Der Wirkungsgrad einer Heizung ist ein entscheidender Faktor für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit des gesamten Heizsystems. Er gibt an, wie viel der zugeführten Energie tatsächlich in nutzbare Wärme umgewandelt wird. Ein hoher Wirkungsgrad bedeutet, dass die Heizung effizient arbeitet und weniger Energie verschwendet wird, was sowohl ökonomische als auch ökologische Vorteile mit sich bringt.
Verschiedene Heizsysteme wie Gasheizungen, Ölheizungen, Wärmepumpen und Solarthermieanlagen haben unterschiedliche Wirkungsgrade, die von der Technologie und den Betriebsbedingungen abhängen. In diesem Text werden die Grundlagen des Heizungswirkungsgrads, die Faktoren, die ihn beeinflussen, und die Möglichkeiten zur Optimierung der Heizleistung näher erläutert.
Mit dem Wirkungsgrad des Kessels (Qn) wird gemessen, wie viel der im Brennstoff enthaltenen Energie verbrannt wird. Der Qn-Wert berücksichtigt unvollständige Verbrennungen, Energieverluste durch die Abgase und durch die Kesseloberfläche. Der Feuerungsgrad (Qf) berücksichtigt nur die Abgasverluste und liegt über dem der Kesselwirkung. Der allgemeine Wirkungsgrad einer Heizung mit Brenner entsteht aus dem Teilen des Qn durch den Qf. Wenn ein Kessel 15 Kilowatt (kW) Nennleistung produziert und der Feuerungsgrad beziehungsweise die Leistung 17 kW erreicht, ergibt die Beispielrechnung: 15 geteilt durch 17 = 0,88, also 88 Prozent.
Heizungsarten im Vergleich
Der Wirkungsgrad variiert je nach Heizsystem und kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden. Hier ein Überblick über die Wirkungsgrade gängiger Heizungssysteme:
- Wärmepumpen: COP von 3 bis 5 (300% bis 500%)
- Ölheizungen: 85% bis 95%
- Brennstoffzellenheizungen: Gesamtwirkungsgrad bis zu 90%
- Solarthermieanlagen: 30% bis 70%
- Gasheizungen: 90% bis 98%
- Pelletheizungen: 85% bis 95%
Wärmepumpen
Der Wirkungsgrad von Wärmepumpen wird oft durch den sogenannten COP (Coefficient of Performance) ausgedrückt, der typischerweise zwischen 3 und 5 liegt. Das bedeutet, dass für jede Kilowattstunde (kWh) elektrischer Energie, die die Wärmepumpe verbraucht, 3 bis 5 kWh Wärmeenergie erzeugt werden. Der Wirkungsgrad hängt stark von der Quelle der Umweltwärme (Luft, Wasser, Erdreich) und den Betriebsbedingungen ab.
Ölheizungen
Moderne Ölheizungen erreichen Wirkungsgrade von etwa 85% bis 95%. Ein hoher Wirkungsgrad bedeutet, dass bis zu 95% der im Heizöl enthaltenen Energie in Wärme umgewandelt werden. Der Wirkungsgrad kann durch die Art des Brenners, die Qualität des Öls und die Wartung der Anlage beeinflusst werden.
Brennstoffzellenheizungen
Brennstoffzellenheizungen haben einen elektrischen Wirkungsgrad von etwa 40% bis 60% und einen Gesamtwirkungsgrad (kombiniert mit der Nutzung der Abwärme) von bis zu 90%. Diese Systeme nutzen chemische Reaktionen zur Erzeugung von Strom und Wärme, was sie besonders effizient macht. Der Wirkungsgrad hängt von der Art der Brennstoffzelle und der Nutzung der erzeugten Wärme und Elektrizität ab.
Solarthermieanlagen
Der Wirkungsgrad von Solarthermieanlagen liegt zwischen 30% und 70%, abhängig von der Kollektortechnologie und den klimatischen Bedingungen. Solarthermieanlagen wandeln Sonnenenergie in Wärme um, wobei die Effizienz stark vom Standort und der Ausrichtung der Kollektoren abhängt. Der Wirkungsgrad ist höher in sonnenreichen Regionen und bei optimaler Ausrichtung und Neigung der Kollektoren.
Gasheizungen
Moderne Gasheizungen, insbesondere Brennwertkessel, erreichen Wirkungsgrade von 90% bis 98%. Brennwerttechnik nutzt zusätzlich die im Abgas enthaltene Wärme, um den Wirkungsgrad zu steigern. Der Wirkungsgrad kann durch die Qualität des Gases, die Art des Kessels und die Wartung beeinflusst werden.
