Was ist eine Gasheizung und wie funktioniert sie?

Die Gasheizung ist die mit Abstand beliebteste Heizungsform in Deutschland. Knapp die Hälfte aller bundesweit im Einsatz befindlichen Anlagen sind Gasheizungen. Deren Geschichte reicht dabei bis ins 18. Jahrhundert zurück. Bereits im Jahr 1716 entwickelte der Schwede Marten Trivald die erste gasbetriebene Warmwasserheizung. Erst um 1900 verbreitete sich die Gasheizung auch in Privathaushalten. Seither hat sich in Sachen Heiztechnik viel getan. Dieser Artikel versucht zu ergründen, warum sich die Gasheizung bis heute ungebrochener Beliebtheit erfreut. Wo liegen ihre Vorteile? Wie funktioniert eine Gasheizung überhaupt und wie sieht der aktuelle Stand der Technik aus?

> Was ist eine Gasheizung?
> Wie ist eine Gasheizung aufgebaut?
> Wie funktionieren die Komponenten der Gasheizung?
> Wie funktioniert eine Gasheizung?
> Erhöht der Brennwert den Wirkungsgrad?
> Mit was wird geheizt?
> Wie können Gasheizungen montiert werden?
> Welche Sicherheitsvorkehrungen gibt es für Gasheizungen?
> Welches ist die maximale Effizienz bei Gasheizungen?
> Was sind Gas-Hybridheizungen?
> Welche Vor- und Nachteile haben Gasheizungen?

Was ist eine Gasheizung: Die Definition

Wie so oft, wenn es um Definitionsfragen geht, ist auch im Fall der Gasheizung die Online-Enzyklopädie Wikipedia eine gute Anlaufstelle. In ihr wird sie folgendermaßen definiert:
„Eine Gasheizung ist eine Heizungsanlage, die mit brennfähigen Gasen betrieben wird.”
So weit, so gut, so korrekt. Das geht aber noch umfangreicher bzw. detaillierter. Dazu ist ein Blick auf den Aufbau einer Gasheizung und die genaue Funktionsweise von Nöten. Die nächste Frage lautet deshalb:

Wie ist eine Gasheizung aufgebaut?

Die unterschiedlichen Gasheizungstypen (mehr dazu in der Box) unterscheiden sich mehr hinsichtlich des verwendeten Brennstoffes als durch den Aufbau. Grundsätzlich besteht eine Gasheizung aus acht Komponenten, die da wären:

• Gasbrenner
• Wärmetauscher
• Heizungsregelung
• Umwälzpumpe
• Druckausdehnungsgefäß
• Abgasleitung
• Heizungsrohre
• Heizkörper

Welche Funktion die einzelnen Bestandteile genau übernehmen, wird im nächsten Abschnitt näher erklärt.

Was machen die Komponenten einer Gasheizung?

Acht Bestandteile arbeiten zusammen, um innerhalb einer Gasheizung aus Erdgas Heizwärme zu machen. In diesem Absatz wird erklärt, was in den jeweiligen Abschnitten genau vor sich geht:

