Wärmeerzeuger für Zentralheizungsanlagen

 

Grundlagen

In den letzten 25 Jahren sind erhebliche konstruktive Änderungen und Neuerungen an Wärmeerzeugern vorgenommen worden. Insbesondere Wirtschaftlichkeit und Emissionsverhalten hängen wesentlich vom technischen Stand der Wärmeerzeuger in einem Heizungssystem ab.

Im Wärmeerzeuger wird die Energie des verwendeten Brennstoffes durch den Verbrennungsvorgang in Wärme umgewandelt und über einen Wärmeaustauscher an das zu erwärmende Medium (meist Wasser oder Luft) übertragen. Dabei müssen Wärmeerzeuger und Brenner optimal aufeinander abgestimmt sein, damit die Heizungsanlage Heizkosten sparend und schadstoffarm arbeitet.

 

Gemäß der Energieeinsparverordnung (EnEV) kennzeichnet der Jahres-Endenergiebedarf die Energiemenge, die zur Deckung des Jahres-Heizenergiebedarfes und des Jahres-Warmwasser-Wärmebedarfes, inklusive der dabei anfallenden Verluste, für ein Gebäude benötigt wird. Unter Berücksichtigung weiterer Normen wird dann die benötigte Heizkesselleistung ermittelt.

 

 

Niedertemperaturtechnik / Brennwerttechnik
Die herkömmliche Technik hat sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt. Die Geräte sind viel sparsamer, sauberer und kleiner geworden.

Aufgrund ihrer hohen Sicherheitsstandards, der geräuscharmen Betriebsweise und des modernen Designs können sie fast überall im Haus installiert werden. Die Energieausnutzung und die Schadstoffminimierung haben einen Stand erreicht, der noch vor wenigen Jahren nicht erreichbar schien. Der Austausch eines "alten" Heizgerätes, z. B. gegen ein modernes Niedertemperaturgerät oder Brennwertgerät, ist somit eine wirtschaftlich sinnvolle Entscheidung. Gleichzeitig werden aber auch die Betriebskosten z. T. drastisch gesenkt . und so spart der Betreiber bares Geld. 

Nutzungsgrad (Normnutzungsgrad)

eines Heizkessels gibt an, welcher Teil der eingesetzten Energie als nutzbare Wärme für das Heizsystem, in einer bestimmten Periode, zur Verfügung steht.

• Ältere Heizkessel haben häufig einen Nutzungsgrad von ca. 63 % (bezogen auf den Brennwert (Hs) des Energieträgers) oder weniger, d.h. ein großer Teil der eingesetzten Energie steht infolge von Abgas-, Abstrahlungs- und Stillstandsverlusten dem Heizungssystem nicht zur Verfügung.

• Bei modernen Niedertemperatur-Heizgeräten wird bereits eine Energieausnutzung von ca. 87 % bei Öl-Heizgeräten, ca. 84 % bei Gas-Heizgeräten (bezogen auf den Brennwert (Hs)) erreicht. Zum Vergleich erreichen Dieselmotoren aber nur einen Wirkungsgrad von ca. 45 %.

• Dagegen nutzen moderne Brennwertsysteme u.a. zusätzlich auch noch die Abgaswärme und steigern den Nutzungsgrad der Heizungsanlage auf nahezu 100 % (bezogen auf den Brennwert (Hs)).

Abgasverlust

gibt an, wie viel Wärmeenergie mit den Abgasen durch die Abgasanlage (Schornstein oder Abgasleitung) entweicht. Die zulässigen Höchstwerte sind in der Bundes-Immissionsschutz-Verordnung (BImSchV) festgelegt. In Anlagen mit einer Nennleistung von über 4 kW wird die Einhaltung der Grenzwerte vom Schornsteinfeger überprüft. Der Abgasverlust stellt nur einen Teil der gesamten Verluste dar.

 

Abstrahlungsverluste / Verteilungsverluste

sind Wärmeverluste in einer Heizungsanlage, die infolge schlechter Wärmedämmung des Heizkessels und des Rohrleitungssystems, durch direkte Wärmeabgabe an die Umgebung (z.B. Keller), entstehen. Moderne Kessel sind in der Regel gut wärmegedämmt und weisen nur geringe Abstrahlungsverluste auf. Rohrleitungen hingegen solltenentsprechend den Vorgaben der Energieeinsparverordnung (EnEV), gedämmt werden.

