Wärmeerzeugung

Eine Lösung, welche nur einen geringfügigen Raumbedarf erfordert, ist die Nutzung der Nahwärme bzw. Fernwärme, wenn es um die Versorgung ganzer Stadtteile geht. Sofern vor Ort realisier- oder verfügbar, übernehmen größere zentrale Heizwerke oder Heizkraftwerke die Wärmeproduktion. Die Wärme wird dann mithilfe von Rohrleitungen an die verschiedenen Abnehmer in der Nähe der Heizzentrale verteilt. Jeder Abnehmer benötigt eine Wärmetauscherstation für die Wärmeübergabe an die gebäudeeigene Heizenergie- und Warmwasserbereitstellung. Aus denkmalpflegerischen Gründen stellt diese zentrale Versorgungsart eine vorteilhafte Wärmeversorgung mit einem regenerativen Energiesystem dar.

Im Vergleich zu dezentralen Lösungen ist der Eingriff am Objekt selbst vernachlässigbar; es müssen lediglich eine Vor- sowie Rücklaufleitung in das Gebäude eingeführt und an die Hausübergabestation angekoppelt werden. Die Leitungsverlegung erfolgt meist unterirdisch und verursacht keine optischen Einschränkungen am Objekt. Es bedarf weder eines Brennstofflagers noch Schornsteinen, solarthermischen Anlagen oder anderer technischer Einrichtungen im Außenbereich des Objekts. Ein Hemmnis der Nahwärmeversorgung ist jedoch häufig der ökonomische Aufwand. Die Installation eines zentralen Heizwerkes und der Bau eines Wärmenetzes erfordern hohe Investitionen. Es gilt im Einzelfall zu prüfen, inwieweit ein derartiges Vorhaben umzusetzen ist, ob sich im näheren Umfeld weitere Anschlussnehmer finden und ob gegebenenfalls Synergieeffekte bei der Leitungsverlegung, etwa durch anstehende Arbeiten im Straßenbau, entstehen könnten.

Eine weitere Möglichkeit, ein Gebäude mit einer regenerativen Wärmeversorgung auszustatten, bieten Wärmepumpen. Hierbei wird der Umgebung eines Gebäudes mithilfe eines Kältemittels Wärme entzogen und anschließend dieses Kältemittel komprimiert, wodurch Wärme bereitgestellt werden kann. Bei dem Prozess wird Strom zur Komprimierung benötigt; die Wärmeversorgung ist somit nur dann wirklich erneuerbar, wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen bezogen wird. Bei den wasserbasierten Heizsystemen kommen als Wärmequellen drei Arten infrage: Luft/Wasser-, Wasser/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpen. Luft/Wasser-Wärmepumpen benötigen eine Außeneinheit am Gebäude, wodurch die Einsatzmöglichkeit bei denkmalgeschützten Gebäuden frühzeitig geprüft werden muss. Auch bei Temperaturen von unter 0 °C wird das jeweilige Gebäude mit Wärme versorgt.

Luft/Wasser-Wärmepumpen sind häufig wirtschaftlich realisierbar. Wasser/Wasser-Wärmepumpen nutzen das Grundwasser als Wärmequelle, Sole/Wasser-Wärmepumpen das Erdreich. Bei Letzteren spricht man häufig auch von oberflächennaher Geothermie. Beide Lösungen erfordern Bohrungen in das Erdreich. Eine Realisierung dieser Optionen hängt von den lokalen Bedingungen ab (Wasserschutz, Erdschichten etc.). Sind die Bedingungen gegeben, können derartige Wärmepumpen durchaus wirtschaftlich sinnvoll sein. Wenn die Wärme im denkmalgeschützten Gebäude durch Flächenheizungen abgegeben werden soll, eignen sich Wärmepumpen besonders, da sie bei niedrigen Vorlauftemperaturen am effizientesten arbeiten.

Stromdirektheizungen, wie z. B. Infrarotheizungen sind Nischenlösungen. Ihr effizienter und damit wirtschaftlicher Einsatz erfordert einen sehr hohen energetischen Standard des jeweiligen Gebäudes. Da denkmalgeschützte Gebäude einen derartigen Standard in den allermeisten Fällen nicht erreichen, ist der Einsatz von Stromdirektheizungen keine realistische Option in diesen Gebäuden. Ihr Einsatz beschränkt sich in denkmalgeschützten Gebäuden auf selten und kurzzeitig genutzte Räume. Die Infrarotheizungen strahlen die Wärme auf die umgebenden Objekte und ermöglichen eine Raumnutzung bei niedrigen Raumtemperaturen, jedoch mit hohen Energiekosten pro Nutzung. Bei geringen Nutzungszeiten kann dies jedoch eine wirtschaftlich vertretbare Heizungstechnik darstellen, da die Investitionen gering sind.