• Gasbrenner: Das Herz der Gasheizung. Der Brenner tut das, was sein Name schon verrät. Er verbrennt das Gas und sorgt so für die benötigte Energie.
• Wärmetauscher: Damit die vom Gasbrenner erzeugte Wärme nicht ungenutzt verpufft, gibt sie der Wärmetauscher weiter. Und zwar an das bereitstehende (Heiz)Wasser.
• Heizungsregelung: Üblicherweise wird der Gasheizung per Thermostat mitgeteilt, wie viel Wärme im Wohnbereich gerade benötigt wird. Die Aufgabe der Heizungsregelung ist es, dafür zu sorgen, dass exakt dieser Wert erreicht wird. Nicht mehr, nicht weniger.
• Umwälzpumpe: Schickt das erhitzte Wasser dorthin, wo es gebraucht wird. Im Regelfall geht die Reise in Richtung der Heizkörper.
• Druckausdehnungsgefäß: Wie allseits bekannt, dehnt sich Wasser durch Erwärmung aus. (Auch ab einem gewissen Punkt abwärts tritt dieser Effekt ein, das sei an dieser Stelle aber nur nebenbei erwähnt.) Das auch als Membran-Druckausgleichsgefäß (kurz: MAG) bekannte Gefäß kompensiert die Ausdehnung, in dem es das Ausdehnungsvolumen (oder einfach gesagt: das überschüssige Wasser) aufnimmt. Dadurch bleibt der Wasserdruck in der Heizungsanlage konstant.
• Abgasleitung: Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase dürfen nicht in die Wohnumgebung gelangen und müssen abtransportiert werden. Das geschieht via Abgasleitung.
• Heizungsrohre: Das erhitzte und per Umwälzpumpe auf die Reise geschickte Wasser gelangt über die Heizungsrohre zu seinem Einsatzort. Um eine lange Lebensdauer der Heizungsventile zu garantieren, empfiehlt sich die Verwendung von Rohren mit integriertem Schmutzfilter.
• Heizkörper: Während das erhitzte Wasser durch die Heizkörper strömt, gibt es die Wärme an diese weiter. Die Heizkörper wiederum strahlen die Wärme an ihre Umgebung ab. Das abgekühlte Wasser fließt in die Gasheizung zurück, wo der Kreislauf von Neuem beginnt.

Wie funktioniert die Gasheizung?

Vereinfacht gesagt, verbrennt die Gasheizung das über den Gasanschluss eingespeiste Gas (1) innerhalb ihres Brenners (2). Die dabei gewonnene Energie bzw. Abwärme gibt die Heizung an das Heizungswasser im Warmwasserspeicher (3) ab, welches dadurch erwärmt wird. Je nach eingestellter Heizstufe ändert sich diese Temperatur des Wassers „in der Leitung“. Eine Umwälzpumpe befördert das Wasser durch die Heizungsrohre in den Wohnbereich. Dort kann das erhitzte Wasser aus der Leitung genutzt werden (4) oder versorgt die angeschlossene Heizung mit Wärme (5). 

Erhöht Brennwerttechnik den Wirkungsgrad?

Ja, im Laufe der Zeit sind die Methoden der Wärmegewinnung beim Verbrennungsvorgang zunehmend besser geworden. So werden bei der sogenannten Brennwerttechnik bei Gasheizungen die Abgase bei der initialen Verbrennung des Gases und das rücklaufende Wasser genutzt, um Wärme zu erzeugen: Die heißen Abgase, die bei der Verbrennung entstehen, werden durch das inzwischen kältere rücklaufende Wasser herunter gekühlt. Der Wasserdampf der Gase kondensiert beim Wärmetausch mit dem kühleren Wasser, wodurch erneute Wärmeenergie freigesetzt wird. Diese Wärmeenergie wird wiederum verwendet, um das Wasser das gerade am Beginn des Heizkreislaufes steht, zu erwärmen.

Heizen mit Gas: Erdgas, Flüssiggas, Biogas

Gas ist ein natürlicher Rohstoff, der nicht nur in der Industrie und Chemie von Bedeutung ist, sondern immer mehr Verwendung bei Heizsystemen findet. Der Name der Gasheizung gibt den Hinweis auf den verwendeten Rohstoff Gas. Häufig wird dafür sogenanntes Erdgas verwendet. Dieses Gasgemisch besteht in der Regel größtenteils aus Methan (CH4), die natürlichen Lagerstätten sind unterirdisch in porösem Gestein. Es hat einen ähnlichen Entstehungsprozess wie Erdöl und wird oft zusammen damit gefunden. Ebenfalls wird inzwischen auch Biogas bzw. Flüssiggas verwendet. Dieses Gas war lange nur ein Abfall- oder Nebenprodukt der Erdölgewinnung und lässt sich Tanks lagern.