Pelletheizungen
Pelletheizungen haben Wirkungsgrade von etwa 85% bis 95%. Sie verbrennen Holzpellets und nutzen die dabei entstehende Wärme zur Beheizung von Gebäuden. Der Wirkungsgrad hängt von der Qualität der Pellets, der Verbrennungstechnik und der Wartung der Anlage ab.
Faktor Zeit
Bei einer Heizung wechseln sich die Vollbetriebs- und Ruhephasen und Übergangszeiten mit Bereitschaftsbetrieb ab. Im Jahresnutzungsgrad wird der Faktor Zeit berücksichtigt. Zugrunde gelegt wird die tatsächlich verbrauchte Menge Brennstoff und die darin enthaltene Energie. Die Zielwärmemenge wird mit der tatsächlich ausgegebenen Wärmemenge verrechnet. Die ausgegebene Wärmemenge wird durch die Brennstoffwärmemenge geteilt.
Wenn ein Brennstoff Energie für 40.000 kW in einem Jahr enthält und die ausgegebene Wärme 35.000 kW beträgt, entsteht folgende Beispielrechnung: 35.000 geteilt durch 40.000 = 0,875, also 87,5 Prozent.
Nutzungs- und Wirkungsgrad vergleichen
Wichtig ist beim Planen und Vergleichen von Heizungen mit Brennern, dass immer die gleichen Werte gegenübergestellt werden. Der Jahresnutzungsgrad ist nicht im Vorhinein zu ermitteln. Dafür gibt es einen weiteren Wert, den sogenannten Normnutzungsgrad. Der Normnutzungsgrad wird als theoretischer Wert eines Kessels ermittelt und hilft beim Vergleich der Kessel. Er stellt für die Berechnung der Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage aber nur einen Wert dar.
Der angestrebte bestmögliche potenzielle Jahresnutzungsgrad muss anhand von Eigenschaften des Brennstoffs, der Anlagendimension, dem Wärmebedarf und den örtlichen Heizgewohnheiten umgesetzt werden. Das Ergebnis ist frühestens nach dem ersten regulären Betriebsjahr verfügbar. Dabei ist zu beachten, dass erst die „Praxiswerte“ wie Feuerungsgrad und Kesselwirkungsgrad tatsächlich zu verlässlichen Verlustangaben führen. Normnutzungsgrade berücksichtigen diese nicht.
Kesselbasiswert und fortführende Kalkulation
Um die Werte von Brennwertkesseln beurteilen zu können, sollten Sie auf händler- und herstellerseitig angegebene Erfahrungswerte zurückgreifen. Moderne und hochwertige Heizkessel verlieren durch Abgase und Abstrahlung weniger als 1 Prozent zwischen Qn und Qf. Im Umkehrschluss ergibt das einen Heizwirkungswert von mindestens 99 Prozent.
Die zeitabhängigen Bereitschaftsverluste in Übergangszeiten oder unregelmäßigen Kälteperioden stellen eine Variable dar. Sie werden im nachträglich möglichen Jahresnutzungsgrad dargestellt. Intelligente und ressourcenschonende Heizungssteuerungen für moderne Brennwertgeräte können bei optimierter Einstellung auf die individuelle Heizsituation Verbrauchs- und Effizienzdifferenzen von bis zu 20 Prozent erzeugen.
Sonderfall Wirkungsgrad Solarthermie
Eine technisch andere Methode der Ausbeutung von Energie wird im Wirkungsgrad einer Solarthermie erfasst. Der „Brennstoff“ Sonnenlicht wird eingefangen und umgewandelt. Die im Sonnenlicht enthaltene Energie kann bis zu etwa der Hälfte als tatsächliche Energie verwendet werden. Auch hier existiert ein Jahresnutzungsgrad, der sich im stärkeren Maße als bei Brennkesseln für andere Brennstoffe bewegt.
Vereinfacht gesagt kommt bei Schlechtwetter der Nutzungsgrad zum Erliegen und beträgt in sonnigen Sommermonaten bis zu 50 Prozent. Im Jahresmittel beuten solarthermische Anlagen zwischen 30 und 40 Prozent der tatsächlich „aufgetroffenen“ Energie aus. Das reicht, um im Sommer die Warmwasserversorgung zu gewährleisten und für eine bis zu 30 Prozent geringere Heizkostenabrechnung zu sorgen.