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Gas-Brennwertkessel im Expertencheck: Technik, Nachrüstung, Kosten und Emissionen

Wie ist ein Gas-Brennwertkessel aufgebaut und nach welchem Prinzip funktioniert er? Lässt sich ein Gas-Brennwertkessel in jede Heizungsanlage integrieren? Mit welchen Kosten ist zu rechnen? Schont ein Gasbrennwertkessel die Umwelt?

Noch heizen die meisten Verbraucher hierzulande mit Gas. Im Schnitt sind diese Gaskessel mehr als 20 Jahre alt. Wer einen Kesseltausch plant, sollte zumindest auf die effizienteste Gasheizungstechnik setzen, die derzeit am Markt verfügbar ist: Gas-Brennwerttechnik. Wir erklären Ihnen in diesem Artikel, wie ein Gas-Brennwertkessel arbeitet, was Sie beim Einsatz eines solchen in Ihrer Bestandsheizung beachten und mit welchen Kosten Sie für einen Gas-Brennwertkessel rechnen müssen.

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Technik von Gas-Brennwertkesseln im Überblick

Ein Gas-Brennwertkessel, den man auch Gas-Brennwerttherme oder kurz: Gastherme nennt, gilt als energieeffizienter Wärmeerzeuger und als Weiterentwicklung der Niedertemperaturtechnik. Vergleicht man ihn mit herkömmlichen Gasheizkesseln älterer Baujahre und Niedertemperaturkesseln, spart er deutlich Brennstoff und somit die daraus resultierenden Heizkosten. Die Heizkosten-Ersparnis gegenüber der Niedertemperaturheizung wird pro Jahr auf zehn Prozent, gegenüber alten Gasheizkesseln sogar pro Jahr auf dreißig Prozent beziffert. Der Gas-Brennwertkessel wird nach seinem Erfinder Richard Vetter im Übrigen auch Vetter-Ofen genannt.

Es gibt heute Brennwertheizkessel für die unterschiedlichen Brennstoffarten Gas, Öl und Holz (Holzpellets). Von den genannten arbeitet ein Gas-Brennwertkessel, der Erdgas verfeuert, mit dem höchsten Nutzungsgrad, was sicher auch ein Grund dafür ist, dass die gasbetriebenen Kessel von den Brennwertkesseln insgesamt den Löwenanteil ausmachen.

Gas-Brennwertkessel gibt es als bodenstehenden Heizkessel und als Geräte zur Wandmontage, wobei die leistungsfähigeren Geräte mit entsprechend größerem Wasserinhalt eher zu den freistehenden als zu den an der Wand hängenden gehören. Für die Planung der Heizungsanlage mit Gas-Brennwertkessel zu bedenken ist auch, dass freistehende Geräte mehr Platz einnehmen als solche zur Wandmontage.

Schnittbild des wandhängenden Gas-Brennwertkessels Brötje EcoTherm Plus WGB-M EVO (Foto: August Brötje GmbH, Rastede)
Schnittbild des wandhängenden Gas-Brennwertkessels Brötje EcoTherm Plus WGB-M EVO (Foto: August Brötje GmbH, Rastede)

Aufbau & Funktionsweise

Wie bei anderen Heizkesseln auch erhitzt der Gas-Brennwertkessel das Heizwasser mit der Wärme, die er mit dem Verbrennen des Brennstoffs Gas erzeugt. Anders als bei herkömmlichen Gasheizungen werden die heißen Abgase, die im Verbrennungsprozess entstehen, nicht ungenutzt in den Schornstein geleitet, sondern genutzt.

Ein Großteil dieser Abgase ist heißer Wasserdampf. Die Brennwerttechnik macht sich diese Wärme des Wasserdampfs zunutze, um das Heizwasser damit zusätzlich zu erwärmen. Um das zu realisieren, muss der heiße Wasserdampf jedoch zunächst kondensieren. Das passiert bei Temperaturen, die unter 56 Grad Celsius liegen. Werden die Abgase der Erdgasverbrennung bis zu dieser Kondensationstemperatur abgekühlt, kondensieren sie und setzen Kondensationswärme frei.

