Und schon wieder ein Modewort > "Hybrid-Heizung". Bisher nannte man solche Anlagen "Bivalente Heizungsanlage".
Letztendlich sind diese Anlagen eine Kombination verschiedener Systeme. Wobei es sich hier in den meisten Fällen herkömmliche Brennstoffarten (Heizöl EL, Erdgas) und erneuerbaren Energien (Holz, Solar, Erdwärme) handelt.
Hybrid-Heizung
Quelle: IWO
Folgende Systeme können miteinander kombiniert werden:
  •  Öl-Brennwerttechnik
  •  Gas-Brennwerttechnik
  •  Holzvergasertechnik
  •  Wasserführender Holzkaminofen (Holz, Peletts)
  •  Thermische Solaranlage zur Heizungsunterstützung
  •  Wärmepumpen (Luft, Wasser, Erdreich)
  •  Geothermie
  •  Mini-Kraft-Wärme-Kopplung (Mini-KWK)
  •  Kleinwindkraftanlage

 
In den meisten Fällen ist ein Pufferspeicher erforderlich, der dann die Heizungsanlage und die Trinkwassererwärmung mit Wärme versorgt.
Ein Vorteil der Hybrid-Heizung ist, dass sie problemlos schrittweise umgesetzt werden kann: In vielen Häusern ist schon ein Öl- oder Gas-Brennwertkessel eingebaut. Im nächsten Schritt können eine oder mehrere der o. g. Systeme hinzugefügt werden.
Eigentümer von Neubauten müssen das Heizungssystem im unterschiedlichen Umfang aus erneuerbaren Energien abdecken. Diese Nutzungspflicht ist nach dem Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) und der Energiebedarf ist anhand der gleichen Vorschriften, die auch der Energieeinsparverordnung (EnEV) zugrundliegen, einzuhalten. Als erneuerbare Energien im Sinne des Gesetzes gelten die Geothermie, Umweltwärme, solare Strahlungsenergie und Biomasse.
Bei Verwendung dieser Energien muss deren Anteil am Gesamtverbrauch mindestens betragen:

• Solare Strahlungsenergie: 15 % (aus Vereinfachungsgründen muss bei Ein- und Zweifamilienhäusern die Fläche der montierten Solarkollektoren mindestens 4 % der Nutzfläche, bei Mehrfamlienhäusern entsprechend 3 % betragen)
• Biomasse: 50 % bei der Verwendung von flüssiger oder fester Biomasse (Bioöl oder Holzpellets, Scheitholz) und 30 % bei der Verwendung von Biogas
• Geothermie und Umweltwärme: 50 % (z.B. Wärmepumpen)
Die Bundesländer können den Anteil der erneuerbare Energien höher einstufen und gesetzlich festlegen.
Letztendlich steht aber nicht der Neubau im Blickpunkt der Überlegungen, was eingebaut werden soll. Der Sanierungsbedarf der Bestandanlagen ist enorm. In diesem Bereich sind Anlagen in Betrieb, bei denen schon mit wenig Aufwand eine große Energieeinsparung erreichbar wäre. Ein Fortschritt wäre es, wenn man nicht immer wieder auf den Spruch des Schornsteinfegers hören würde, wenn er sagt < die Anlage ist in Ordnung >, denn da geht es nur um den feuerungstechnischen Wirkungsgrad.
Man sollte sich die gesamte Anlage vornehmen und sich fragen
Das war nur eine beliebige Auswahl von Möglichkeiten in Bezug auf die Anlagentechnik. Wie der dämmtechnische Zustand des Gebäudes ist, sollte man durch einen Energieberater feststellen lassen.
Anlagenschema einer Hybridanlage mit einer GWN-TEC-Regelung
Heizen mit Eis
Kristallisationswärme

