Ölheizgeräte
Öl-Heizgeräte und Brennersysteme
Wie schon beschrieben, ist eine Heizungsanlage ein System aus drei Kernkomponenten, nämlich der Wärmeerzeugung, der Wärmeverteilung und der Wärmeabgabe. Wie nunmehr diese Bestandteile zusammenwirken, ist entscheidend für den sparsamen, schadstoffarmen und sicheren Heizbetrieb. Moderne Öl-Niedertemperatur-Heizungen oder Öl-Brennwert-Heizungen (meist mit einem Gelb- oder Blaubrenner), gehörten in jedem Fall dazu.
Stauscheibenbrenner (Gelbbrenner)
Das Heizöl wird durch die Ölpumpe gefördert und durch die Öldüse zerstäubt. Die Verbrennungsluft wird durch ein Gebläse gefördert und teilt sich an der Stauscheibe in sog. Primär- und die Sekundärluft auf. Die Primärluft durchströmt die zentrische Öffnung der Stauscheibe und vermischt sich mit dem Ölnebel. Die Sekundärluft strömt durch den Ringspalt zwischen Flammrohr und Stauscheibe. Die Primär- und Sekundärluft dienen der Verbrennung.
| Prinzip eines Stauscheibenbrenners |
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Bei allen Stauscheibenbrennern (Gelbbrennern) wird das Heizöl in feinsteTröpfchen zerstäubt,
mit Luft vermischt und gezündet, so dass das Öltröpfchen-Luftgemisch verbrennt,
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Rezirkulationsbrenner (Blaubrenner)
Konstruktiv unterscheidet sich der Rezirkulationsbrenner vom Stauscheibenbrenner vor allem durch die fehlende Stauscheibe und ein je nach Ausführung unterschiedlich großes Brennerrohr. Beim Rezirkulationsbrenner wird ein Teil des entstehenden Rauchgases in die Flamme zurückgeleitet. Hierdurch wird eine teilweise oder komplette Verdampfung des Brennstoffes sowie die Kühlung der Flamme bewirkt. Das entstandene Brennstoff-Luftgemisch verbrennt mit einer bläulichen Färbung. Ein Teil der Wärme wird dabei auch durch die Strahlung des Brennerrohres abgeführt. Der Blaubrenner gewinnt zunehmend an Bedeutung, da er geringere Emissionen aufweist als vergleichbare Stauscheibenbrenner.
| Prinzip eines Rezirkulationsbrenners |
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| Mit diesem Prinzip wird eine wesendliche Senkung, vor allem der Stickoxidemissionen erreicht. |
Öl-Niedertemperatur-Heizungen
Öl-Niedertemperatur-Heizungen stellen im Bestand noch die am häufigsten anzutreffenden Öl-Heizgeräte dar. Sie weisen eine sehr hohe Wirtschaftlichkeit auf und besitzen ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Öl-Niedertemperaturheizungen sind so gebaut, dass ein dauerhafter Betrieb mit Rücklaufeintrittstemperaturen von 35 °C . 40 °C möglich ist. Der Niedertemperaturbetrieb setzt eine bedarfsabhängige Regelung voraus.
Durch den Einsatz von Öl-Niedertemperaturheizungen werden unwirtschaftliche hohe Kessleltemperaturen vermieden sowie Stillstands- und Abgasverluste reduziert. Bei einem herstellerseitig mit Brenner ausgestatteten Heizgerät, spricht man von einer Unit (Heizgerät-Brenner-Kombination).