Wie können Gasheizungen montiert werden?

Grundsätzlich stehen hinsichtlich Montage einer Gasheizung zwei Möglichkeiten zur Verfügung, die sich aus der Leistungsfähigkeit der Anlagen ergeben. Es gibt bodenstehende und wandhängende Gasheizungen. Während stehende Heizungen besonders leistungsstark sind, sind die kompakten, wandhängenden Geräte weniger stark. Sie finden sich Etagenheizung oder klassische Gastherme in zahlreichen Wohnungen.

Welche Sicherheitsvorkehrungen gibt es für die Gasheizung?

Die Verbrennung von Erdgas ist nicht ungefährlich und darf nur unter kontrollierten Bedingungen vonstattengehen. Auch der Abtransport der Abfallprodukte ist eine heikle Angelegenheit, bei der keine Fehler auftreten dürfen. Um den sicheren Betrieb der Gasheizung zu gewährleisten, sind in den Geräten einige Sicherheitsmechanismen verbaut. Die sogenannten Zündsicherungen sollen ein Verpuffen oder Explodieren des unverbrannten Gases verhindern, das austritt, wenn die Flamme erlischt. Es gibt mehrere Varianten der Zündsicherung:

• Thermoelektrische Zündsicherung: Durch die Wärme der Zündflamme wird in einem Thermoelement elektrische Spannung erzeugt. Dadurch öffnet sich das Magnetventil der Gasarmatur. Kommt in Gasherden oder Campinggeräten vor.
• Ionisations-Zündsicherung: Ist der Brenner in Betrieb, fließt Strom im Mikroampere-Bereich (µA). Endet dieser Stromfluss, schlägt die Zündsicherung an. Das sogenannte Ionisationsprinzip funktioniert aufgrund eines gewissen Anteils an Wasser- bzw. Wasserdampfanteil des verwendeten Gases.
• Optische Zündsicherung: Ein Fotowiderstand und ein Flacker- bzw. Infrarotdetektor überwachen die Flamme und senden ein Signal an einen Gasfeuerungsautomaten (GFA). Erlischt die Flamme, erlischt das (elektrische) Signal und die Magnetventile machen zu.
• Bimetall-Zündsicherung: Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle auch die Bimetall-Zündsicherung erwähnt. Aufgrund eines besonders hohen Fehlerrisikos ist dieser Mechanismus heute verboten. Die Zündflamme der Heizung erhitzt einen Bimetallstreifen, der sich entsprechend verformt und so für einen Zustrom von Heizgas sorgt. Erlischt die Flamme, kehrt der Streifen in seinen Ausgangszugang zurück und blockiert die Zufuhr. Das Problem: Trifft die Flamme den Streifen direkt, bringt sie ihn unter Umständen zum Ausglühen und die Sicherung wäre wirkungslos.

Brennwert-Gasheizungen: Das Maximum an Effizienz

Der Wirkungsgrad von Gasheizungen ist mit dem technischen Fortschritt gestiegen. Die Spitze der bisherigen Entwicklung wurde mit der sogenannten Brennwerttechnik erreicht. Sie verspricht einen besonders hohen Wirkungsgrad.
Der wichtigste Unterschied im Vergleich zu den verbreiteten Heizwert-Heizungen: Während bei der Heizwert-Variante die heißen Abgase ungenutzt entweichen und somit Energie verloren geht, werden sie bei der Brennwert-Variante ebenfalls in den Heizprozess miteinbezogen. Und das funktioniert auf folgende Art und Weise:
Die heißen Abgase werden gezielt abgekühlt, indem mit ihnen das rückläufige, kühle Heizungswasser erwärmt wird. Dadurch entsteht Wasserdampf. Bei der Kondensation des Dampfes wird Kondensationswärme freigesetzt, die wiederum an einen Wärmetauscher weitergegeben und somit dem Heizkreislauf zugeführt wird. Dadurch wird fast die gesamte im Brennstoff Gas enthaltene Energie genutzt. Der Verlust liegt lediglich bei ca. 1 %.