 

Stillstandsverluste

oder auch Bereitschaftsverluste genannt, sind Wärmeverluste einer Feuerungsanlage, die das Heizgerät während des Brennerstillstandes, in denen keine Wärme abgefordert wird, ungenutzt an die Umgebung abgibt. Bei modernen und gut gedämmten Heizgeräten sind diese Verluste sehr gering. Sie werden durch die exakte Dimensionierung der Heizkesselanlage und einer guten Regelungstechnik minimiert.

 

Energieverlust eines Heizungssystems

In der schematischen Schnittzeichnung durch einen Wärmeerzeuger, sind die Energie-Verluste über das Abgas-, das Rohrleitungssystem und die Oberflächen- und Auskühlverluste der Heizgeräte dasgestellt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Heizwert (Hi)

Der Heizwert eines Brennstoffes ist die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung mit Luft freigesetzt wird. Die dabei entstehende Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme liegt im dampfförmigen Aggregatzustand vor und wird gemeinsam mit den heißen Abgasen, über den Schornsteinoder dem Abgasleitungssystem, nach außen abgeführt. Die im Abgas und Wasserdampf enthaltende Wärme wird somit nicht genutzt.

 

Brennwert (Hs)

Der Brennwert eines Brennstoffes ist die Wärmemenge, die bei der vollständigen Verbrennung freigesetzt wird. Die dabei entstehende Verdampfungs- bzw. Kondensationswärme liegt im dampfförmigen Aggregatzustand vor und wird im Wärmeaustauscher und oder in Luft-Abgas-Systemen eines Brennwertger ätes kondensiert. Somit wird die im Abgas enthaltende Wärme (fühlbare Wärme) sowie auch die bei der Kondensation des Wasserdampfes freigesetzte Kondensationswärme (latente Wärme) zusätzlich durch die Brennwerttechnik ausgenutzt.

 

Der Brennwerteffekt soll nunmehr an einem einfachen Beispiel verdeutlicht werden.

Ein mit Wasser gefüllter Topf wird auf dem Herd erwärmt, bis das Wasser eine Temperatur von ca. 100 °C erreicht hat und kocht. Wird nun weiter Wärme zugeführt, so bleibt die Temperatur des Wassers konstant bei ca. 100 °C und die zugeführte Wärme entweicht in Form von Wasserdampf. Wenn nunmehr dieser Wasserdampf kondensiert, wird die im Wasserdampf gespeicherte Wärme als Kondensationswärme wieder abgegeben.

Um in einem Heizgerät die Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes zu erreichen, muss das Abgas soweit abgekühlt werden, bis der Wasserdampf in Form von Wassertröpfchen (Änderung des Aggregatzustandes von dampfförmig zu Wasser) auskondensiert ist. Der Taupunkt ist also die Temperatur, bei der sich der Aggregatzustand von Dampf zu Wasser ändert.

Die Taupunkttemperatur ist abhängig vom Wasserstoffgehalt des Brennstoffes, der Luftfeuchtigkeit sowie von der Menge der zugeführten Verbrennungsluft. Bei Heizöl EL liegt der Taupunkt bei ungefähr 47 °C. Mit der Brennwerttechnik spart man intelligent Energie und Kosten bei gleichzeitigem Schutz der Umwelt. Sowohl für den Betrieb mit Heizöl als auch für den Betrieb mit Erd- und Flüssiggas wird diese moderne Technik angeboten.

 

Zusammenhang Heizwert – Brennwert

Die im Wasserdampf und in den Abgasen enthaltende Wärme wird bei Brennwertgeräten zusätzlich genutzt und der Heizungsanlage zugeführt.

 

Wie schon ausgeführt, nutzen also Brennwertgeräte nicht nur die im Abgas enthaltene "sensible" (fühlbare), sondern auch die "latente" (versteckte) Wärme aus. Diese Energie ist zum einen in dem beim Verbrennungsprozess entstandenen Wasserdampf und zum anderen im Abgas enthalten. Bei herkömmlichen Heizgeräten (Niedertemperaturtechnik) wird diese Energiemenge über den Schornstein oder über die Abgasleitung ungenutzt an die Umwelt abgegeben. In einem Brennwertgerät hingegen wird die Abgaswärme und auch zu einem großen Teil die im Abgas gebundene Kondensationswärme genutzt. Diese Wärmemenge steht somit im Vergleich zur Niedertemperatur-Technik zusätzlich zur Verfügung. Geringer Energieeinsatz, höchste Effizienz und die ökologischeBetriebsweise runden das positive Image der Brennwerttechnik ab.