Gas-Brennwertkesseln gelingt diese Aufgabe, weil sie einen speziell dafür geschaffenen Abgas-Wärmetauscher besitzen. Das Kondenswasser (auch Kondensat genannt), das dabei abfällt, hat einen sauren pH-Wert und wird fortgeleitet. Bei einem Gasbrennwertkessel der Leistungsklasse bis zu 200 Kilowatt (kW) darf das Abwasser in die Abwasserleitung geführt werden, ohne es vorher zu neutralisieren. Entsprechend braucht eine Heizungsanlage mit Gas-Brennwertkessel einen Abwasseranschluss.

Rücklauftemperaturunabhängiger Gas-Brennwertkessel

Gas-Brennwertkessel, die rücklauftemperaturunabhängig betrieben werden, kommen wie bei Niedertemperaturheizungen mit hoher Vor- und Rücklauftemperatur zum Einsatz. Dabei wird das Abgas erst einmal auf etwa 65 Grad Celsius heruntergekühlt, indem man das Heizwasser damit vorwärmt. Es wird anschließend vom Gasbrenner weiter erhöht, bis es die Temperatur hat, die man braucht, um den Raum wie gewünscht zu beheizen.

Nach der ersten Abkühlung gelangt das Abgas in einen Kunststoffwärmeübertrager, in dem es sich weiter abkühlt und infolgedessen kondensiert. Die Kühlung erfolgt, weil die Wärme an die frische Luft übertragen wird, die zum Verbrennungsprozess benötigt und deshalb zugeführt wird. Dank der vorgewärmten Frischluft läuft der Verbrennungsprozess effizienter ab und die Brennwertnutzung (Kesselwirkungsgrad) steigt.

Rücklauftemperaturabhängiger Gas-Brennwertkessel

Anders als beim eben beschriebenen rücklauftemperaturunabhängigen Gas-Brennwertkessel wird die bei der Kondensation freigesetzte Wärme beim rücklauftemperaturabhängigen Gas-Brennwertkessel nicht der Verbrennungsluft zugeführt, sondern stattdessen direkt dem Heizwasser. Das macht es nötig, dass das Heizsystem bei kühleren Temperaturen arbeitet, damit der Brennwert gut genutzt wird. Die Rücklauftemperaturen liegen hier optimalerweise bei unter 50 Grad Celsius.

Das rücklaufende Wasser strömt dafür zunächst durch einen nachgeschalteten Wärmeübertrager hindurch, in dem das Abgas abgekühlt wird, so dass es kondensiert. Dann fließt das inzwischen erwärmte Heizwasser in den Wärmeübertrager, der im Gas-Brennwertkessel sitzt, so dass es bis auf die gewünschte Vorlauftemperatur erwärmt wird. Bei dieser Betriebsart ist ein hydraulischer Abgleich nötig, um so den Gas-Brennwertkessel optimal einstellen und betreiben zu können.

Überhitzungsschutz

Gas-Brennwertkesseln für die Wandmontage dient als Schutz vor Überhitzung eine sogenannte Überströmeinrichtung zwischen Vorlauf und Rücklauf. Dort schließen sie unter bestimmten Betriebsbedingungen kurz. Infolgedessen erhöht sich die Rücklauftemperatur, was zugleich den Effekt des Brennwerts mindert. Mit einer niedrigen Vorlauftemperatur lässt sich dem entgegenwirken – dennoch ist dies eher eine behelfsmäßige Lösung, die technische Grenzen hat.

Insbesondere Heizungsanlagen, die hydraulisch abgeglichen sind, kommen des Öfteren in den Zustand, in dem die Überströmeinrichtung aktiv wird, da bei ihnen jeder Heizkörper nur mit der tatsächlich nötigen Menge an Heizwasser beliefert wird. Infolgedessen fließt weniger Wasser zum Gas-Brennwertkessel zurück, dafür umso mehr über das Überstromventil. Brennwertkessel ohne Mindestvolumenstrom, die frei am Boden stehen, brauchen eine wie beschriebene Überstromeinrichtung nicht.

