Wie funktioniert ein Gas-Brennwertkessel und was sagt der Brennwert aus?
In unseren Wohnhäusern gilt wie überall in der Natur: Energie kann nicht verloren gehen. Treten Wärmeverluste auf, so hat sich die Wärmeenergie entweder in eine andere Energieform umgewandelt oder sie ist in die Umgebung diffundiert. Genau dieses physikalische Prinzip der Energieerhaltung machen sich Heizungssysteme mit Brennwertkessel zunutze. Der Energiegehalt (Brennwert) von Erdgas kann in einem Gas-Brennwertkessel nahezu vollständig genutzt werden.
Die besondere Eigenschaft von Brennwertkesseln
Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen wie Erdgas, Erdöl oder Kohle entsteht neben Kohlendioxid und Stickstoff auch heißer Wasserdampf. Üblicherweise gelangen sämtliche Abgase über den Schornstein ins Freie – und mit ihnen auch die im Wasserdampf gebundene Wärmeenergie. Im Gas-Brennwertkessel kann hingegen auch die sogenannte Kondensationswärme genutzt werden, wodurch sich der Nutzungsgrad deutlich verbessert. Diese besondere Eigenschaft des Brennwertkessels nennt man Brennwerteffekt.
Enormes Sparpotential durch den Brennwerteffekt
Um den Brennwerteffekt zu nutzen, muss der beim Verbrennungsvorgang entstehende heiße Wasserdampf im Gas-Brennwertkessel abgekühlt werden, bis er wieder zu Wasser kondensiert. Dies geschieht mithilfe eines Hochleistungswärmetauschers. Die heißen Abgase werden dabei an dem kälteren Heizwasser im Rücklauf sowie an der zur Verbrennung benötigten kalten Luft vorbeigeführt. Der kondensierende Wasserdampf gibt seine Kondensationswärme daraufhin an einen zweiten Wärmetauscher ab, über den das Heizungswasser vorgewärmt wird. Da bei der Kondensation ebenso viel Energie frei wird, wie zuvor beim Verdampfen gebunden wurden, nutzt ein Gas-Brennwertkessel die zugeführte Primärenergie somit äußerst effizient.
Gas Brennwertkessel: Nutzungsgrade nahe der physikalischen Grenze
Eine moderne Gasheizung erreicht mithilfe eines Gas-Brennwertkessels einen Wirkungsgrad von nahezu 100 %, bezogen auf den Brennwert von Erdgas. Manchmal wird in der Literatur auch ein Wirkungsgrad von bis zu 111 % angegeben. Selbstverständlich werden hier keine physikalischen Gesetze verletzt – die Angabe bezieht sich auf den sogenannten Heizwert von Erdgas. Da eine Nutzung der Kondensationswärme früher nicht möglich war, wurden die Nutzungsgrade von Heizanlagen häufig auf den sogenannten Heizwert bezogen, der jedoch geringer ist als der Brennwert.
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Was sagt eigentlich der Brennwert bei Erdgas?
Als Gaskunde haben Sie sich diese Frage vielleicht schon einmal gestellt: Was sagt eigentlich der Brennwert auf meiner Gasrechnung aus? Was diese Zahl bedeutet, wovon der Wert abhängt und welchen Einfluss er auf den Preis von Erdgas hat – wir liefern die Antworten auf brennende Fragen.
Brennwert gibt Energiegehalt von Erdgas an
Kurz und knapp: Der Brennwert ist ein Maß für den gesamten Energiegehalt, der im Erdgas steckt. Doch diese Energiemenge lässt sich allein durch das Verbrennen von Gas nicht vollständig nutzen. Ein Teil der Energie geht normalerweise als heißer Wasserdampf (Kondensationswärme) an die Umgebung verloren. Sie kann allerdings durch moderne Heizgeräte, sogenannte Brennwertkessel, zu einem Großteil rückgewonnen werden. Bezieht man sich nur auf die Energiemenge, die beim direkten Verbrennen frei wird, so spricht man vom Heizwert. Der Brennwert dagegen gibt an, wieviel Energie man aus Erdgas – theoretisch – gewinnen kann, wenn man zusätzlich die Kondensationswärme nutzt. Angegeben wird er in Kilowattstunden pro Kubikmeter (kWh/m3).
Gasqualität ist entscheidend
Warum kann sich dieser Wert ändern und ist von Ort zu Ort, ja von Stunde zu Stunde verschieden? Erdgas ist ein Naturprodukt und setzt sich aus verschiedenen Gasen zusammen, es ist kein chemisch einheitlicher Stoff. Den größten Anteil macht mit 80 bis 98 Prozent normalerweise das Methangas aus. Weitere mögliche Anteile sind Propan und Butan sowie die sogenannten Inertgase Kohlendioxid und Stickstoff. Der Brennwert dieser Gase ist sehr unterschiedlich. Die Gasqualität hängt somit von der exakten Zusammensetzung des Erdgases ab – und diese wiederum von der Herkunft und Förderquelle.
Im groben Schnitt schwankt der Brennwert zwischen 8 und 12 kWh/m3. Ergiebiges Erdgas mit mehr als 10 kWh/m3 stammt überwiegend aus russischen Quellen sowie aus der Nordsee. Das in Norddeutschland und den Niederlanden geförderte Gas befindet sich eher im unteren Spektrum.
So berechnen sich die Gaspreise
Gaskunden, die qualitativ „schlechteres“ Gas beziehen und dadurch einen höheren Gasverbrauch haben, müssen jedoch keine Mehrkosten befürchten. Der Grund: Die Gasversorger berechnen nur die tatsächlich nutzbare Energiemenge, den sogenannten Abrechnungsbrennwert. Da die Zähler jedoch das gelieferte Gasvolumen (in m3) messen, muss umgerechnet werden. In den Umrechnungsfaktor fließt neben dem Brennwert noch ein weiterer Faktor ein, die sogenannte Zustandszahl (z-Zahl). Diese Zahl berücksichtigt, dass das Volumen des Gases auch von Temperatur und Luftdruck abhängt. Kennt man sowohl das gelieferte Volumen als auch den durchschnittlichen Brennwert und die Zustandszahl, so lässt sich die vom Kunden genutzte Energiemenge – der Abrechnungsbrennwert – korrekt ermitteln.
Wie die Brennwertmessung funktioniert
Der tatsächliche Brennwert des Gases, das durch die Leitungen des Gasversorgers strömt, lässt sich jedoch nicht berechnen, sondern nur messen. Die dafür erforderlichen Messgeräte nennt man Prozessgas-Chromatografen, abgekürzt PGC. Sie sind an verschiedenen Einspeisepunkten im Gasnetz installiert. Da örtliche Gasversorger in der Regel eine Mischung aus verschiedenen Regionen und Förderquellen liefern, brauchen sie die Werte nicht immer selbst zu messen, sondern übernehmen häufig die Messungen ihrer Vorlieferanten.
