Ein- oder Mehrkesselanlage?

Fragen und Antworten als Entscheidungshilfe bei Neubau und Heizungssanierung.

Ist der Einsatz einer Kaskadenanlage sinnvoll? Jeder, der die Neuinstallation oder Sanierung einer Heizungsanlage plant oder ausführen will, wird sich diese oder eine ähnliche Frage stellen. Die Entscheidung für eine Mehrkesselanlage hängt von zahlreichen Faktoren ab. Der wichtigste ist dabei, wie die Anlage genau auf die Bedürfnisse des Kunden abgestimmt werden kann. Der folgende Frage-Antwort-Katalog erleichtert Planern und Installateuren die Suche nach der richtigen Lösung. Die Aussagen beschränken sich auf Anlagen bis circa 1.000 Kilowatt, da bei höherem Leistungsbedarf weitergehende Überlegungen angestellt werden müssten.

Wie groß ist die benötigte Leistung?

Diese Frage steht am Anfang, da es erst ab einer bestimmten Anlagengröße sinnvoll ist, die erforderliche Leistung auf zwei oder mehr Wärmeerzeuger aufzuteilen. Dies schon bei 12 oder 25 Kilowatt zu tun, treibt in der Regel die Investitionskosten unnötig in die Höhe.

Wie hoch sind minimale und maximale Leistung?

Das Leistungsspektrum der Anlage, genauer der Verbraucher, entscheidet über den erforderlichen Modulationsbereich. Ein ausreichender Modulationsbereich verhindert das permanente Ein- und Ausschalten (Takten) des Brenners. Häufiges Takten führt zu unnötigen Emissionen, denn jede Zündung verläuft als unkontrollierte Verbrennung. Eine hohe Zahl von Zündungsvorgängen führen darüber hinaus vor allem bei elektrischen Bauteilen zu einem vermeidbaren, hohen Verschleiß und damit hohen Instandhaltungskosten.

Wie viel ist der Kunde bereit zu investieren?

Das hängt sehr eng damit zusammen, wer der Auftraggeber ist. Denn die Interessenlage des Selbstnutzers einer Anlage ist anders als die eines Generalunternehmers bzw. Projektentwicklers. Wenn das Gebäude vermietet wird, müssen die unter Umständen höheren Nutzungskosten vom Investor dann in der Folgekalkulation berücksichtigt werden. Bei Kaskadenanlagen ergeben sich in aller Regel höhere Jahresnutzungsgrade als bei Einkesselanlagen. Der Nutzungsgrad ist umso höher, je größer die Differenzen zwischen kleinster und größter benötigter Anlagenleistung sind. Bei Kaskaden ergeben sich höhere Werte durch die Aufteilung der Heizleistung auf die einzelnen Wärmeerzeuger. Die nicht benötigten Geräte sind ausgeschaltet und werden nicht durchströmt - der Heizungsanlagen-Verordnung entsprechend. Da nur die benötigte Wärme erzeugt wird, können Betriebsbereitschaftsverluste nicht auftreten. Gleichzeitig reduziert die Kaskadenlösung so auch Brennerstillstände und daraus resultierende Stillstandsverluste auf ein Minimum. Besonders bei Gebläsebrennern wirken sich diese Brennerstillstände negativ aus, da bei jedem Brenneranlauf während der Vorspülzeit - je nach Steuergerät 20 bis 40 Sekunden - kalte Luft durch den Brennraum geblasen wird und dort eine innere Auskühlung verursacht.

Zusammengefasst heißt das: Bei Kaskaden sind die Investitions- und Installationskosten zwar höher. Für den Eigentümer genauso relevant ist aber auch der Nutzungsgrad und somit die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Und hier spielt die Kaskadenlösung ihre Stärken voll aus. Auf diese Frage muss man also sehr differenziert eingehen.

Wofür wird die Anlage gebraucht?

Die Anlage muss genau auf die Anforderungen abgestimmt sein - zum Beispiel Heizwärme für ein Wohnhaus, Prozesswärme in der Industrie und alles mit oder ohne Warmwasserbereitung. Dies sind aus Sicht des Kunden die Hauptanforderungen. Für eine Kaskadenschaltung in einem Wohnhaus sprechen trotz der damit verbundenen höheren Investitionskosten die hohe Betriebssicherheit ("Einer läuft immer.") und die günstigen Betriebskosten. Besonders bei einer Kopplung der Warmwasserbereitung an die Heizungsanlage ergeben sich in Wohnhäusern durch unterschiedliche Witterung und Nutzungsgewohnheiten der Bewohner starke Schwankungen im Wärmebedarf. Hier ist eine Kaskadenschaltung gegenüber der Einkesselanlage eindeutig vorteilhaft.

