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Brennwert berechnen: So geht's

Um die vielen Vorteile der modernen Brennwerttechnik zu erkennen ist es hilfreich, zunächst die Berechnung des Brennwerts zu verstehen. Wir erklären, was der Brennwert genau ist und was Sie davon haben. Lesen Sie hier, wie Sie den Brennwert einfach berechnen und was Sie mit den Angaben auf Ihrer Verbrauchsrechnung anfangen können.

Inhaltsverzeichnis

  1. Was sagt der Brennwert aus?
  2. Was ist der Unterschied zwischen Heizwert und Brennwert?
  3. Wie berechnet der Gaslieferant den Brennwert?
  4. Welchen Brennwert hat das Erdgas, das in Deutschland geliefert wird?
  5. Lohnt sich die Umrüstung auf Brennwerttechnik bei Heizkörpern?
  6. Brennwert berechnen leichtgemacht
Brennwert berechnen: Mann sitzt an Tisch mit Taschenrechner und Unterlagen

Deutschland ist in der Heizungstechnik auf dem besten Weg, nach und nach die technisch überholten Heizwertkessel aus den Kellern zu verbannen.

  • Im Jahr 2017 waren hierzulande rund 7,5 Millionen Heizwert-Gaskessel in Betrieb – dem gegenüber stehen 5,8 Millionen der neueren Brennwert-Gasgeräte.
  • Beim Energieträger Öl sieht die Bilanz für die Brennwerttechnik nicht ganz so rosig aus. Von den 5,7 Millionen betriebenen Öl-Heizkesseln laufen noch rund 5 Millionen mit der konventionellen Heizwerttechnik1.

Der entscheidende Vorteil der Brennwerttechnik

  • Die Wärme des im Abgas enthaltenen Wassers wird nutzbar gemacht.

  • Das geschieht, indem der Wasserdampf unter den Taupunkt abgekühlt wird.

  • Durch dieses Prinzip wird zusätzliche Wärme frei, die dem Heizsystem zugeführt werden kann.

  • Sie als Verbraucher sparen Kosten für Brennstoff und die Umwelt profitiert von geringeren CO2-Emissionen.

Doch was ist genau der Brennwert und wie wird er berechnet? Welchen Brennwert hat das Gas, das ich in meinem Wärmeerzeuger nutze und was genau sagt die Zustandszahl auf der Gasrechnung aus? Diesen und weiteren Fragen gehen wir in unserem Ratgeber anhand praktischer Beispiele und einfacher Berechnungen auf den Grund.

Wir erklären Ihnen die Vorteile der effizienten Brennwerttechnik, gehen auf den Unterschied zwischen Brennwert und Heizwert ein und erläutern, welche Rolle die Vor- und Rücklauftemperatur bei der Brennwerttechnik spielt.

Was sagt der Brennwert aus?

Der Brennwert ist ein Maß für die in einem Stoff enthaltene chemisch gebundene Energie. Was sich kompliziert anhört, kann am Beispiel des Energieträgers Erdgas ganz einfach erklärt werden: Der Brennwert bezeichnet die Menge an Energie, die bei der Verbrennung von Erdgas und der anschließenden Abkühlung des Abgases auf eine Temperatur von 25°C freigesetzt wird. Lesen Sie auch mehr hierzu im Artikel „Brennwert Definition“.

In der Heizungstechnik wird der Brennwert meist als volumenbezogener Brennwert in der Einheit Kilowattstunden pro Normkubikmeter angegeben (kWh/m³).

Ein Beispiel

  • Wenn Sie in Ihren eigenen vier Wänden beispielsweise mit Heizgas mit einem Brennwert von Hs=11,0 kWh/m³ beliefert werden, so enthält jeder Kubikmeter des gelieferten Gases eine Energiemenge von 11,0 Kilowattstunden.

  • Ein kleines Beispiel soll verdeutlichen, wie diese Energiemenge einzuschätzen ist.

  • Wenn Sie einen Liter Wasser von Raumtemperatur (20°C) auf eine Vorlauftemperatur von 90°C erhitzen möchten, ist eine Energiemenge von rund 0,08 kWh erforderlich.

  • Mit einem Kubikmeter Heizgas können Sie also etwa 135 Liter Wasser von Raumtemperatur auf eine Vorlauftemperatur von 90°C erhitzen.

Die Technik einer Brennwertheizung

Der maßgebliche Unterschied zwischen Heizwert und Brennwert eines Energieträgers ist, dass der Brennwert auch die Kondensationswärme des im Abgas enthaltenen Wassers berücksichtigt. Um diesen Unterschied zu verstehen, sind zunächst grundlegende Kenntnisse über die Brennwerttechnik notwendig.

