Der Heizkessel im Überblick

von Dr. rer. nat. Jens-Peter Meyer1 Minute Lesezeit

Heizkessel gibt es in den unterschiedlichsten Ausführungen und basierend auf verschiedenen Brennstoffen. Wir geben einen Überblick über alles Wissenswerte zum Thema Heizkessel und Co.: Von der grundlegenden Funktion – über verschiedene Arten und für welche Situationen diese sich eignen – bis zu Alternativen für den klassischen Heizkessel.

Überblick: Heizkessel von WOLF vor grauer Wand

Inhaltsverzeichnis

Die Deutschen heizen größtenteils mit Feuer. Von den rund 40,4 Millionen Haushalten nutzen knapp 80% einen Heizkessel zur Wärmeversorgung. Der Rest verteilt sich auf Wärmepumpen, Stromheizungen und Fernwärme (siehe Grafik). Egal, ob es sich um Heizungen mit Gas, Öl oder Holz handelt: Immer sind es sogenannte Kohlenwasserstoffe, die mit Sauerstoff aus der Luft reagieren und dabei Wasser sowie das Treibhausgas Kohlendioxid bilden. Bei dieser chemischen Reaktion wird Wärme frei, die sich im Haus verteilt und zu angenehmen Raumtemperaturen führt.

Grundlegende Funktion und die wichtigsten Komponenten des Heizkessels

Unter einem Heizkessel verstehen Experten einen Wärmeerzeuger, der die chemisch gespeicherte Energie eines Brennstoffs durch einen Verbrennungsprozess freisetzt und zum Heizen sowie für die Warmwasserversorgung nutzt. Anders als bei einem offenen Feuer steuern Heizkessel die Verbrennung ganz gezielt, um jederzeit die richtige Menge Wärme bereitzustellen.

Brennraum

Die Verbrennung soll möglichst effizient und sauber vonstattengehen. Das geschieht im Brennraum. Der Brenner ist dazu da, ein optimales Gemisch aus Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen in den Brennraum zu führen und dort zu verbrennen. Außerdem enthalten moderne Heizkessel eine Zündautomatik, die den Verbrennungsprozess startet.

Wärmeübertrager/Wärmetauscher

Eine weitere zentrale Komponente des Heizkessels ist der Wärmeübertrager, auch Wärmetauscher genannt. Dieser überträgt die Energie aus der Verbrennung auf das Heizwasser. Denn erst durch das Heizwasser kann die Wärme zum Heizkörper oder zum Pufferspeicher gelangen. Auch die Dusche erhält so ihr warmes Wasser. Dafür muss allerdings zunächst ein zweiter Wärmeübertrager die Energie vom Heizwasser auf das Trinkwasser überleiten.

Abgassystem

Ganz wichtig für eine Heizung mit einem Heizkessel ist das Abgassystem. Dieses befördert die Abgase über den Schornstein hinaus ins Freie. Das ist lebensnotwendig, denn Kohlendioxid ist schwerer als Luft. Es würde sich im Haus am Boden sammeln und könnte schlimmstenfalls dazu führen, dass die Bewohner ersticken. Außerdem entstehen bei der Verbrennung geringe Mengen von giftigen Schadgasen wie Stickoxide, Schwefeldioxid und Kohlenmonoxid. Diese sollten ebenfalls unbedingt hinaus ins Freie.

Erdgasheizung ist sauberer als Ölheizung

Gasheizungen stoßen im Vergleich zu Ölheizungen weniger Schadstoffe aus. Hinzu kommt, dass Erdgas im Vergleich zu Heizöl oder Holz mehr Wasserstoff enthält. Dadurch setzt die Verbrennung relativ viel Wasser und weniger Kohlendioxid frei. Verglichen mit Ölheizungen sind Gasheizungen darum etwas klimafreundlicher.

Bei allen Heizkesseln muss ein optimales Verhältnis von Sauerstoff und Brennstoff vorliegen. Dazu muss der Heizungsprofi den Brenner einregulieren. Der Grund: Ist zu wenig Sauerstoff vorhanden, entstehen viel Ruß und Kohlenmonoxid, weil die Verbrennung unvollständig abläuft. Bei einem Sauerstoffüberschuss steigen die Abgasverluste und damit sinkt die Effizienz der Heizung.