Anders sieht dies in einem Industriebetrieb aus, der überwiegend Prozesswärme benötigt: Der Leistungsbedarf ist häufig konstant oder zyklisch gesteuert. Auch hier ist zwar der Anspruch an die Betriebssicherheit hoch, allerdings wird Betriebsausfällen durch spezielle Wartungs- und Serviceverträge mit Heizungsbauunternehmen vorgebeugt. Hier verpflichten sich die Unternehmen, Störungen innerhalb einer festen Frist zu beheben. Bei einigen Unternehmen erledigen das eigene Betriebsschlosser innerhalb kürzester Zeit.

Wie viel Platz steht der Anlage zur Verfügung?

Kaskaden benötigen zwar - egal, ob wandhängend oder bodenstehend - mehr Montagefläche, da aber Einkesselanlagen mehr Gewicht auf einen Quadratmeter Fläche bringen, kann es gerade bei Installationen im Dachgeschoß eine Alternative sein, statt eines großen Kessels, mehrere Wandheizgeräte in Kaskadenschaltung aufzubauen.

Die Abgasführung kann bei derartigen Konstellationen durch ein im System geprüftes und platzsparendes Rohrsystem erfolgen, was auch eine erhebliche Vereinfachung bedeutet.

Wie sieht die Schornsteinanlage aus?

Die Abgasführung ist ein weiterer wesentlicher Faktor. Querschnitt, baulicher Zustand und die Wärmedämmklasse entscheiden darüber, ob ein Einbau der gewünschten Anlage möglich ist. Noch vor der Angebotsabgabe sollte daher mit dem zuständigen Bezirksschornsteinfegermeister ein Ortstermin vereinbart werden. Dabei wird die Anzahl und der Zustand der vorhandenen Schornsteinzüge überprüft, die Wärmedämmklasse des Schornsteins bestimmt und Alternativen der Abgasführung von einer oder mehreren Feuerstätten besprochen. Eine Rechnung nach DIN 4705 mit dem kleinsten und größten Abgasmassenstrom der Gesamtanlage beseitigt in der Regel verbliebene Unklarheiten.

Eine besondere Form der Abgaskaskade ist die Mehrfachbelegung einer im Überdruck betriebenen Abgasleitung für den Anschluss von bis zu fünf Brennwertheizungen. Die Geräte werden dezentral in Wohnungen installiert und an eine gemeinsame Abgasleitung angeschlossen. Durch den Betrieb im Überdruck kann der Querschnitt der Leitung auf 100 Millimeter begrenzt werden. Dadurch eignet sich dieses System optimal für die Sanierung im Wohnungsbestand. Das anfallende Kondensat aus den Brennwertheizungen wird ebenfalls über die Abgasleitung abgeführt. Die Verbrennungsluftversorgung kann über den Ringspalt im Schacht der Abgasleitung oder bei nicht ausreichendem Querschnitt durch eine eigene Zuluftleitung erfolgen.

Welcher Energieträger?

Wird Heizöl als Brennstoff gewählt, so ergeben sich schon hieraus Einschränkungen bei Installationsvarianten und Geräten. Bis auf wenige Ausnahmen sind immer ein Schornstein (Abgasleitung für Feuerstätten mit flüssigen Brennstoffen), ein Gebläsebrenner und ein entsprechender Heizkessel erforderlich. Gleiches gilt natürlich auch für Zweistoffbrenner.

Die größte Flexibilität ergibt sich beim Einsatz von Gas. Die Heizgeräteindustrie bietet heute eine Vielzahl von Gerätevarianten für beinahe alle denkbaren Einsatzfälle und Kombinationen.

Installationsort Alt- oder Neubau?

Hier geht es besonders um die Einbringung des Wärmeerzeugers. Beim Neubau kann eventuell der Wärmeerzeuger vor Fertigstellung der Decke in einem Stück per Kran in das Gebäude gebracht werden. Handelt es sich um eine Sanierung der Heizungsanlage in bereits bestehenden Häusern, so ist das nicht mehr möglich. In diesem Fall ist es sinnvoller und meist die einzige Möglichkeit, mehrere kleine Geräte über das Treppenhaus in das Gebäude zu bringen und dort als Kaskade aufzubauen.