Ältere Heizkessel arbeiten auf einem vergleichsweise hohen Temperaturniveau. Die beim Verbrennungsprozess freiwerdende Wärmeenergie wird genutzt, um das im Heizungskreislauf zirkulierende Wasser auf eine Temperatur von bis zu 90°C zu erhitzen.

Wenn das heiße Wasser nun im Kreislauf umgewälzt wird, gibt es seine Wärme in den Heizkörpern an die Luft ab und erwärmt dadurch die Wohnräume. Das Heizungswasser wird dann wieder zurück in den Heizungskessel geleitet und dort erneut erhitzt.

Bei der Verbrennung von Erdgas oder Heizöl wird durch die Reaktion der chemischen Elemente Wasserstoff und Sauerstoff immer auch Wasser erzeugt, das in Form von Wasserdampf im Abgas enthalten ist. Dieses Abgas wird bei älteren Heizkesseln mit einer hohen Temperatur in die Umgebung abgegeben, wodurch die im Wasserdampf gespeicherte Energie verlorengeht.

Brennwert versus Heizwert: Grafik Aufbau Heizwertkessel
Brennwert versus Heizwert: Grafik Aufbau Brennwertkessel

Moderne Brennwertkessel nutzen im Gegensatz dazu auch die im Wasser enthaltene Energie. Das gelingt, indem sie das Abgas auf eine Temperatur abkühlen, die unter der Tautemperatur des Abgases liegt. Das bedeutet, dass durch den Abkühlungsprozess die im Wasserdampf gespeicherte Kondensationswärme frei wird und ebenfalls dem Heizungswasser zugeführt werden kann. Das bei diesem Prozess anfallende Kondenswasser kann dann ganz einfach in die Kanalisation abgeleitet werden.

Voraussetzung für die Nutzung der Kondensationswärme ist, dass das Heizungssystem auf einem geringeren Temperaturniveau arbeitet. Nur wenn die Rücklauftemperatur des Heizungswassers unter der Tautemperatur des Abgases liegt, kann der  Wasserdampf kondensieren und seine Wärme abgeben.

Darüber hinaus ist für die effiziente Nutzung des Brennwerteffekts ein fachgerechter hydraulischer Abgleich des Heizungssystems notwendig. Dadurch stellt der Heizungsbauer sicher, dass jeder Raum genau mit der Wärmemenge versorgt wird, die er benötigt. Legen Sie sich also eine neue Brennwertheizung zu, sollten Sie den Installateur auch unbedingt einen hydraulischen Abgleich machen lassen.

Was ist der Unterschied zwischen Heizwert und Brennwert?

Der Unterschied zwischen Heizwert und Brennwert lässt sich anhand einer anschaulichen Grafik erklären. Der blaue Balken mit der Bezeichnung Hi (i = inferior, englisch für „unterer“) stellt den Heizwert dar, also den ohne Kondensationswärme nutzbaren Energieinhalt. In unserem Beispiel liegt der Heizwert bei 10,4 kWh/m³. Dem Heizwert wird der Referenzwert 100% zugewiesen.

Der rote Balken mit der Bezeichnung NT-Technik (Niedertemperatur-Technik) steht für eine Niedertemperaturheizung, bei der die Kondensationsenergie des im Abgas enthaltenen Wassers nicht genutzt wird. Diese Heizungsart wandelt nur rund 93 bis 95% des Heizwertes in nutzbare Wärme um.

Brennwert berechnen Grafik: Unterschied Brennwert und Heizwert

Der zweite blaue, mit Hs (s = superior, englisch für „oberer“) bezeichnete Balken bezieht sich auf den Brennwert des Energieträgers. Um diesen Brennwert zu berechnen, wird die im Wasserdampf des Abgases enthaltene Energiemenge bestimmt:

  • Bei der Verbrennung von einem Kubikmeter Erdgas entstehen rund 1,7 Liter Wasser.
  • Pro Liter ist in diesem Wasser eine Wärmemenge von 0,63 Kilowattstunden enthalten.
  • Das bedeutet, dass der Brennwert etwa 1,1 kWh/m³ höher liegt als der Heizwert:
  • 1,7 Liter Wasser x 0,63 kWh Wärmeenergie pro Liter = 1,1 kWh/m³
  • Der Brennwert liegt in unserem Fall also bei 10,4 kWh/m³ + 1,1 kWh/m³ = 11,5 kWh/m³

Mit der modernen Brennwerttechnik können Sie rund 105 bis 111% der eingesetzten Energie nutzen – bezogen auf den Heizwert. Wenn Hersteller Wirkungsgrade jenseits der 100% nennen, nehmen diese Angaben stets den Heizwert (=100%) als Basis. Beim Öl ist der Brennwerteffekt etwas geringer als bei Gas.

