH, Geschäftsbereich Junkers, Wernau

* Claus Ramsperger, Technischer Schulungsleiter Junkers/Bosch-Thermotechnik, Wernau

[Zurück] [Übersicht] [www.ikz.de]

Ein nicht mehr zeitgemäßes Heizsystem: Ein direkt befeuerter Warmwasserspeicher und ein separater Heizkessel mit jeweils einem Abgasrohr.