Die Gas-Hybridheizungen: Kombination mit regenerativen Energien

Gasheizungen lassen sich mit anderen Technologien kombinieren. Werden mehrere Wärmequellen in einer einzigen Anlage genutzt, spricht man von sogenannten Hybridheizungen. Moderne Gasheizungen sind besonders gut bzw. effizient in der Integration von erneuerbaren Energien. Dabei gibt es vier mögliche Kombinationen:

• Erd-/Luftwärme (Wärmepumpe)
• Sonnenwärme (Solarthermie)
• Sonnenwärme (Photovoltaik)
• Biomassenwärme (Pelletheizung/Kaminofen)

Wie wie funktioniert die Kombination aus Gas und erneuerbaren Energien?

Nicht nur aus Gründen der Nachhaltigkeit und Flexibilität lässt sich Gas prima mit den erwähnten Erneuerbaren Energien kombinieren. Auch vom BAFA gibt es dank der umweltfreundlichen Kombination von Gas und Erneuerbaren Energien finanzielle Unterstützung. So werden beim Kauf einer förderfähigen Gas-Hybridheizung werden von staatlicher Seite bis zu 40 % der Anschaffungskosten übernommen. Wie funktionieren die jeweiligen Hybridheizungen aber?

• Gas & Erd-/Luftwärme: Wärmepumpen sind wahre Musterschüler in Sachen Nachhaltigkeit. Sie beziehen die Wärme aus der Umwelt und zapfen dabei die „unendlichen” Energiequellen Luft und (Grund)Wasser an. Gas-Wärmepumpen-Hybridheizungen erzeugen rund 80 % der Heizwärme von den Pumpen, die restliche 20 % steuert die Gas-Brennwerttherme bei.
• Gas & Solarthermie: Die wohl beliebteste Variante. Eine Solarthermieanlage erzeugt (umgangssprachlich) Wärme aus Sonnenlicht. Diese Energie wird meist zur Warmwasseraufbereitung eingesetzt. Verfügen Häuser oder Wohnungen über eine Fußbodenheizung, wird die per Solarthermie gewonnene Energie auch dafür verwendet. In beiden Fällen verringert sich die notwendige Menge an Erdgas.
• Gas & Photovoltaik: Ähnlich wie bei der Solarthermie wird die Kraft der Sonne zur Warmwasserbereitung genutzt. Hierbei wird das Wasser jedoch nicht in der Leitung erwärmt wie bei Solarthermie, sondern durch einen Heizstab. Dieser wird durch die Photovoltaik mit Strom versorgt. Die Kombination wird von der BAFA- / BEG-Förderung aktuell noch nicht abgedeckt, jedoch von einzelnen Bundesländern gefördert. In Thüringen übernimmt etwa die Thüringer Aufbaubank diese Förderung.
• Gas & Biomassenwärme: Auch diese Kombination ist sehr beliebt. Pellet- oder Hackschnitzelheizungen verwenden Abfälle aus der Holzindustrie und arbeiten deshalb ausgesprochen nachhaltig.

Welche Vor- und Nachteile hat eine Gasheizung?

Wie eigentlich überall im Leben gibt es auch beim Thema Gasheizung kein Schwarz oder Weiß. Es gibt zahlreiche Gründe, die für die Anschaffung sprechen, aber auch einige, die einen Entscheidung pro Gasheizung weniger positiv erscheinen lassen. Eine kleine Übersicht:

Vor der Entscheidung für oder gegen eine Gasheizung ist es also ratsam, alle Vor- und Nachteile abzuwiegen. In vielen Situationen ist eine gasbetriebene Anlage die Ideallösungen, in manchen allerdings ganz und gar nicht. Wie gesagt: Ein simples Schwarz oder Weiß gibt es nicht.

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