Modulationsgrad

Gas-Brennwertkessel werden heute als modulierende Geräte angeboten. Die Leistung wird dann je nach Bedarf angepasst. So wird das typische Takten reduziert und es ergeben sich weitere Effizienzeinsparungen beim Erdgasverbrauch. Während einige Kessel mit zweifachen Modulationsgraden auskommen, so bietet die Mehrzahl der Gasheizungs-Hersteller Regelverhältnisse von 1:3 und 1:4 an. Mit steigendem Modulationsgrad des Gas-Brennwertkessel steigt jedoch nicht die Effizienz in ebensolchem Maße. Die höheren Kosten für einen sehr fein modulierenden Kessel stehen daher nicht immer im Verhältnis zu den damit zusätzlich eingesparten Heizkosten.

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GasBrennwertkessel in Bestandsheizung integrieren

Die Verbraucherschützer von Stiftung Warentest raten zu einem Gaskesseltausch, wenn der alte Gaskessel 15 Jahre und mehr auf dem Buckel hat. Ein Gas-Brennwertkessel lässt sich in eine bestehende Heizungsanlage integrieren. Dabei sind folgende Aspekte zu beachten:

Anforderungen an den Schornstein

Beim Einbau eines Gas-Brennwertkessels in Bestandsgebäude wird häufig ein neuer Edelstahl-Schornstein an der Außenseite der Fassade errichtet. (Foto: energie-experten.org)
Beim Einbau eines Gas-Brennwertkessels in Bestandsgebäude wird häufig ein neuer Edelstahl-Schornstein an der Außenseite der Fassade errichtet. (Foto: energie-experten.org)

Die Abgase, die ein Gas-Brennwertkessel ablässt, haben nur noch Temperaturen von kühlen 40 Grad Celsius (circa-Angabe). Das heißt, die thermischen Prinzipien wie der Schornsteineffekt funktionieren bei der Brennwerttechnik nicht mehr wie bei herkömmlichen Gasheizungsanlagen, wo die Abgase deutlich heißer sind. Deshalb haben Gas-Brennwertkessel ein Gebläse, das die Abgase gezielt ableitet. Damit das problemlos gelingt, sollte auch die Abgasleitung einen möglichst geringen Durchmesser haben.

Solche für das Heizen mit Gas-Brennwertkesseln geeigneten Abgasführungen können auch im Nachhinein in den bestehenden Kamin eingezogen werden. Sie können sowohl aus Kunststoff als auch aus Edelstahl gefertigt sein – Materialien also, denen das saure Kondensat nichts anhaben kann. Gut zu wissen: Einen klassischen Kamin braucht der Gas-Brennwertkessel nicht unbedingt, ihm reichen auch Schächte in Leichtbauweise, durch die hindurch die Abgasleitungen nach außen geführt werden. Alternativ lässt sich die Abgasleitung sogar an der Außenfassade des Hauses anbringen.

Fußbodenheizung und Heizkörper

Zu einem Gas-Brennwertkessel als Wärmeerzeuger passen wärmeabgebende Bauteile (im klassischen Sinn: Heizkörper) wie bei Niedertemperaturheizungen. Idealerweise sind das Flächenheizungsanlagen wie Fußbodenheizungen. Denn dann lässt sich ein Gas-Brennwertkessel mit geringer Vorlauftemperatur wie Rücklauftemperatur betreiben – was seinen hohen Wirkungsgrad, sprich: seine Effizienz, begründet. Insofern kommen nachträglich in Altbauten eingebaute Gas-Brennwertkessel ziemlich gut mit den dort noch immer üblichen überdimensionierten Heizkörpern zurande.

Warmwasserbereitung

Wer will, kann mit dem Gas-Brennwertkessel natürlich neben dem Heizwasser auch das Brauchwasser (Trinkwasser) erwärmen, das an den Zapfstellen des Haushaltes nachgefragt wird. Die Warmwasserbereitung läuft entweder nach dem Durchlauferhitzerprinzip oder dank eines in den Heizungskreislauf integrierten Warmwasserspeichers. Letzterer macht vor allem dann Sinn, wenn mehrere Zapfstellen zu beliefern sind, da die Durchlauferhitzertechnik dann nicht ausreichend Schüttleistung liefern würde.