Hydraulische Bedingungen in der Anlage?

In fast allen Planungsunterlagen der am Markt angebotenen Kaskaden sind hydraulische Weichen zwischen Primär- und Sekundärkreis vorgesehen. Die Mehrkosten für diese hydraulische Trennung von Wärmeerzeuger und -verbraucher rentieren sich. Eine hydraulische Trennung ist sinnvoll, da beispielsweise im Primär- und Sekundärkreis unterschiedlich große Masseströme auftreten oder die hydraulischen Verhältnisse im Verbraucherkreis ständigen Schwankungen unterworfen sind. Schließlich werden bei einigen Wärmeerzeugern Mindestumlaufwassermengen gefordert, die eine hydraulische Weiche problemlos sicherstellt. Aus diesen Gründen erfolgt auch bei Einkesselanlagen in vielen Fällen solch eine Trennung.
Bezüglich der hydraulischen Einbindung in bestehende Netze bieten die Junkers-Geräte in der sogenannten "Heizungsbauer-Ausführung" enorme Vorteile. Hierbei handelt es sich um wandhängende Geräte ohne Pumpe und Ausdehnungsgefäß, die eine flexible Einbindung in eine bestehende Hydraulik der Anlagen erlauben.

Nutzung mehrerer - eventuell regenerativer - Energieträger oder Wärmequelle?

In jüngster Zeit werden verstärkt regenerative Energieträger eingesetzt. So finden in zahlreichen Häusern schon heute Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Gebäudeheizung ihren Einsatz. Die Öl- oder Gas-Feuerstätte dient oft nur noch dazu, Leistungsspitzen abzudecken. In diesem Fall arbeitet selbst die Anlage in einem Einfamilienhaus als Kaskade. Dies sollte auch bei der Planung der Anlage berücksichtigt werden.

Zu hoher Regelungsaufwand für Mehrkesselanlagen?

In der Vergangenheit wurde der erhöhte Regelungsaufwand als Argument gegen eine Kaskade angeführt. Dies war im Zeitalter aufwendiger Schaltschränke sicherlich berechtigt. Heute jedoch bietet die Industrie eine ganze Reihe von erstaunlich leistungsfähigen elektronischen Reglern an, die jeder Elektroinstallateur ohne großen Aufwand montieren kann.

Der Einsatz von Bus-Technik erlaubt eine unkomplizierte und dezentrale Verdrahtung und Bedienung der Anlage. Das Datenfernmanagement als fester Bestandteil der Reglereigenschaften ist heute fast schon Standard.

Der Frage-Antwort-Katalog erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Dazu sind die bei der Planung einer Anlage relevanten Parameter zu vielfältig. Als Fazit bleibt, dass es sowohl aus technischer wie kaufmännischer Sicht oft keine Alternative zur Kaskade gibt. Nur die Investitionskosten als Entscheidungsmaßstab heranzuziehen, ist angesichts der zuvor genannten Vorteile kaum angebracht. Eine generelle Aussage zur Wirtschaftlichkeit einer Mehrkesselanlage im Vergleich zu einer Einkesselanlage kann an dieser Stelle dennoch nicht gemacht werden. Um zu einer solchen Aussage zu kommen, sind immer Einzelfallbetrachtungen erforderlich, bei denen dann auch weitere Einflussfaktoren eine Rolle spielen, wie:

• Kombinationsmöglichkeiten von Brennwertkessel für die Grundlast und Niedertemperatur-Kessel für die Spitzenlast. (unterschiedliche Anschaffungskosten)
• die Kosten für Schornsteinfeger und Wartung, die pro Gerät berechnet werden und somit bei Kaskaden höher liegen als bei Einzelgeräten.
• Reparatur, Entstörung an Sonn- und Feiertagen, die bei Kaskadenanlagen auf den kostengünstigeren Werktag verschoben werden können.
• der tatsächliche Nutzungsgrad, der immer für die jeweilige Anlage errechnet werden muss.

Der Autor Herbert Hanning ist Verkaufsleiter im Geschäftsbereich Bosch Thermotechnik der Robert Bosch GmbH.