Moderne Öl-Niedertemperatur-Heizungen haben niedrige Abgasverluste mit dem Effekt, dass weniger Wärme ungenutzt durch den Schornstein verloren geht. Weiterhin besitzen sie eine kompakte Bauart und sind werksseitig so wärmegedämmt, dass nur noch ganz geringe Oberflächenverluste auftreten. Die geringeren Auskühlverluste moderner Öl-Niedertemperatur-Heizungen haben ihre Ursache zum einen in längeren Brennerlaufzeiten (weniger Stillstandszeiten) sowie in konstruktiven Gegebenheiten welche verhindern, dass bei Brennerstillstand Luft durch den Heizkessel in den Schornstein strömt und den Kessel auskühlt. (Luftabschlussklappen) Übrigens ist der brennstoffspezifische Verlust beim Einsatz von Heizöl EL geringer als beim Einsatz von Erdgas. Die Begründung liegt im unterschiedlichen Wasserstoffgehalt beider Brennstoffe. Durch den höheren Wasserstoffgehalt im Erdgas entsteht bei der Verbrennung auch mehr Wasserdampf, der in Niedertemperatur-Heizkesseln, systembedingt ungenutzt bleibt.
| Prinzip einer Niedertemperatur-Unit inklusive Trinkwassererwärmung |
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Schematischer Aufbau einer Öl-Niedertemperatur-Unit mit unterliegendem
Warmwasser-Speicher
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Öl-Brennwert-Heizungen
In der Öl-Brennwerttechnik ist in den letzten Jahren ein gewaltiger Entwicklungsschub erreicht worden. Heutige Öl-Brennwertheizungen sind äußerst kompakt und sowohl als Stand- wie auch als Wand-Heizgerät verfügbar. Gerade die Wandhängenden Öl-Brennwert-Heizungen mit raumlauftunabhängiger Betriebsweise lassen sich optimal im Wohnbereich installieren.
Denn im Gegensatz zu Anlagen, bei denen die Verbrennungsluft aus dem Aufstellraum entnommen wird und nur das Abgas über einen Schornstein oder über eine Abgasleitung abgeführt wird, kann bei diesen Geräten auch die Verbrennungsluft von außen, über eine doppelwandige Abgasleitung zugeführt werden. Bei diesem System werden über das Innenrohr die Abgase abgeführt und über den Ringspalt des Außenrohres wird die Verbrennungsluft zugeführt.
Nicht nur in Neubau, bei denen auf den Keller verzichtet wurde, oder im Niedrigenergiehaus stellen Wandhängende Öl-Brennwert-Heizungen die wirtschaftliche und ökologische Alternative zur Wohnraumbeheizung und Warmwasserbereitung dar, sondern auch für die Modernisierung eignen sich moderne Öl-Brennwert-Heizungen hervorragend.
Bei Öl-Brennwert-Heizungen wird nahezu der gesamte Energiegehalt des eingesetzten Heizöles ausgenutzt. Die Funktionsweise der Brennwertnutzung wurde bereits unter dem Punkt Brennwert erklärt. Durch den Einsatz moderner Brennwertheizungen kann also die Kondensationswärme zusätzlich genutzt werden. Das bedeutet, dass jetzt Heizgeräte mit einem Kesselwirkungsgrad von über 100 % angeboten werden. Das ist darauf zurückzuführen, dass die Wirkungsgradangabe nur auf den Heizwert eines Brennstoffes bezogen wird.
Sinnvoller wäre es allerdings, Kesselwirkungsgrade auf den Brennwert eines Brennstoffes zu beziehen, denn damit würden die Naturgesetzewieder gelten: Es kann nicht mehr Energie gewonnen werden, wie vorher hineingesteckt wird!
Wandhängendes Öl-Brennwertgerät
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Raumluftunabhängiges wandhängendes Öl-Brennwertgerät
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Von besonderer Bedeutung für den Betrieb von Öl-Brennwert-Heizungen ist die Einführung des innovativen Brennstoffes "Heizöl EL schwefelarm". Die nahezu rückstandsfreie Verbrennung sorgt für einen sauberen Kessel und garantiert eine gleich bleibend optimale Energieausnutzung. So sparen Sie nicht nur Heizkosten, sondern profitieren auch von einem Höchstmaß an Betriebssicherheit vom Tank bis zum Schornstein.
Mit Heizöl EL schwefelarm werden die Schwefelemissionen auf ein Minimum reduziert. Mit einem Schwefelgehalt auf dem Niveau von Erdgas mit weniger als 0,005% ist die Entstehung von Schwefeldioxid (SO2) bei der Verbrennung fast gänzlich reduziert.