Tipp: Wenn Sie ohne großen Aufwand aus dem Heizwert den Brennwert eines Energieträgers berechnen möchten, können Sie als Faustformel ein Plus von rund 10% ansetzen. Wenn der Heizwert Ihres Gases 10 kWh/m³ beträgt, liegt der Brennwert also bei rund 11 kWh/m³.

In der Energieeinsparverordnung (EnEV) werden darüber hinaus Umrechnungsfaktoren definiert, mit denen Sie Heizwert in Brennwert umrechnen können:

Brennstoff
Heizwert → Brennwert
Brennwert → Heizwert
Heizöl
1,06
0,943
Erdgas
1,11
0,901
Flüssiggas
1,09
0,917

Wie berechnet der Gaslieferant den Brennwert?

Wenn Sie in Ihren eigenen vier Wänden den Energieträger Gas nutzen, so erhalten Sie in der Regel einmal pro Jahr eine Rechnung über Ihren Gasverbrauch. Ein Blick auf den heimischen Gaszähler verrät Ihnen, wie viele Kubikmeter Gas durch die Leitungen geflossen sind.

Der Zähler gibt allerdings keinerlei Auskunft darüber, welchen Brennwert das gelieferte Gas hat. Gleichzeitig wird auf der Jahresrechnung als Abrechnungseinheit aber der Verbrauch in Kilowattstunden angegeben – welchen Brennwert nimmt der Energieversorger also als Referenz zur Umrechnung?

Brennwert berechnen Grafik: Beispiel Gasrechnung Brennwert

Ein Blick auf eine beispielhafte Gasabrechnung verrät uns, dass für unterschiedliche Belieferungszeiträume verschiedene Brennwerte angesetzt werden. Das liegt daran, dass der Brennwert in hohem Maße von der Qualität und Zusammensetzung des gelieferten Gases abhängt. Heizgas besteht zu einem großen Teil aus Methan, weist darüber hinaus aber noch verschiedene andere Bestandteile auf, die den Brennwert beeinflussen.

Damit also der richtige Brennwert in Rechnung gestellt wird, sind im gesamten Erdgasnetz in Deutschland an verschiedenen Stellen sogenannte Prozessgas-Chromografen (PGC) installiert. PGC-Geräte analysieren die im Gas enthaltenen Bestandteile und erlauben die präzise Berechnung des Brennwertes. Auf Ihrer Jahresrechnung finden Sie jeweils einen mengengewogenen Brennwert, der die monatlichen Schwankungen des Einspeisebrennwertes und der Einspeisemengen berücksichtigt.

Wofür steht die Zustandszahl auf der Gasrechnung?

Bei einem genaueren Blick auf die Gasrechnung fällt auf, dass dort nicht nur der Brennwert, sondern auch eine Zustandszahl angegeben wird. Dieser auch als z-Zahl bezeichnete Wert berücksichtigt den Einfluss von Druck und Temperatur auf das Volumen des gelieferten Gases. Die z-Zahl beschreibt das Verhältnis des Erdgasvolumens in einem definierten Normzustand zum Volumen im Betriebszustand.

Brennwert berechnen Grafik: Beispiel Gasrechnung Brennwert

Ein kleines Rechenbeispiel soll verdeutlichen, wie sich die Zustandszahl auf der Gasrechnung auswirkt. Wir gehen davon aus, dass wir mit Erdgas mit einem Brennwert von 11,5 kWh/m³ beliefert werden. Bei einer Wohnfläche von 200m² zeigt der Gaszähler nach einem Jahr eine gelieferte Gasmenge von 3.200m³ an, wobei die Zustandszahl bei 0,9163 liegt. Das bedeutet, dass der Energieversorger auf der Jahresrechnung eine Energiemenge von 3.200 m³ * 0,9163 * 11,5 kWh/m³ = 33.719,84 kWh in Rechnung stellt.

Welchen Brennwert hat das Erdgas, das in Deutschland geliefert wird?

Da es sich bei Erdgas um einen natürlichen Rohstoff handelt, treten erhebliche Unterschiede in der Qualität und der Zusammensetzung auf. Grundsätzlich unterscheiden wir hierzulande zwischen den beiden Qualitätsmerkmalen H-Gas (H = High) und L-Gas (L = Low). H-Gas wird meist aus Russland importiert oder in der Nordsee gefördert, während L-Gas häufig aus Norddeutschland oder den Niederlanden stammt.

Qualität von Erdgas

  • Während H-Gas einen vergleichsweise hohen Brennwert von 10 bis 12 kWh/m³ aufweist, bringt es L-Gas nur auf rund 8 bis 10 kWh/m³.