Wenn Wasser seinen Aggregatzustand von flüssig nach fest (Eis) ändert, wird Kristallisationswärme (Erstarrungswärme) freigesetzt. Dabei ist aufgrund des Energieerhaltungssatzes die freiwerdende Energie gleich groß wie die für das Schmelzen des Wassers aufzuwendende Energie (Schmelzwärme). Um einen Liter Eis zu schmelzen, ist etwa die gleiche Wärmemenge erforderlich, wie z. B. einen Liter Wasser von 0 auf 80° C zu erhitzen. So entsprechen z. B. die Umwandlung von 126 Liter (0,126 m³) Eis von 0 °C in Wasser von 0 °C ca. der Heizkraft eines Liters Heizöls.
Anlage mit EisSpeicher
Quelle: isocal HeizKühlsysteme GmbH
SolarEis-System
Die physikalische Grundlage der Kristallisationswärme wird bei dem "Heizen mit Eis" (SolarEis-System) zugrunde gelegt. Das Wärme- und Kälteversorgungssystem nützt zur Regenaration die verschiedenen frei verfügbare Energien, wie z. B. die Wärme aus thermischen Solaranlagen (und/oder SolarLuft-Kollektor) und der Erdwärme.
Das patentiertes SolarEis-System (Fa. isocal GmbH) besteht aus einem unterirdisch eingebrachten EisSpeicher mit einer speziellen Wärmetauscheranordnung, einer Wärmequelle zur Regeneration, einem Regler und einer Wärmepumpe.
Mit diesem System kann das Heizen und Kühlen kombiniert werden.
EisSpeicher mit Wärmetauscher
Quelle: isocal HeizKühlsysteme GmbH

Der Speicher wird bei Inbetriebnahme einmalig mit Wasser befüllt. Er speichert die zugeführten Energie in Form von latenter Wärme ein und nutzt die hohe Kristallisations-energie des Wassers beim Gefrieren zu Eis. Beim Entzug von latenter Energie aus dem Speicher wird Eis gebildet und der Speicher energetisch wieder entleert. Bei dem Regenerieren des Speichers wird dem Speicher latente Wärmeenergie wieder zugeführt und das vorhandene Eis schmilzt dabei ab.
vereister EisSpeicher
Quelle: isocal HeizKühlsysteme GmbH
Zu dem Entladen des Speichers werden Kompressions- oder Absorptionswärmepumpen eingesetzt. Sie entnehmen dem Speicher die benötigte latente Heizenergie bei konstant ca. 0° C. Das den Speicher umgebende "warme" Erdreich wird als externe Speichermasse genutzt und vergrößert zeitweilig die Speicherkapazität.
Das System kann auch zum aktiven Kühlen im Sommer verwenden werden. Zur Nutzung als Kühlquelle muss eine kleine Umwälzpumpe eingebaut werden, die den Kaltwasserkreislauf zwischen Gebäude und Eisspeicher aufrecht erhält. Die Kühlung kann über Flächen oder eine Lüftungsanlage erfolgen.
Hybrid-Wärmepumpe - Innenmodell
Quelle: BEHRMANN Energiesysteme GmbH

Hybrid-Wärmepumpe

Die patentrechtlich geschützte Hybrid-Wärmepumpe kann Wärme aus der Umgebungsluft, den Solarkollektoren, und der Erdwärme (Geothermie) herausziehen. Die Wärme wird dann zur Trinkwassererwärmung und zur Beheizung des Gebäudes genutzt. Eine entsprechende Regelung entscheidet, welches Medium gerade die günstigste Wärme liefert. > mehr
 
Luft-Luft-Wärmepumpe (Inverter)
Fließschema - Zubadan-Technologie
Quelle: Mitsubishi Electric
Jede Übertragung von Wärme unterliegt den gleichen Voraussetzungen. Das Medium, das Wärme aufnimmt muss eine geringere Temperatur aufweisen als das Medium, das Wärme abgibt. Bei Luft-/Wasser-Wärmepumpen muss die Verdampfungstemperatur des Kältemittels deswegen einige Grad unterhalb der Außenlufttemperatur liegen. Je kälter es draußen ist, desto tiefer muss also auch die Verdampfungstemperatur des Kältemittels sein, um überhaupt Wärme aufnehmen zu können. Je tiefer aber die Verdampfungstemperatur des Kältemittels ist, desto größer .... > mehr
Außengerät
Quelle: Stulz GmbH / MITSUBISHI Heavy Industries
Inverter-Raum-Klimagerät
In Häusern mit niedriger Heizlast (Passivhaus, Nullenergiehaus) kann es sinnvoll sein, die notwendige Wärme über gesplitete Inverter-Raum-Klimageräte in die Räume zu geben. Richtig geplant, sind solche Geräte in das Konzept einer kontrollierten Wohnungslüftung (KWL) zu integrieren. > mehr
Innengeräte
Quelle: Stulz GmbH / MITSUBISHI Heavy Industries
Heizen mit Eis und Sonne - SONNE HEIZT GmbH
Solar-Wärmepumpensystem - Solarserver Rolf Hug
Hybrid-Module - Hybridheiztechnik Koch
Regelungssystem GWN-TEC - ZACK Gesellschaft für innovative Heizungssysteme mbH