Heizungsbauer finden

Heizkessel unterscheiden sich nicht nur in der Art des Brennstoffs. Auch technisch gibt es bei den Kesseln eine Reihe von Unterschieden. Gasheizungen enthalten heutzutage meistens einen Flächenbrenner. Dieser ermöglicht es, den Brennraum und damit den ganzen Wärmeerzeuger klein und kompakt aufzubauen. Außerdem weist der Flächenbrenner eine geringe Verbrennungstemperatur auf. Dadurch entstehen weniger Stickoxide.

Bei Gasheizungen unterscheiden Experten zwischen atmosphärischen Brennern und Gebläsebrennern.

Atmosphärische Gasbrenner

Atmosphärische Brenner greifen innerhalb des Verbrennungsprozesses auf die Luft im Aufstellungsraum der Gasheizung zurück. Die Luft und der in ihr enthaltene Sauerstoff gelangen über den Zug des Schornsteins in den Wärmeerzeuger.

Gibt es Nachteile beim atmosphärischen Gasbrenner?

Bei dieser Verbrennungsart schwankt die Luftmenge.
Daher ist eine optimale Verbrennung kaum zu erreichen.
Außerdem kommt es zu Wärmeverlusten, weil ständig ein Luftstrom durch den Schornstein für den Zug sorgen muss.

Gasgebläsebrenner

Beim Gebläsebrenner vermischt ein Ventilator das Erdgas mit der Luft, bevor er das Gemisch aktiv in den Brennraum leitet. Dadurch kann die Regelung des Gebläsebrenners immer die optimale Sauerstoffmenge einstellen. Das sorgt nicht nur für eine saubere Verbrennung, sondern auch für einen hohen Wirkungsgrad sowie eine hohe Leistung des ganzen Heizgerätes.

Ein weiterer wichtiger Vorteil des Gebläsebrenners besteht darin, dass er die Leistung über einen großen Bereich regulieren kann. Experten sprechen dabei auch von einer modulierenden Gasheizung. Wenn es in der Übergangszeit draußen noch ziemlich warm ist, senkt die modulierende Gasheizung ihre Leistung soweit ab, dass nur die benötigte kleine Wärmemenge entsteht. Sobald es draußen aber richtig kalt wird, powert sie los.

Der modulierende Betrieb der Heizung spart Energie und damit auch Kosten ein. Er verhindert außerdem, dass die Heizung ständig an- und ausschalten muss. Ein solches Takten würde nämlich nicht nur zu Lasten der Effizienz gehen, sondern sich auch negativ auf die Lebensdauer auswirken.

Gibt es Nachteile beim Gasgebläsebrenner?

Der Gebläsebrenner ist lauter als atmosphärische Brenner.
Auch der Wartungsaufwand ist ein wenig größer.

Gasheizung mit Konstant- oder Niedertemperaturkessel

Ein anderes Unterscheidungskriterium für Gaskessel ist die Vorlauftemperatur, die das Gerät erzeugt.

Konstanttemperaturkessel

Konstanttemperaturkessel geben immer eine hohe Temperatur von 70 bis 90°C an den Heizkreis ab. Das führt zu hohen Wärmeverlusten und einem starken Takten. Solche ineffizienten Heizkessel sind schon lange nicht mehr Stand der Technik. Die Energieeffizienzklasse der Konstanttemperaturkessel ist so schlecht, dass sie heute nicht mehr installiert werden dürfen. Für Geräte, die älter als 30 Jahre sind, ist die energetische Sanierung Pflicht.

Niedertemperaturkessel

Den Kesseltypus des Niedertemperaturkessels gibt es seit den 1980er Jahren. Dieser Heizkessel kann die Vorlauftemperatur zwischen 35 und 70°C variieren. Das reduziert die Verluste. Bei der Energieeffizienzklasse sortieren sich diese Heizgeräte bei C oder D ein. Die Bedeutung der Niedertemperaturkessel sinkt. Im Jahr 2021 waren von allen in Deutschland verkauften Wärmeerzeugern nur rund 9% Gasheizungen mit Niedertemperaturkesseln.¹

Moderne Heizkessel: Gas-Brennwertgeräte

Besonders effizient und Stand der Technik sind heute Brennwertkessel mit Öl- oder Gas. Diese Heizkessel enthalten einen modernen, modulierenden Gebläsebrenner und erreichen eine Energieeffizienzklasse von A oder B. Insbesondere Gas-Brennwertgeräte dominierten mit 62% im Jahr 2021 den Markt der Wärmeerzeuger in Deutschland.²

