Erfahrungsbericht – DIY Hybrid-Heizung

[John66]

Ich habe im September 2023 die 2. Phase meiner Heizungs-Optimierung gestartet.
Dass sich der Verbrauch halbiert hat, ist natürlich sehr erfreulich, aber mir fehlt eine wirklich schlüssige Erklärung.

2021 lag der Verbrauch noch bei 30.000 kWh/Jahr. Mit Heizstab für WW und Totalabschaltung nachts waren noch 24.000 kWh/Jahr fossile Energie nötig.
Das lässt sich noch gut erklären.

2023 startet ich mit eine hybriden Kozept und liege für diese Heizungsjahr (Start September) unter 12.000 kWh.

Einige Grunddaten zu Gebäude und Heizungs-Anlage:
Gebäude Baujahr 1993, Heizkessel Rexola bifferal 14-18 kW, Heizlast 10 kW, 200 qm beheizte Fläche, WW-Boiler 160 L. Heizkörper.

Nachfolgend ein Schema zum aktuellen Aufbau des hybriden Systems.

.

Die roten Kreise markieren die vom Hybrid-Regler genutzten Elemente.

Der Ansatz für die Regelung:
• Eimer-Prinzip von Paradigma jedoch umgemünzt für einen Heizkessel
• die Fehlanpassung des Heizkessels bei Minderlast für Einsparung nutzen
• raumorientiertes Heizen ohne Overhead (Verteilungsverluste) durch Strom-Direkt-Heizung
• Nutzung des PV-Stroms für Heizungs- Warmwasser-Zwecke
• Vernetzung aller Komponenten für ein optimales Zusammenspiel

Die Grunderwärmung wird von der Infrarotheizung übernommen. Kommt diese nicht mehr "hinterher" gibt es einen "Wärme-Eimer" vom Heizkessel.
Entsprechend sieht auch der Verlauf der Vorlauftemperatur (grüne Kurve) aus. (hier nur 4 Taktzyklen pro Tag im März, dafür läuft der Brenner 30-90 Minuten am Stück)

Wenn der Brenner aktiv ist, öffnen alle Thermostate und die Booster werden aktiv, so daß die Wärme möglichst schnell in die Räume gelangt.

Die Reduzierung der Takte bei gleichzeitiger Erhöhung der Brennerlaufzeit pro Takt sollte die Verteilungsverluste, die Abstrahlverluste und Tranmissionsverluste des Kessels,
wie auch Anfahrverluste reduzieren.
Die IR-Heizung kann auch sehr zielgerichtet Räume erwärmen und das ohne Overhead (Verteilung...)
Die Anforderung war, dass die Stromdirekt-Heizung maximal 1/3 der eingesparten fossilen Energie verbrauchen darf gemittelt über das Heizjahr.

Nachfolgendes Diagramm zeigt die monatlichen Verbäuche seit September.
Der orangen Balken stellen den monatlichen Verbrauch auf Basis von 24.000 kWh/Jahr dar.
Der blaue Kurve zeigt den tatsächlichen Gas-Verbrauch.
Die grauen Balken zeigt den zusätzlich benötigten Bezugs-Strom.
Seit letzter Woche ist steht der Gaskessel auf Frostschutz. Ich werde ihn wohl frühstens im Oktober wieder aktivieren.

Vielleicht kann mir einer der Experten auf die Sprünge helfen und erklären wie es zu dieser unerwartet hohen Einsparung kommen kann.

John

 

[cephalopod]

Klimawandel

 

[wpuser]

unter 12.000 kWh.

Gas.

Und wieviel Strom selbst erzeugter Strom wurde verbraucht?

 

[John66]

Eigenverbrauch wird ja von jedem Bereich verbraucht. Ich habe ihn hier bilanziell der Heizung zugordnet.

 

[cephalopod]

Und wo ist das Wunder?
Strom und Gas kW addiert ist doch nicht besonderes.

 

[John66]

Klimawandel

Ja super, jetzt verstehe ich alles.

Deine Brilianz in der Analyse, die passgenaue Erläuterung, deine tiefe Expertise. Alles sehr beeindruckend.

Genaus das habe ich hier erwartet.

Nachdem nun alles klar ist, gehe ich ein Bier trinken und setze mich in die Sonne.

Solltest du viellicht auch mal probieren.

 

[wpuser]

bilanziell der Heizung zugordnet

Ich meine den von der PV erzeugten Strom. Der floß doch in die Heizung. Hast du diesen nirgends erfasst? In der Balkengrafik findet sich der nicht wieder. Man sieht klar wie in der Übergangszeit der Gasverbrauch zurück ging, weil durch PV Strom ersetzt.

 

[John66]

Ich meine den von der PV erzeugten Strom. Der floß doch in die Heizung.

Erstmal besten Dank für dein konstrukives "Mit-Denken", das ist nicht selbstverständlich.

PV.Energie wird wie folgt genutzt:

Die elektr. Energie für den Haushalt setzte ich fix mit 3500 kWh/Jahr an (Langzeiterfahrung) ebenso die Energie für WW mit 1000 kWh/Jahr.