  • Die Qualitätsunterschiede in der Erdgasversorgung sind für den Verbraucher in Bezug auf die Gasrechnung unerheblich.

  • Denn auf der Verbrauchsabrechnung wird der gemessene Brennwert aufgeführt und die Energiemenge, nicht die reine Liefermenge, in Rechnung gestellt.

Am 1. Januar 2017 ist ein Gesetz in Kraft getreten, nach dem die Erdgasversorgung in Deutschland im Laufe der nächsten Jahre auf hochkalorisches H-Gas umgestellt wird. Bis 2030 soll das aus niederländischer und heimischer Produktion stammende L-Gas durch H-Gas mit einem höheren Brennwert ersetzt werden. Durch diese Umstellung können bei Gasbrennwertthermen oder Gaskochgeräten Anpassungen notwendig werden.

Lohnt sich die Umrüstung auf Brennwerttechnik bei Heizkörpern?

Die Umrüstung alter Heizkessel auf moderne Brennwerttechnik verspricht eine höhere Effizienz und geringere Betriebskosten. Ganz nebenbei leisten Sie darüber hinaus einen aktiven Beitrag zu mehr Umweltschutz, da weniger CO2 in die Atmosphäre emittiert wird.

Bei Heizungssystemen mit herkömmlichen Heizkörpern (anstatt Fußbodenheizung) heißt es häufig, dass die Umrüstung auf Brennwerttechnik nicht empfehlenswert sei, da die hohe Rücklauftemperatur die Vorteile der Brennwerttechnik zunichtemacht. Anhand der folgenden Grafik möchten wir erläutern, warum Sie auch mit Heizkörpern und hohen Rücklauftemperaturen deutlich mehr Effizienz erwarten können.

Brennwert berechnen Grafik: Systemtemperaturen im Heizsystem

Die Grafik zeigt, dass eine weitgehende Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfs bei Außentemperaturen von etwa 3°C und aufwärts möglich ist. Lediglich bei Außentemperaturen von weniger als -5°C liegt das Temperaturniveau im System so hoch, dass die Kondensationswärme nicht genutzt werden kann. Das bedeutet, dass Sie in der Heizperiode zu 80 bis 90% der Zeit von den Vorteilen der Wasserdampfkondensation profitieren.

Gegebenenfalls bietet es sich an, in den Haupt-Heizräumen wie dem Bad und dem Wohnzimmer neue Niedertemperatur-Heizkörper zu installieren, um das Temperaturniveau im Rücklauf zu senken und die Kondensationswärme voll auszunutzen. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass der Heizungsbauer nach der Umrüstung einen erneuten hydraulischen Abgleich durchführen sollte.

Brennwert berechnen leichtgemacht

Für Privatleute ist es in der Regel nicht erforderlich, den Brennwert zu berechnen, da auf der jährlichen Rechnung die genutzte Energiemenge und nicht die gelieferte Menge maßgeblich ist. Die Berechnung des Brennwertes trägt aber erheblich dazu bei, ein grundlegendes Verständnis für die weitreichenden Vorteile der modernen Brennwerttechnik zu entwickeln. Durch die Investition in ein Brennwertgerät können Sie den Energiegehalt Ihres Energieträgers deutlich besser ausnutzen, sparen langfristig Energiekosten und leisten nebenbei einen Beitrag zu mehr Umweltschutz.

Heizungsbauer finden

Ein Heizungsbauer hilft Ihnen gerne dabei, Ihre alte Heizung gegen ein neues Brennwertgerät auszutauschen – oder einen hydraulischen Abgleich zu machen, um die Effizienz zu steigern.

Doch damit nicht genug: Institutionen wie die KfW oder das BAFA stellen attraktive finanzielle Zuschüsse zur Verfügung, wenn Sie in ein neues Brennwertgerät investieren. Bei der KfW erhalten Sie im Rahmen des Programms 430 „Energieeffizient Sanieren – Investitionszuschuss“ 10% Ihrer Kosten ab einem Betrag von 3.000 Euro erstattet. Voraussetzung ist, dass der Heizungsinstallateur einen hydraulischen Abgleich vornimmt.

 

1 Statista: Bestand zentraler Wärmeerzeuger für Heizungen in Deutschland nach Kategorie im Jahr 2017 (in Millionen Stück)

Andreas Wurm

Über den Autor

Andreas Wurm absolvierte seinen Bachelor of Science in Maschinenbau an der RWTH Aachen University und schloss einen Master in Energietechnik (Spezialisierung Erneuerbare Energien) an derselben Universität an. Nach seinem Studium war er von 2014 bis 2016 Projektingenieur in der Branche Heizungs- und Klimatechnik.

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