Funktionsweise Gas-Brennwertgerät

Ihren besonders hohen Wirkungsgrad erzielen diese Brennwertkessel durch einen Trick: Sie zapfen zusätzlich zur chemisch gespeicherten Energie des Brennstoffes auch noch die Wärme an, die in dem bei der Verbrennung freigesetzten Wasserdampf steckt.
Das machen sie, indem sie den Wasserdampf am Wärmeübertrager so weit herunterkühlen, bis er zu flüssigem Wasser kondensiert.
Das verbessert nicht nur die Energieausbeute, sondern sorgt auch dafür, dass Schadgase wie Stickoxide und Schwefeldioxide im Wasser gebunden werden und gar nicht erst in die Luft gelangen.

Für den Brennwerteffekt ist es entscheidend, dass die Rücklauftemperatur des Heizkreises 55°C nicht überschreitet. Sonst kann die Kondensation nicht stattfinden. Nur bei einer gut ausgelegten und korrekt hydraulisch abgeglichenen Heizungsanlage ist dies gewährleistet.

Gas-Brennwertgeräte gewinnen durch den Brennwerteffekt mehr Wärme als vergleichbare Öl- oder Pellet-Brennwertgeräte. Das liegt an dem bereits erwähnten hohen Wasserstoffgehalt im Erdgas. Dadurch entsteht bei der Verbrennung mehr Wasser als bei anderen Brennstoffen. Und das bedeutet, dass Gas-Brennwertgeräte mehr Kondensationswärme einsammeln können.

Ölheizungen verlieren an Bedeutung

Heizkessel, die Heizöl verbrennen, sind anders aufgebaut als Kessel für Gas:

Ein wichtiger Unterschied besteht darin, dass viele Geräte das Öl vorheizen müssen. Denn kaltes Öl lässt sich schwer entzünden. Sollten Sie sich ein neues Ölgerät zulegen, achten Sie darauf, dass es auf das Ölvorheizen verzichtet.
Außerdem benötigt der Ölkessel eine Pumpe, die das vorgewärmte Öl zur Düse des Brenners transportiert und dann in den Brennraum einspritzt.

Ölkessel sind in der Regel Gebläsebrenner, die die Verbrennungsluft aktiv zumischen. Wie Gaskessel verfügen auch moderne Wärmeerzeuger auf Ölbasis über eine automatische elektrische Zündung. Während bei Gas meist ein Lichtbogen zum Einsatz kommt, ist es beim Öl ein Zündtrafo, der eine hohe elektrische Spannung im Brennraum erzeugt.

Auch beim Ölkessel gibt es Konstanttemperatur-, Niedertemperatur-, und Brennwertausführungen. Auf dem deutschen Markt spielen Ölkessel bei Neubauten mittlerweile keine große Rolle mehr. Unter allen im Jahr 2021 verkauften Wärmeerzeugern machten Öl-Brennwertgeräte nur 4,6% und Öl-Niedertemperaturkessel nur 0,3% aus.³

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Holzkessel: Klimafreundliche Heizkessel-Nische

Eine Alternative zu Heizkesseln, die fossile Brennstoffe verfeuern, sind Heizungen, die heimisches Holz nutzen. Holzheizungen sind aber nur eine Nische im deutschen Wärmeerzeugermarkt.

Heizkessel mit Pellets

Eine Pelletheizung ist vor allem auf dem Land für manche eine Heizsystem-Alternative. Denn dort gibt es nicht überall einen Gasanschluss, aber genügend Platz für ein Pelletlager ist oftmals vorhanden. Ein Gaskessel kann dank eines Flüssiggastanks dennoch zum Einsatz kommen. In der Regel bietet sich auch eine umweltfreundliche Wärmepumpe an.

Anstelle eines Brenners enthalten Pelletkessel einen Brennrost. Auf diesem brennt der feste Brennstoff ab. Für die optimale Luftmenge sorgt ein Gebläse. Auch Pelletkessel sind mit einer automatischen Zündung ausgestattet. Dabei kann es sich um ein Heißluftgebläse oder einen Glühdraht handeln.