PV+IR-Heizung landen in einer gedanklichen "Black-Box", welche die alte rein fossile Heizung zur Hybrid-Heizung erweitert.

Am Ende des Heizjahres stecke ich in die BlackBox 1500 kWh zusätzlicher elektrischer Bezugs-Energie rein und spare damit 12000 kWh fossiler Energie.

So meine Sichtweise.

Wenn ich 4000 kWh (1500 Bezug + 2500 Eigenverbrauch) für die Heizung ansetze, wie kann man mit einem COP von 1 (IR-Heizung) die 3-fache Menge an fossiler Energie ersetzen ?

 

[wpuser]

So meine Sichtweise.

Wie viel Strom wurde in die Heizstäbe eingespeist? Gemessen, nicht geschätzt.

 

[John66]

Wie viel Strom wurde in die Heizstäbe eingespeist? Gemessen, nicht geschätzt.

Diese Informationen habe ich nicht für die einzelnen Stromverbraucher der Stromheizung.

Nur in Summe, hier sind die 4000 kWh anzusetzen.
Eigenverbrauch Einspeisung und Bezugsstrom werden über die Zähler des Versorgers bestimmt.

Die einzige Annahme ist die Verbrauch für Haushalt und WW. Dafür gibt es Langzeiterfahrung über ein Jahrzehnt.

Am Ende des Heizjahres gibt es endgültige Gewissheit, das Heizjahr ist zu 93% beended

Wir können für die weitere Diskussion die 4000 kWh Verbrauch bei den Stromheizung als gesetzt annehmen.
Ich bin mir sicher, dass dieser Wert nicht überschritten wird.

 

[wpuser]

Diese Informationen habe ich nicht für die einzelnen Stromverbraucher der Stromheizung.

Nur in Summe, hier sind die 4000 kWh anzusetzen.

wie kann man mit einem COP von 1 (IR-Heizung) die 3-fache Menge an fossiler Energie ersetzen ?

Sorry, mit Esoterik befasse ich mich nicht.

 

[John66]

Sorry, mit Esoterik befasse ich mich nicht.

Das sind wir schon zu Zweit. Ich bin selbst Techniker und der Meinung, das es für technische Phänomen Erklärungen geben muss, die der klassischen Physik nicht widersprechen.

Ich mache jetzt mal den Anfang mit Erklärungsversuchen. Da Heizungstechnik nicht mein Kernthema ist, bin ich mir nicht sicher , ob meine Deutungen passen, was auch der Grund für diesen Post war.

Einstufige Brenner arbeiten die meiste Zeit völlig fehlangepasst. Sie sind ausgelegt für die Normaussentemperatur, die nur an sehr wenigen Tagen erreicht wird.

In der Anfahrphase mit ca. 5 Minuten haben sie wie bei jedem Brennvorgang einen sehr schlechten Wirkungsgrad (<35% ), nach weiteren 5 Minuten mit 80% Wirkungsgrad schaltet er wieder aus, da der Abschaltpunkt der Vorlauftemperatur erreicht ist. Über diesen Zeitraum erreicht er im Mittel einen Wirkungsgrad von 57%.
Mit der geänderten Betriebsart läuft der Brenner im Mittel 45 Minuten pro Takt (30-120 Minuten)., damit ergibt sich eine Effizenz von 75%.

Anders als bei der alten Betriebsart, muss der Brenner nicht mehr für die Erhaltung der Vorlauftemperatur sorgen. Die Wärme wird nach der Brenneraktivität in kurzer Zeit in die Räume übertragen. Die Vorlauftemperatur kühlt danach bis auf Raumtempeartur ab. Die Pausenzeit beträgt je nach Wärmebedarf, viele Stunden.
In dieser Pausenzeit reduzieren sich die Strahlung-, Transmissions -und und Verteilungsverlusten dramatisch.

Ich bin nicht in der Lage das messtechnisch zu erfassen, aber ich vermute, dass die Verlängerung der Aktivitätsphase und Pausenphase für mindestens 1/3 der Einsparungen verantwortlich ist. Das passt auch zu den Ergebnissen der Bajorath-Regelung, die ein ähnliches Verhalten bewirkt und eine Effizienzsteigerung von 35% verspricht.

 

[wpuser]

Einstufige Brenner arbeiten die meiste Zeit völlig fehlangepasst

Das ist irrelevant, weil allein Eingang (Gas, Öl, Strom, Holz oder was auch immer) und Ausgang (Wärme) zählen und beide Größen einfach meßbar sind. Das schließt auch die Effizienz der Umwandlung in Wärme mit ein. Brennwertthermen (richtig betrieben, also mit niedriger Temperatur) nutzen bereits einige Effekte. Elektrischer Strom (von der Produktion durch Verbrennung einmal abgesehen) lässt sich über einen Heizstab sogar noch besser in Wärme umwandeln, aber so nur 1:1. Eine kWh Strom kostet aber mehr, als eine kWh Gas, Öl oder Holz.

