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Energieträger

Allgemeines:

Energieträger werden in der Gebäudetechnik für die Wärmeerzeugung (Brennstoffe, elektrischer Strom) und/oder den Betrieb der Anlagentechnik (el. Strom) eingesetzt.
Es handelt sich dabei in erster Linie um Biomasse (d.h. Pellets, Scheitholz oder Hack- schnitzel), elektrischen Strom, Heizöl, Erd- und Flüssiggas sowie in der Zukunft möglicherweise Wasserstoff :

Biomasse:

- Pellets

Pellets werden aus zerkleinertem Stamm- oder Restholz hergestellt, das ohne Bindemittel zu 8 bis 30mm langen Presslingen mit einem Durchmesser von 6mm verarbeitet wird.
Der Vorteil besteht in der Möglichkeit, den Brennstoff über Schnecken oder Sauggebläse automatisch aus dem Lagerraum bzw. -behälter zu transportieren. Dadurch werden Pellets- heizungen zum vollwertigen Ersatz für klassische Öl- und Gasheizungen.
Zwar ist der Reinigungs- und Betreuungsaufwand etwas höher, da wie bei jeder Bio- masseverbrennung Asche anfällt und die Anlagenmechanik aufwändiger ist, aber durch moderne Austragungssysteme müssen die Kessel oftmals nur noch ein- bis zweimal jährlich entleert werden.
Damit die Heizung störungsfrei, mit hohem Wirkungsgrad und mit möglichst geringer Staub- entwicklung betrieben wird, ist neben einer regelmäßigen Wartung vor allem die Qualität der Pellets entscheidend. Die Abmessungen, der Staubanteil und der Feuchtegehalt (kleiner 10%) sowie die Holzqualität müssen der DIN-Norm 51731 bzw. ÖNORM M 7135 entsprechen.

- Scheitholz

Scheitholz wird überwiegend dort eingesetzt, wo der Brennstoff ohnehin vorhanden ist, also vor allem bei Waldbesitzern. Es gibt aber natürlich auch die Möglichkeit, Scheitholz bereits gebrauchsfertig zu kaufen.
Entscheidend für die Qualität der Verbrennung ist der Feuchtegehalt, der möglichst unter 20% liegen sollte. Frisches Holz erreicht diesen Wert meist erst nach 2 bis 3 Jahren Lagerung.
Außerdem sollten die Scheite nicht zu groß sein. Solange zwei Männerhände das Scheit noch umfassen können, ist die Verbrennung in einem modernen Holz-Vergaserkessel kein Problem.
Entspricht der Brennstoff nicht den o.g. Anforderungen, kommt es zu schlechtem Zünd- verhalten, unvollständiger Verbrennung sowie zur Verpechung des Brennraums und der nachgeschalteten Wärmetauscherflächen, die nur schwer wieder entfernt werden kann.

Der Nachteil beim Einsatz von Scheizholz ist natürlich die manuelle Beschickung des Kessels. Die Nachheizintervalle können zwar über einen ausreichend dimensionierten Pufferspeicher verlängert werden, aber es ist kein automatischer Betrieb, z. B. bei Krankheit oder im Sommer, wenn lediglich das Warmwasser bereitet werden muss, möglich.
Optimal wäre für solche Fälle die Kombination mit einem Gas-, Öl- oder Pelletskessel bzw. einer automatischen Zündeinrichtung - wobei der Brennraum natürlich vorher gefüllt werden muss.

Der große Vorteil ist aber, dass Holz zu 100% ein nachwachsender Rohstoff ist, der zwar viel Handarbeit und Zeit bis zum Einheizen erfordert, aber mit wenig Fremdenergie-Einsatz hergestellt werden kann.

- Hackschnitzel und Miscantus

Der Vorteil von Hackschnitzeln besteht darin, dass sie mit geringerem Aufwand als Pellets, aber trotzdem maschinell hergestellt werden können.
Hackschnitzel haben keine so einheitliche Struktur wie Pellets, der Ascheanteil ist meist etwas höher und es können unter Umständen noch Fremdstoffe enthalten sein. Daher kommt für die Raumaustragung nur ein Rührwerk in Frage, das den Brennstoff in eine Schnecke zum Kessel befördert.
Hackschnitzelheizungen sind vor allem in Leistungsgrößen ab 50kW verbreitet. Bei kleineren Anlagen werden meistens Pelletskessel verbaut, weil hier einfachere Lösungen für die Lagerung und die Beförderung zum Kessel möglich sind.

Bei einigen Hackschnitzelkesseln darf auch Miscantus (Chinaschilf) verbrannt werden. Es wird bis zu 4 Meter hoch, hat einen hohen Brennwert und bringt ausgewachsen einen Ertrag von etwa 20 Tonnen Trockenmasse pro Hektar. Die Pflanzen können mehrere Jahre lang abgeerntet werden. Während des Winters fallen die Blätter ab. Die Stiele haben dann meist nur noch einen Feuchtegehalt von 20% und sind nach der Zerkleinerung für die Verbrennung geeignet.

Elektrischer Strom:

Strom wird in der Gebäudetechnik für Direkt- oder Speicherheizungen, den Antrieb von Wärmepumpen und den Betrieb von Regelungen, Pumpen, Mischern u.ä. eingesetzt.

