Shell Heating Study

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HEIZTECHNIK
Shell BDH Hauswärme-Studie
Heiztechnik
11
Wärmeabgabe
Smart Home
Solarthermie
Brennwertkessel Wärmepumpe
HYBRIDISIERUNG
Systemoptimierung
STROMMARKT
2
Wärmespeicherung
und -verteilung
Integration Wärme-
und Strommarkt
2/Schnittstellen und INtegration
Heiztechnik
Heizsysteme –
Technik und Potenziale
Unter Heiztechnik werden die zur Erzeugung
von Wärme in Wohngebäuden
eingesetzten Geräte und Technologien
verstanden. Zentrale Funktion von Heiztechnik
ist es, Brennstoffe bzw. Energieträger
möglichst effizient in Nutzwärme
für Heizung und Warmwasser umzuwandeln.
Während Einzelheizungen als Zusatzheizungen
eine eher untergeordnete Rolle spielen,
dominieren heute zentrale Heizungsanlagen.
Diese bestehen aus einem Wärmeerzeuger,
der Wärme an zentraler Stelle erzeugt,
welche in der Regel mittels Wasser durch ein
(Zwei-)Rohrsystem zu den angeschlossenen
Heizflächen in den Wohnraum geführt wird.
Heizungsanlagen können nach verschiedenen
Gesichtspunkten unterteilt werden. Nach
der Art des verwendeten Energieträgers
unterscheidet man zwischen Gas-, Öl- und
Festbrennstoffheizungen, Fernwärme- und
Stromheizungen sowie solarthermischen
Anlagen. Festbrennstoffheizungen als
Einzelfeuerstätten mit Holz und/oder Kohle
dominierten lange Zeit im Wohnbereich.
Diese wurden in der Zeit des „billigen Öls“
in den sechziger Jahren zunehmend von
Ölheizungen abgelöst. Mit dem Aufkommen
von Erdgas als Energieträger setzten sich
in den achtziger Jahren Gaskessel durch.
Inzwischen sind ca. 80% aller zentralen
Heizsysteme entweder Gas- oder Ölheizungen.
Diese werden teilweise durch solarthermische
Anlagen zur Warmwasserbereitung/
Heizungsunterstützung ergänzt. Nachts von
Grundlastkraftwerken erzeugter Strom wurde
in Nachtspeicheröfen eingesetzt, Fernwärme
aus Heizwerken bzw. Heizkraftwerken von
Fernwärmeheizungen abgenommen.
Doch nicht nur die verwendeten Brennstoffe,
auch die Heiztechnik selbst hat sich in den
vergangenen Jahrzehnten stark verändert.
Der Standard- bzw. auch Konstanttemperaturkessel
für Öl- und Gasheizungen wurde
zunächst von der Niedertemperatur- und später
von der Brennwerttechnik abgelöst. Seit
1998 sind Standard- bzw. Konstanttemperaturkessel
für Öl und Gas nicht mehr zulässig,
heute ist der Einsatz von Niedertemparaturund
Brennwertkesseln möglich. Während
Nachtspeicheröfen auslaufen (sollen), etablieren
sich zunehmend elektrische Wärmepumpen
im Wohnungsneubaubereich. Holz erlebt
mit dem Holzvergaserkessel, dem Pelletkessel,
dem Hackschnitzelkessel oder auch mit
Einzelfeuerungen (Kaminöfen) eine gewisse
Renaissance. Weitere neue Heiztechniken
wie brennstoffbetriebene Wärmepumpen
oder auch die Brennstoffzelle befinden sich
in der Markteinführung bzw. kurz davor. Der
Ausbau einer netzgebundenen Wärmeversorgung
erfolgt heute vorrangig im Nahwärmebereich.
Die Erzeugung von Nah- und
Fernwärme erfolgt bei modernen Anlagen oft
auf Basis von Kraft-Wärme-Kopplung.
Im Folgenden werden Stand und Perspektiven
aktueller und künftiger Heiztechniken
untersucht. Dabei werden Funktionsweise und
technische Anforderungen, Einsatzgebiete
bzw. -grenzen, jeweiliger Stand der Technik
sowie Markttrends und Perspektiven dargestellt.
Zu den wichtigsten Heiztechniken der
Gegenwart gehören Gas- und Öl-Brennwerttechnik,
solarthermische Anlagen, elektrische
Wärmepumpen und Holzkessel. In der Markteinführung
bzw. kurz davor befinden sich
Mikro-KWK-Anlagen, brennstoffbetriebene
Wärmepumpen und Brennstoffzellengeräte.
Heiztechniken, die Wärme außerhalb des
Gebäudes erzeugen (Nah- und Fernwärme),
1/Heiztechnik im Wandel (Neugeräte)
H 2
Standardkessel
Holzstandardkessel
Niedertemperaturkessel
Brennwertkessel
Mikro-/Mini-KWK
Brennstoff-Wärmepumpen
Solarthermie
Holzvergaserkessel/Pelletkessel
Nachtspeicheröfen
Elektrische Wärmepumpen
werden nicht näher dargestellt, wohl aber im
Szenario betrachtet.
Den Stand moderner Heiztechnik bildet der
Neugerätemarkt ab. Einen Überblick über
die Präsenz verschiedener Heiztechniken im
Neugerätemarkt gibt Abbildung 1. Für einen
Technologiewechsel im Heizgerätebestand
bedarf es erheblicher Zeiträume. Zunächst
müssen sich neue Heiztechniken im Neugerätemarkt
durchsetzen, anschließend dann
Brennstoffzelle
1980 1990 2000 2010 2020 2030
im Gerätebestand. Heizungsanlagen weisen
Lebensdauern von 20 Jahren und mehr auf.
Heiztechniken, die vom Neugerätemarkt
bereits verschwunden sind, sind im Bestand
meist noch lange vorzufinden. So befinden
sich heute noch rund 2,5 Mio. Gas- und Öl-
Standardkessel im Heizungsbestand, obwohl
sie seit etwa 15 Jahren nicht mehr eingebaut
werden dürfen.
Effiziente Heiztechnik ist zur Erzielung substanzieller
Energie- und Treibhausgaseinsparpotenziale
notwendig, reicht allein aber nicht
aus. Hierfür müssen alle Komponenten des
Heizungssystems aufeinander abgestimmt
sein. Wärmeerzeugung, Wärmespeicherung,
Wärmeverteilung und Wärmeübertragung
sind als Gesamtsystem zu betrachten.
Wichtige Fragestellungen hierzu, wie die
Integration verschiedener Wärmeerzeuger
in eine Heizungsanlage (Hybridisierung), die
Systemoptimierung (Heizungsregelung, Hocheffizienzpumpe
und hydraulischer Abgleich),
die Warmwasserbereitung, deren Bedeutung
bei effizienteren Gebäudestandards immer
wichtiger wird, Lüftungsanlagen sowie die
verstärkte Integration von Hauswärme- und
Stromerzeugung (Smart-Grid/Smart-Home)
werden im Anschluss an die Wärmeerzeuger
diskutiert.