Quelle: Elcotherm AG
Bivalenzpunkt / Dimensionierungspunkt
Bei der Auslegung einer Luftwärmepumpe wird der Bivalenzpunkt (Dimensionierungspunkt) festgelegt, da mit dem Absinken der Außentemperaturen die Heizlast des Gebäudes steigt und die Wärmepumpenleistung geringer wird. Je nach der Heizlast des Hauses liegt dieser Punkt im Temperaturbereich zwischen -4 °C und -8 °C. Ab dieser Temperatur ist ein effizienter Betrieb einer Luftwärmepumpe nicht mehr möglich. Deshalb werden solche Anlagen als bivalente Heizung (Hybrid-Heizung) betrieben. Hier gibt es die verschiedensten Kombinationsmöglichkeiten (Öl, Gas, Holz, Solar, Geothermie, Mini-KWK, Kleinwind-kraftanlage).

Unter bestimmten Bedingungen kann ein Heizstab die fehlende Wärme liefern. Ob der Einsatz einer direkten Stromheizung (Trinkwassererwärmung) sinnvoll ist, muss der Fachplaner vor Ort nach den Gewohnheiten des Betreibers ermitteln.

 
Kleinwindkraftanlagen (KWKA)
Kleinwindkraftanlage für Netz- und Inselsysteme
Kleinwindkraftanlagen (max. 70 kW; Anlagen für private Haushalte leisten zwischen 0,4 bis 30 kW) für private und gewerbliche Zwecke zur Nutzung von Windkraft sind von vielen Herstellern schon in Betrieb bzw. in der Entwicklung. Hier wird eine einfache robuste Bauweise, die eine Lebensdauer von 20 Jahre und ein annehmbares Preis-/Leistungsverhältnis hat, angestrebt. Auch sollte die Amortisationszeit, je nach Standort, bei ca. 8 bis 12 Jahren liegen.
In der IEC-NORM 61400-2:2006 werden Klein-Windkraftanlagen nach folgenden Vorausetzungen festgelegt. Die Rotorfläche muss kleiner sein als 200 m² bei 350 W/m². Das bedeutet, dass die Kleinwindkraftanlagen eine maximale Leistung von 70 kW haben dürfen. Die Turmhöhe darf 20 m nicht überschreiten.
Die Kleinwindkraftanlagen sind im Gegensatz zu Photovoltaikanlagen zur Zeit für Privathaushalte noch eine Seltenheit. Diese Anlagen werden hauptsächlich für autarke Inselanlagen bei Ferien- und Wochendhäusern, in Kleingärten und auf Booten bzw. Schiffen eingesetzt. Eine Hybridanlage, die aus einer PV-Anlage und Windkraftanlage den Strom zur Eigennutzung bzw. Netzeinspeisung herstellt oder zum Laden eines großen Solarakkus genutzt werden kann. Durch die bivalente Lösung wird die Nutzungszeit verlängert, da dann auch bei bewölktem und stürmischem Wetter (auch in der Nacht) Strom erzeugt wird.
Da die Hochsaison für Kleinwindkraftanlagen im Winterhalbjahr liegt, sind sie eine ideale Ergänzung zur Photovoltaik bei einer Inselversorgung (Inselbetrieb).
Kleinwindkraftanlage
Quelle: ZACK Gesellschaft für innovative Heizungssysteme mbH
Vertikal-Windgeneratoren
Quelle: MITTRONIK GmbH
Das Hauptproblem wird wohl in der Akzeptanz der Nachbarn und Behörden liegen.
Grundsätzlich gibt es zwei Typen von Kleinwindkraftanlagen:
  •  Rotorblätter drehen sich um eine vertikale Achse
  •  Rotorblätter drehen sich um eine horizontale Achse
Jede Kleinwindanlage braucht einen Wechselrichter, der den erzeugten Strom in konstante 230 Volt und 50 Hertz umwandelt, damit er im Haus genutzt werden kann.
Vertikale Kleinwindkraftanlagen bestehen aus einem Getriebe und Generator, die in den meisten Fällen auf dem Boden befestigt sind. Zur Zeit ist die Windausbeute geringer als die der horizontale Kleinwindkraftanlagen.
Merkmale für vertikaler Kleinwindkraftanlagen:
  •  Stromerzeugung auch bei schwachem Wind
  •  Keine Abschaltung bei starkem Wind
  •  Unabhängig von der Windrichtung und somit keine Nachführung (Ausrichtung) notwendig