Kombination von Gas-Brennwertkesseln mit Solarthermie

Erdgas-Brennwertkessel und Solarthermie sind eine besonders sparsame Heiztechnik-Kombination. Dabei wird über Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren eine Solarflüssigkeit in einem geschlossenen, zirkulierendem Kreislauf erhitzt, von dem aus diese Solarwärme an den mit dem Gas-Brennwertkessel gekoppelten Kombispeicher abgegeben wird.

Je nach Konfiguration dieses Systems wird die so gewonnene Sonnenwärme dann zur Heizungs- und/ oder Brauchwasserunterstützung genutzt. Bis zu 60 % des Jahresbedarfs an Energie für die Warmwasserbereitung können so durch die Sonnenenergie übernommen werden. Wird die Sonnenwärme auch zur Heizungsunterstützung genutzt, können bis zu 20 % der gesamten Wärmeerzeugung über die Sonne gedeckt werden.

Im Gebäudebestand liegt der Fokus der Solarwärmenutzung auf der Unterstützung der Warmwasserbereitung. Eine Heizungsunterstützung kann jedoch insbesondere in Verbindung mit Flächenheizungssystemen wie einer Fußbodenheizung einen weiteren Beitrag zur Heizkostensenkung leisten. Im Neubau ist eine Kombination von Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung sinnvoll.

Experten-Tipp: Mit einer Kombination aus Gas-Brennwertkessel und Solarwärme lassen sich häufig die gesetzlichen Anforderungen aus der EnEV und dem EEWärmeG kostengünstig erfüllen. Auch der Einsatz von Bio-Erdgas ist ohne Umrüstung und in jeder Beimischung bis zu 100 % möglich.

Kosten von Gas-Brennwertkesseln im Überblick

Investitionskosten

Gas-Etagenheizungen, die mit Brennwerttechnik arbeiten, gibt’s ab 3.000 Euro zu kaufen. Für einen größeren Gas-Brennwertkessel liegen die Investitionskosten inklusive Installation zwischen 6.000 und 8.000 Euro. Anlagen mit Warmwasserspeicher sind in Abhängigkeit von der Größe (Speichervolumen) und Bauform des Speichers zwischen 800 und 1.500 Euro teurer. Hinzu kommen noch etwa 1.000 Euro für die Installation einer brennwerttechnikfähigen Abgasleitung. Für eine Kombination aus Erdgas-Brennwertkessel und Solarthermieanlage für ein Einfamilienhaus liegen die Investitionskosten inklusive Installation je nach System zwischen 12.000 und 15.000 Euro.

Heizkosten

Erdgas-Brennwertkessel zählen mit zu den wirtschaftlichsten Wärmeerzeugungssystemen am Markt. Ersetzt man in einem Einfamilienhaus mit rund 45.000 kWh/a Erdgasverbrauch einen mehr als 25 Jahre alten Gas-NT-Kessel durch einen modernen mit Erdgas betriebenen Brennwertkessel, kann sich eine Brennstoffkostenersparnis von bis zu 20 % (rund 500 Euro) pro Jahr ergeben. Ersetzt man in diesem Beispiel den alten Gas-NT-Kessel durch eine Kombination aus Erdgas-Brennwertkessel und Solarthermieanlage, kann sich eine Brennstoffkostenersparnis von bis zu 1000 Euro pro Jahr ergeben.

Umweltemissionen von Gas-Brennwertkesseln

Gas-Brennwertkessel erzielen Wirkungsgrade von rund 110% und schonen damit auch die Umwelt. Sie stoßen damit besonders wenige Schadstoffe wie Stickstoffoxide und Kohlenmonoxid aus und benötigen wenig elektrische Zusatzenergie für Steuerung und Pumpen. Laut Stiftung Warentest liegt der Stromverbrauch im Brennwertkesselbetrieb zwischen 50 und 100 Watt, im Standby-Betrieb zwischen 4 und 10 Watt. Sie emittieren beispielsweise rund 14 Prozent weniger klimaschädliche Treibhausgase, als ein herkömmlicher Erdgas-Niedertemperaturheizkessel. Im Vergleich zu einer Heizung auf Heizöl-Basis reduziert ein moderner Gas-Brennwertkessel die Gesamtumweltbelastungen um die Hälfte.

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"Gas-Brennwertkessel im Experten-Check" wurde am 19.09.2016 das letzte Mal aktualisiert.