Pelletkessel können modulieren. Sie variieren einfach die Geschwindigkeit, mit der die Pellets in den Brennraum gelangen. Auch Kessel mit Brennwerttechnik gibt es auf dem Markt. Wichtig ist bei Pelletkesseln, dass sie über eine Rückbrandsicherung verfügen. Diese verhindert, dass sich das Feuer aus dem Brennraum des Heizkessels bis in das Pelletlager ausbreiten kann.

Zudem brauchen Pelletkessel eine Rücklaufanhebung. Würde beim Start der Heizung kaltes Rücklaufwasser aus dem Heizkreis in den Kessel fließen, könnte sich sonst Ruß am Wärmeübertrager absetzen.

Scheitholzvergaserkessel

Wer selbst Holz schlägt, für den bietet sich ein Scheitholzvergaserkessel an. Bei dieser Art des Heizkessels muss der Betreiber selbst Hand anlegen und die Holzscheite in den Brennraum legen. Scheitholzvergaserkessel verbrennen das Holz sauberer als einfache Kaminöfen. Sie sorgen nämlich dafür, dass die Holzbestandteile zunächst zu Holzgas verdampfen. Erst dann verbrennen sie, gut mit Luft gemischt, im Brennraum.

Pufferspeicher muss groß genug sein

Die Zündung erfolgt bei den meisten Geräten automatisch, wenn die Regelung einen Heizbedarf erkannt hat.
Ist die Zündung einmal erfolgt, lässt sich die Verbrennung nicht mehr stoppen.
Der Scheitholzvergaserkessel kann daher auch nicht modulieren. Er gibt die volle Leistung und komplette Wärmemenge ab.
Darum braucht eine Scheitholzheizung immer einen ausreichend großen Pufferspeicher. Dieser nimmt die restliche Wärmemenge auf, wenn die Räume warm genug sind.

Zur Sicherheit baut der Heizungsexperte auch eine thermische Ablaufsicherung ein. Diese springt ein, wenn der Pufferspeicher voll ist und die Wärme auch nicht im Haus verteilt werden kann. Eine solche Situation könnte zum Beispiel entstehen, wenn die Speicherladepumpe defekt ist. In diesem Fall strömt kaltes Trinkwasser durch den Wärmeübertrager und verhindert eine Überhitzung im Inneren des Heizkessels. Auch der Scheitholzvergaserkessel benötigt eine Rücklaufanhebung.

Erneuerbare Energien werden mehr

Auch wenn heute noch die überwiegende Mehrzahl der Heizungen in Deutschland auf einem Heizkessel basiert, kündigt sich der Strukturwandel schon an. Im Neubau installieren Bauherren mittlerweile schon öfter Wärmepumpen als Gas-Brennwertgeräte.

Wärmepumpen sind eine Möglichkeit, um Heizkessel zu ersetzen. Sie nutzen die Umweltwärme, die mithilfe von elektrischem Strom in das Haus gepumpt wird. Geschieht das mit kohlendioxidfreiem Wind- oder Solarstrom, ist die Heizung CO2-neutral. Einige Zukunftsszenarien gehen daher davon aus, dass Wärmepumpen in Zukunft einen Großteil der Gebäude in Deutschland heizen.

Beim Heizkessel heute Brennwerttechnik das Maß der Dinge

Moderne Brennwertgeräte sind deutlich effizienter als alte Heizkessel. Ein Austausch lohnt sich meist schon nach wenigen Jahren. Überall, wo Gasverteilnetze zugänglich sind, sind unter den klassischen Kesseln die Gas-Brennwertgeräte die beste Wahl. Ansonsten bietet der Markt auch eine breite Auswahl an modernen Brennwertkesseln mit Öl oder Pellets an.

Besonders klimafreundlich wird Ihre Heizung, wenn Sie eine Wärmepumpe oder zusätzlich Solarwärme nutzen. Heutzutage ist es bei vielen Gebäuden ohne Probleme möglich, mehr als die Hälfte der benötigten Heizenergie umweltfreundlich von der Sonne zu „ernten“.

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^1,2,3BDH: Marktentwicklung Wärmeerzeuger Deutschland 2012-2021

Dr. rer. nat. Jens-Peter Meyer

Dr. Jens-Peter Meyer schreibt freiberuflich seit dem Jahr 2000 über Heizungsthemen. Sein journalistischer Schwerpunkt liegt auf erneuerbaren Energien in der Wärmetechnik – speziell in Solarwärmesysteme, Wärmepumpen und Holzheizungen.