Elektrischer Strom wird entweder in Kraftwerken mit niedrigem Wirkungsgrad oder von wetterabhängigen Photovoltaik- und Windkraftanlagen produziert. Ein weiteres Problem ist die schwierige Speicherung.
Da Akkus für große Energiemengen zu teuer sind, werden Pump-Speicher-Kraftwerke gebaut. Bei niedrigem Strombedarf im Netz kann dort Wasser aus einem niedrigen Gewässer in einen hoch gelegenen Speichersee gepumpt werden. Bei zusätzlichem Strombedarf fließt das Wasser über Turbinen wieder zurück. Solche Kraftwerke können allerdings nicht überall und in ausreichender Zahl gebaut werden.
Daher sind Einsparmaßnahmen wie der Einsatz effizienter Geräte und ein bewusster Umgang mit elektrischem Strom so wichtig.

Heizöl:

Das in Deutschland erhältliche Heizöl EL (extra leicht) schwefelarm ist ein bewährter Brennstoff, der beim Einsatz in modernen Brennwertkesseln kein aggressives Kondenswasser mehr erzeugt und auch keine Neuralisationsanlage benötigt.
Ältere Brenner müssen für diese Heizöl-Qualität aber unter Umständen nachgerüstet werden.
Um den Anteil erneuerbarer Energien beim Heizen zu erhöhen, kommt Heizöl mit bis zu 10% Bioöl-Anteil auf den Markt. Allerdings vertragen das nur dafür freigegebene Ölkessel und -Brenner.

Die Heizöl-Lagerung erfolgt in der Regel in Kunststofftanks, die zu Batterien zusammen- geschlossen werden können, um die Kapazität zu erhöhen. Wasser, UV-Licht und Bakterien führen zur Alterung des Öles. Moderne Tanks sind deshalb strahlungs- und geruchsdicht. Trotzdem sollte man eine zu lange Lagerung vermeiden.
Mit der Zeit bildet sich am Boden eine Schlammschicht. Diese Verunreinigungen können zu Anlagenstörungen führen. Das Heizöl sollte dann durch Spezialfirmen gereinigt werden.
Heizöl ist ein wassergefährdender Stoff. Daher muss bei einwandigen Tanks eine dichte Auffangwanne gemauert und dreimal mit Spezialfarbe gestrichen werden. Alternativ gibt es doppelwandige Tanks, die ihre Auffangwanne bereits integriert haben, was eine deutliche Vereinfachung bei der Installation darstellt.

Erd- und Flüssiggas:

Erdgas besteht zum größten Teil aus Methan CH4, das leichter als Luft ist. Bei der vollständigen Verbrennung (Oxidation) entstehen CO2 und H2O. Bei Brennwertkesseln wird das Abgas dann bis unter den Taupunkt des Wassers abgekühlt. Das H2O verflüssigt sich und gibt dabei Kondensationswärme ab, wodurch die Verbrennung deutlich effektiver wird.
Wichtig für eine gute Verbrennung ist eine gleichmäßige Vermischung mit der Verbrennungs- luft. Das ist bei Erdgas besonders einfach und auf kleinstem Raum möglich. Daher sind moderne Gaskessel so kompakt, dass sie in der Regel an der Wand hängen können.

Bei Flüssiggas ist der mögliche Brennwertnutzen etwas geringer, da es aus langkettigen Kohlenwasserstoffen besteht. Dadurch ist das Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff kleiner. Propan (C3H8) und auch Butan (C4H10) sind schwerer als Luft und können unter Druck verflüssigt werden. Es besteht somit die Möglichkeit, Flüssiggas mit relativ kleinem Volumen in mobilen Behältern und in ober-, unter- oder halboberirdischen Tanks zu lagern. Um es wieder gasförmig werden zu lassen, verringert ein Regler den Druck. Anschließend kann es über die Gasleitung zum Verbraucher geführt werden.

Wasserstoff:

Ähnlich wie bereits in der Automobilbranche, laufen auch bei Heiztechnik-Herstellern parallel zur Weiterentwicklung vorhandener Systeme Versuche mit Brennstoffzellen. Darin wird Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser und elektrischer Energie umgesetzt - und zwar ohne Verbrennung.
Mit dieser abgasfreien und umweltfreundlichen Energieerzeugung hofft man, zukünftig in vielen Bereichen mit hohem Wirkungsgrad arbeiten zu können.

Obwohl die ersten Vorgänger der heutigen Brennstoffzellen bereits Mitte des 19. Jahrhunderts gebaut wurden, sind einige technische und logistische Probleme noch nicht gelöst.
Der direkte Einsatz von Wasserstoff ist schwierig, da Produktion, Transport und Lagerung nicht in ausreichender Kapazität vorhanden sind. In Pilotanlagen wird bei Brennstoff- zellen-BHKWs daher meist Erdgas verwendet, das im sogenannten Reformer in Kohlen- monoxid und Wasserstoff zerfällt. Dieses Gemisch oxidiert in der Brennstoffzelle zu Kohlendioxid und Wasser. Dabei entstehen elektrischer Strom und Wärme.
Mittlerweile wird auch versucht, Wasserstoff aus Heizöl oder Biomasse zu gewinnen.
Auf den großen Fachmessen haben mehrere Hersteller bereits Vorserienmodelle vorgestellt, aber noch nicht auf den Markt gebracht.

Jedenfalls wird die Entwicklung auf diesem Gebiet spannend bleiben. Vor allem auch, weil für solche Anlagen Kenntnisse in Heizungs- und Elektrotechnik erforderlich sind - und die haben wir!