Heizsysteme, die mit flüssigen Biobrennstoffen betrieben werden, sind Nischensysteme. Die Brennstoffe (Pflanzenöle, Synthesekraftstoffe etc.) sind sehr teuer, wodurch diese Art der Beheizung (auch in denkmalgeschützten Gebäuden) in der Praxis häufig keine Anwendung findet.

Das Heizen von Gebäuden mit ausschließlich gasförmigen Brennstoffen, also Biomethan (Biogas), ist ebenfalls selten. Oftmals erfolgt der Einsatz von Biomethan als Zusatz von sonst fossil betriebenen Gasheizungen. Weitere Informationen hierzu sind im Abschnitt „Wasserstoffheizungen, Gasheizungen und Gaswärmepumpen“ nachzulesen.

Holzbasierte Optionen zur Wärmebereitstellung sind längst erprobt. Vor allem mithilfe von Pellets oder Hackschnitzeln lässt sich eine zuverlässige Wärmeversorgung realisieren. Pelletkessel funktionieren im Betrieb weitgehend automatisiert und bieten daher für Bewohner einen hohen Komfort. Holzpellets sind genormt. Sie weisen durch das Pressen von Sägemehl und anderem Restholz eine zylindrische Form auf. Bei der Verbrennung der Pellets werden zwar Treibhausgase emittiert, jedoch nur jene Menge, welche zuvor von den Pflanzen auch aufgenommen wurde. Bilanziell ist die Verbrennung somit CO₂-neutral.

Gleiches gilt bei der Verbrennung von Holzhackschnitzeln. Diese entstehen durch Zerkleinerung von Holz, etwa durch Häcksler, und dienen anschließend als Brennstoff u. a. für Hackschnitzelkessel. Hackschnitzel haben einen etwas geringeren Energiegehalt als Holzpellets. Als Grundvoraussetzung für die Installation eines holzbasierten Heizsystems gilt die Verfügbarkeit von Räumlichkeiten für den Heizkessel selbst und ein Pellet- bzw. Hackschnitzellager. Gleiches gilt auch für eine dritte holzbasierte Option, den Scheitholzvergaser. Auch diese Lösung erfordert Platz für ein Lager. Da jedoch die Bestückung nicht automatisiert erfolgt, besteht bei dieser Option ein deutlicher Mehraufwand im Betrieb.

Durch das Erreichen hoher Vorlauftemperaturen sind Heizungen mit fester Biomasse eine gute Option zur Beheizung von Gebäuden, denen es aufgrund von denkmalschutzrechtlichen Vorgaben nicht möglich ist, einen hohen Dämmstandard zu erreichen und folglich die Vorlauftemperaturen im System zu senken.

Bei den Blockheizkraftwerken (BHKW) wird das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) angewandt. Dabei wird ein Energieträger verbrannt und dadurch ein Generator angetrieben, welcher Strom zur Verfügung stellt. Die Abwärme wird für Heizzwecke genutzt. Als Energieträger dienen oft Erdgas, Biogas oder holzbasierte Festbrennstoffe, wobei der fossile Brennstoff „Erdgas“ gemäß GEG 2024 einem Senkungskorridor unterliegt (siehe Abschnitt „Wasserstoffheizungen, Gasheizungen und Gaswärmepumpen“). Ein BHKW erfordert jedoch eine hohe Auslastung, da erst bei ca. 4.000 – 6.000 Vollbetriebsstunden pro Jahr eine Wirtschaftlichkeit der Anlage erreicht wird. Dabei decken BHKW die Grundlast ab; ob im Nahwärmeverbund oder in Einzelobjekten (z. B. in Mehrfamilienhäusern). In der Folge wird als Ergänzung mindestens ein weiterer regenerativer Energieträger benötigt. Eine Kombination mit PV-Anlagen ist dann ungünstig, wenn der BHKW-Strom in Konkurrenz zum PV-Strom gerät. Folglich ist der Einsatz eines BHKWs in Einzelobjekten genau zu prüfen.

Dieser Abschnitt handelt von jenen Heizsystemen, welche nicht zukunftsfähig sind bzw. die im Betrieb höchstwahrscheinlich sehr kostspielig werden.