  •  Auch bei turbulenten Windströmungen einsetzbar
  •  Sehr leiser Betrieb
  •  Bei niedrigen Windgeschwindigkeit in Bodennähe ein schlechter Wirkungsgrad
  •  Wartungsaufwand relativ aufwendig (Auswechselung des Hauptlagers - Demontage der ganzen Kleinwindkraftanlage)
Horizontale Kleinwindkraftanlagen bestehen aus einer horizontalen Achse mit einem Rotor/Generator, Rahmen/Azimutlager und einer Windfahne.
Merkmale für horizontale Kleinwindkraftanlagen sind:
  •  Langlebigkeit durch Erfahrungen aus den Großwindkraftanlagen
  •  Guter Wirkungsgrad schon bei Windgeschwindigkeiten von 3 m/s
  •  Geräuschpegel je nach Windradtyp unterschiedlich
  •  Zur Zeit noch effizienter als vertikale Kleinwindkraftanlagen
  •  Abhängig von der Windrichtung, somit muss ist eine Nachführung (Ausrichtung) notwendig
Kleinwindkraftanlagen müssen genehmigt werden und den Vorschriften inbezug auf Lärm und Schattenwurf entsprechen. Leider entscheiden die regionale Behörden immer noch unterschiedlich. Die Bauämter können hier Auskünfte erteilen. In einigen Bundesländern sind Anlagen bis zu 10 m Höhe genehmigungsfrei, aber verzichten nicht auf ein statisches Gutachten.
Windrad auf Baumkrone
Architekt erfindet neue Technologie
Neue Ideen sind gefragt, wenn es um den Ausbau der erneuerbaren Energien geht. Ein Architekt aus Freiburg hat möglichweise einen Kompromiss gefunden, mit dem Gegner und Befürworter von Windrädern einverstanden sind. Er baut die Windräder direkt auf Baumspitzen.
Mit Windkraftanlagen auf Baumkronen greift der Freiburger Architekt Wolfgang Frey in die Diskussion um die Windkraft ein. Als Prototyp hat er in Freiamt im Kreis Emmendingen auf einer rund 30 Meter hohen Douglasie eine Windkraftanlage montiert. Eine Gesetzeslücke in den Genehmigungsvorschriften macht es möglich.
Windstrom zu Windgas
In der Zukunft wird es immer dringender, Ökostromüberschüsse aus Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen sinnvoll zu verwenden bzw. zu speichern. Der Ausbau der Stromnetze wird immer mehr abgelehnt und Stromspeicher, so z. B. Pumpspeicherkraftwerke (Wasser oder Druckluft) werden immer mehr abgelehnt, Batterien können nur kurzfristig speichern. Deshalb wird erneuerbarer Strom in Wsserstoff und Methan umgewandelt. Das gesamte deutsche Erdgasnetz steht mit sehr großen Speicherkapazitäten zur Verfügung. Es kann als Speicher für Ökostrom genutzt werden, denn es ist jetzt schon 45 mal so groß ist wie die Gesamtkapazität aller heute in Deutschland bestehenden Pumpspeicherkraftwerke.
Zur Zeit liefert Greenpeace Energy eG Erdgas, dem nach und nach Wasserstoff beigemengt wird, sobald dieser verfügbar ist. Aus technischen und regulatorischen Gründen darf nur bis zu einer Obergrenze von 5 % Wasserstoff ins Gasnetz eingespeist werden. Wasserstoff, der nicht eingespeist werden kann, wir zu erdgasgleichem Methan umgewandelt. In der Zukunft können erneuerbarer Wasserstoff und erneuerbares Methan das fossile Erdgas zu 100 Prozent ersetzen.
Windstrom zu Windgas - Elektrolyseur
Quelle: Greenpeace Energy eG
Grundlage für die Umwandlung von Windstrom in Windgas ist das Elektrolyse-Verfahren. Hierbei wird der Strom, der z. B. nicht in das vorhandene Stromnetz eingespeist werden kann, eingesetzt, um Wasser in seine Grundstoffe (Wasserstoff und Sauerstoff) aufzuspalten. Der Wasserstoff wird durch die Elektrolyse mit einem sehr hohen Wirkungsgrad von bis zu 73 Prozent hergestellt.