Bei einer alten Gammelheizung ist das Optimierungspotenzial natürlich sehr groß, macht aber unter dem Strich keinen Sinn, weil es dazu bereits fertige Lösungen gibt.

Solltest du mit Infrarot Heizungen tatsächlich ein sehr hohes Sparpotenzial im Vergleich zu deinem Verbrenner erzielen können, ist dein Verbrenner einfach zu schlecht.

Wenn dein Ziel auf eine Verbrauchsoptimierung hinausläuft, bau dir eine Wärmepumpe ein, die nutzt in der Übergangszeit viel PV Strom. Den alten Verbrennerkessel kannst dann als Notreserve halten, sollte dich der reine Strombetrieb (bei starkem Frost mit Hilfe eines Heizstabs) nicht überzeugen.

 

[willi-heinrich]

Infrarotheizung wie auch Luft Luft WP erwärmen zuerst mal die Luft (LLWP) bzw. die angestrahlten Gegenstände.
Das Gemäuer bleibt erstmal kalt. Das kann je nach Nutzung dazu führen, dass man weniger Energie braucht, weil das Gemäuer nie wirklich erwärmt wird und dadurch auch nichts in die Aussenwelt strahlt. Man beheizt nur sich selber bzw. Die Luft um sich herum, solange man in dem Raum ist. Das mag die insgesamt eingesetzte Wärmemenge deutlich reduzieren.

im Idealfall hat man einen gut isolierten elektrisch beheizten Anzug an. Oder einen Infrarot Richtstrahler mit Verfolgersteuerung. Dann ist auch der COP von 1 fast egal.

Wenn allerdings die Räume dauerhaft beheizt werden, dürfte dieser Effekt vernachlässigbar sein.

Klingt bei dir aber eigentlich eh anders, weil die Infrarotheizung ja die Grunderwärmung übernimmt. Damit werden dann auch die Wände beheizt.

 

[willi-heinrich]

Das ist irrelevant, weil allein Eingang (Gas, Öl, Strom, Holz oder was auch immer) und Ausgang (Wärme) zählen und beide Größen einfach meßbar sind. Das schließt auch die Effizienz der Umwandlung in Wärme mit ein.

…wenn man einen Wärmemengenzähler und einen litergenauen Ölzähler eingebaut hat. Kommt in 99% der Heizungen nicht vor.
Und wenn der Wirkungsgrad des Kessels tatsächlich so stark schwankt, ist das Taktverhalten äusserst relevant. Ob der Wirkungsgrad tatsächlich mehrere Minuten so schlecht ist, weiss ich nicht, erscheint mir aber unwahrscheinlich.
Allerdings ist das Auskühlverhalten des Kessels sicher relevant, damit werden dann nur Heizraum und Schornstein geheizt. Das durch verlängerte Taktzeiten zu reduzieren bringt sicher was. Man verlagert durch die zeitweise Überhöhung des Vorlaufs die Wärme vom Kessel (kleine thermische Masse) in dasGebäude (große thermische Masse).

 

[Dr Schorni]

Ob der Wirkungsgrad tatsächlich mehrere Minuten so schlecht ist, weiss ich nicht, erscheint mir aber unwahrscheinlich.

Der Wärme-Wirkungsgrad ist die ersten Minuten sogar besser, weil zuerst die kalten (Metall)flächen im Keseel hoch aufgeheizt werden müssen und die viel Wärme abnehmen. So schaukelt sich ein NT-Kessel bei 60Grad über 10 min von 100Grad nach der ersten Minute auf seine 160 am Ende hoch. (Zahlen mehr symbolisch) In der Abkühlphase nach Flamme aus, geht ein Teil dieser Materialwärme ins Kamin verloen, die Teile mit Kesselwasserkontakt wärmen dieses nach.
Der Verbrennungs-Wirkungsgrad (saubere Flamme) ist bei Gas vielleicht so 2-3sek, beim Öl-Blaubrenner 5-10 sek und bei Pellet eher 5 MINUTEN nicht so ganz perfekt

 

[cephalopod]

Der Verbrennungs-Wirkungsgrad (saubere Flamme) ist bei Gas vielleicht so 2-3sek, beim Öl-Blaubrenner 5-10 sek und bei Pellet eher 5 MINUTEN nicht so ganz perfekt ...

... und bei WP an die 15 Minuten!

 

[willi-heinrich]

und bei WP an die 15 Minuten!

Schön, dass du das weisst
Passt gut zum Thema

 

[wpuser]

weiss ich nicht

Es geht um den pauschalen Wirkungsgrad der Anlage. Bei einer Anlage alter Bauart ist der nun einmal schlecht. On ich jetzt daran etwas optimiere oder nicht, der wird auch schlecht bleiben.

 

[wpuser]

Der Verbrennungs-Wirkungsgrad (saubere Flamme) ist bei Gas vielleicht so 2-3sek

Und der winzige Brennraum mit dem kleinen Wärmetauscher einer Brennwerttherme gibt diese Hitze auch sofort weiter, ohne eine halbe Tonne Stahl vorher mit aufheizen zu müssen. Moderne Technik versus alter Technik eben.