Der Einsatz der Brennstoffzelle zur Gebäudebeheizung bzw. das Heizen mit Wasserstoff als Energieträger ist eine Nischenlösung, zu der es in den allermeisten Fällen eine günstigere Lösung gibt. Wasserstoff, der treibhausgasneutral hergestellt wird, ist sehr teuer und auch in Zukunft ein knappes Gut. Dementsprechend heißt es auch in der Nationalen Wasserstoffstrategie, dass die Industrie Priorität bei der Versorgung mit grünem Wasserstoff hat; gefolgt von Kraftwerken, Schwerlastverkehr (inkl. Schiffe und Züge), Pkw und an letzter Stelle die H₂-Heizkessel (Bundesministerium für Bildung und Forschung, 2023).

Auch der Einsatz von Gasheizungen, ob „H₂-ready“ oder nicht, ist entweder aufgrund der THG-Emissionen nicht zukunftsfähig oder schlicht zu kostspielig. Auch Erdgas wird in Zukunft aufgrund eines steigenden CO₂-Preises deutlich teurer werden – so wie alle weiteren fossilen Wärmequellen, weshalb im Betrieb mit steigenden Energiekosten zu rechnen ist. Hinzu kommt eine bundesrechtliche Regelung, die bis 2045 die CO₂-Neutralität von Gasheizungen regeln soll. Erfolgt der Einbau von fossilen Heizungsanlagen, welche mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen beschickt werden, müssen, auch vor Inkrafttreten der „65 %-Regel“ gemäß GEG 2024 stetig wachsende Anteile an grünen Brennstoffen (Biomethan, grüner oder blauer Wasserstoff) eingesetzt werden:

• ab 01.01.2029 mind. 15 %
• ab 01.01.2035 mind. 30 %
• ab 01.01.2040 mind. 60 %

Gleiches gilt auch für den Einsatz von Gaswärmepumpen; wobei diese im Betrieb bereits deutlich effizienter laufen als reine Gasbrennwertheizungen. Anstelle von Strom kommt zur Verdichtung des Kältemittels ein herkömmlicher Gasmotor zum Einsatz. Während die THG-Neutralität beim Einsatz von Strom (also herkömmlichen Wärmepumpen) durch echte Ökostromtarife leicht und günstig zu erreichen ist, ist dies bei der Gaswärmepumpe schwieriger. Auch hier muss der Gasreduktionskorridor des GEGDas Gebäudeenergiegesetz (GEG) führte 2020 das Energieeinspargesetz (EnEG), die Energieeinsparverordnung (EnEV) und das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) zusammen und dient einer möglichst sparsamen Energienutzung in Gebäuden bei zunehmender Nutzung erneuerbarer Energien zur Erzeugung von Kälte, Strom und Wärme. Im Hinblick auf den Aspekt der Wirtschaftlichkeit, soll das Gesetzt dem Klimaschutz, der Schonung fossiler Ressourcen und der Beseitigung von Energieimportabhängigkeiten dienen und eine nachhaltige Entwicklung der Energieversorgung ermöglichen. eingehalten werden. Der künftige Einsatz von Biomethan oder Wasserstoff lässt das Heizsystem im Betrieb überdies deutlich teurer werden. Zudem benötigen auch Gaswärmepumpen einen Umweltwärmeanteil. Die möglichen Konflikte mit dem Denkmalschutz bestehen folglich in gleichem Maße wie bei den strombetriebenen Wärmepumpen.

Nicht unüblich sind regenerative Wärmesysteme, die zwei Technologien als Energiequellen nutzen. Dabei wird häufig Solarthermie als zusätzliche Wärmequelle genutzt. Bei denkmalgeschützten Gebäuden kommt dieser Einsatz jedoch nur begrenzt infrage. Hierbei muss geklärt werden, ob eine Solarthermieanlage auf dem Dach von der zuständigen Denkmalschutzbehörde genehmigt würde. Wird eine Wärmepumpe als Heizsystem installiert, lohnt es sich jedoch eher, die verfügbare Dachfläche mit PV-Modulen zu belegen. Dadurch kann die Wärmepumpe teilweise mit gebäudeeigenem Solarstrom gespeist werden. Auch aus wirtschaftlichen Gründen kommt eine Erneuerbare-Energien-Hybridheizung zumeist nicht infrage, da zwei separate Systeme gebaut und gekoppelt werden müssen. Wenn in Einzelfällen einfache Systeme nicht möglich sind oder mehrere regenerative Systeme zur Verfügung stehen, dann sollte auf ein Hybridsystem zurückgegriffen werden; denn mehrere Systeme steigern die Resilienz der Versorgung.