Der freigesetzte Sauerstoff wird in die Atmosphäre, der Wasserstoff ins Gasnetz eingespeist. Durch ein weiteres chemisches Verfahren lässt sich überschüssiger Wasserstoff „methanisieren“. Das erneuerbare Methan kann das herkömmliche Erdgas langfristig vollständig ersetzen und damit den Übergang von fossilem zu erneuerbarem Gas leisten.
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Windgas - Greenpeace Energy eG
Methan aus Sonne und Wind
Wirkungsgrad Photon-to-Biofuel in der Natur
Wirkungsgrad SolarFuel Power-to-Gas
Quelle: SolarFuel GmbH

In der Zukunft wird es immer dringender, Ökostromüberschüsse aus Photovoltaik- und Windkraft-Anlagen sinnvoll zu verwenden bzw. zu speichern. Der Ausbau der Stromnetze wird immer mehr abgelehnt und Stromspeicher, so z. B. Pumpspeicherkraftwerke (Wasser oder Druckluft) werden immer mehr abgelehnt, Batterien können nur kurzfristig speichern und Wasserstoff stellt sich auch als nicht wirtschaftlich dar. Deshalb wird in einer Versuchsanlage (ZSW, Fraunhofer IWES und SolarFuel) daran gearbeitet, erneuerbaren Strom in Methan umzuwandeln. Das gesamte deutsche Erdgasnetz steht mit sehr großern Speicherkapazitäten zur Verfügung.
Die SolarFuel-Technologie wandelt die energielosen Rohstoffe CO2 und Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom in synthetisches Erdgas um. Im ersten Schritt wird in der Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Im zweiten Schritt wird Wasserstoff mit CO2 zu Methan (CH4) umgesetzt. Dabei Die Energiedichte steigt dabei um den Faktor 3 an und es entsteht ein marktfähiger und handelbarer Energieträger in Normqualität, der direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden kann. Der erzielbare Wirkungsgrad ist größer als 60 Prozent und somit realisiert das SolarFuel Power-to-Gas Prozess eine Energiespeicherung nahe am thermodynamischen Optimum.
Das Gas kann in Gaskraftwerken mit KWK-Technik rückverstromt, mit Mini-BHKWs Wohnhäuser beheizen oder als Autogas verwendet werden.
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Hinweis! Schutzrechtsverletzung: Falls Sie meinen, dass von meiner Website aus Ihre Schutzrechte verletzt werden, bitte ich Sie, zur Vermeidung eines unnötigen Rechtsstreites, mich umgehend bereits im Vorfeld zu kontaktieren, damit zügig Abhilfe geschaffen werden kann. Bitte nehmen Sie zur Kenntnis: Das zeitaufwändigere Einschalten eines Anwaltes zur Erstellung einer für den Diensteanbieter kostenpflichtigen Abmahnung entspricht nicht dessen wirklichen oder mutmaßlichen Willen. Die Kostennote einer anwaltlichen Abmahnung ohne vorhergehende Kontaktaufnahme mit mir wird daher im Sinne der Schadensminderungspflicht als unbegründet zurückgewiesen.
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