Wirkungsgrad: Berechnungen, Beispiele und Sonderfälle

Der Wirkungsgrad eines Kessels ist einer von 3 Basiswerten, von denen aus Rückschlüsse auf die Leistung einer Heizungsanlage mit Brennstoffnutzung zu ziehen sind. Der Gesamtwirkungsgrad der Heizung setzt sich zusammen aus:

  • Wirkungsgrad des Kessels
  • Feuerungsleistung
  • Jahresnutzungsgrad

wirkungsgrad der heizung an einer grafik erklärt

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.

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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.

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.

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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.

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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 tatsächliche 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.

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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.