Öl-Brennwert-Heizungen mit interner Kondensation
Durch eine entsprechend konstruktive Gestaltung des Kessels (sehr große Wärmeübertragungsflächen) und mehrzügiger Heizgasführung wird die Abkühlung der Abgase bis unter den Taupunkt, innerhalb des Wärmeerzeugers erreicht. Dem Abgas wird umso mehr Restenergie entzogen, je geringer die System- bzw. Rücklauftemperatur ist. Aufgrund der Kondenswasser-Zusammensetzung ist der Kesselwerkstoff korrosionsbeständig.
| Gesamtabgasverluste verschiedener Heizsysteme |
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In der Abb. sind die Gesamtabgasverluste in Anhängigkeit der Energieträger und der zum Einsatz kommenden Technik
(Niedertemperatur-und Brennweettechnik) dargestellt
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| Öl-Brennwertegerät mit intergierter Kondensation |
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| Kompaktes Öl-Brennwertgerät mit interner Kondensation |
Öl-Brennwert-Heizungen mit Verbrennungsluftvorwärmung
Die in den Abgasen enthaltene Restwärme wird über einen Luft-Abgas-Wärmeübertrager geführt und die Wärme wird auf die angesaugte Verbrennungsluft übertragen. Das Abgas wird dabei unter den Taupunkt abgekühlt, so dass es zur Kondensation und somit zur Brennwertnutzung kommt. Die Verbrennungsluft wird bei diesem Prinzip dadurch vorgewärmt.
| Öl-Brennwertgerät mit Verbrennungsluftvorwärmung |
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Schnittdarstellung eines bodenstehendes Öl-Brennweertgerätes mit
Verbrennungsluftvorwärmu
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Möglicher Tank-Varianten im Neubau
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In der Darstellung sind unterschiedliche Lagerort, z.B. im Keller, im Anbau, im Haus-Anschlussraum oder als
Erdtank und unterschiedliche Behälterausführungen abgebildet.
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In erster Linie ist der eigene Tank für Öl-Heizungsbesitzer stets "Wärme auf Vorrat" im eigenen Haus. Dadurch gewinnt man ein hohes Maß an zeitlicher und wirtschaftlicher Unabhängigkeit. Sie entscheiden nämlich selbst, wann, wo, wie viel und zu welchem Preis Heizöl eingekauft werden soll. Deshalb ist die Investition in einen Heizöltank eine clevere Entscheidung und sie schafft die Basis für eine wirtschaftliche und ökologische Wärmeversorgung.
Für die Bevorratung von Heizöl EL gibt es unterschiedliche Tanksysteme und Lagerbehälter für nahezu jeden Anwendungsfall. Die Auswahl erfolgt nach den jeweiligen baulichen Gegebenheiten, unter Berücksichtigung individueller Ansprüche und wirtschaftlichen Gesichtspunkten.
Erdtank
Der Erdtank wird aus Stahl oder Kunststoff (GFK) gefertigt und kann Platz sparend außerhalb des Hauses im Erdreich verankert werden.
Dauerhaft und sicher. Vorzüge und Eigenschaften:
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Mit einem Erdtank benötigen Sie im Haus nur noch ca. 1 m² Platz für die Heizungsanlage.
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Doppelwandige Ausführung aus Stahl oder GFK und permanente Überwachung durch ein Leckanzeigegerät bieten einen hohen Sicherheitsstandard.
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Spezielle Konstruktionen und Verankerungen ermöglichen den Einsatz bei hohem Grundwasserstand sowie in hochwassergefährdeten Gebieten.
| Aufstellmöglichkeiten von Heizgerät und Öltank |
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In der Grafik sind mögliche Aufstellmöglichkeiten von Heizgeräten und Öltanks dargestellt.
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Batterietanks
Batterietanks können ganz nach Bedarf zusammengestellt werden, so dass eine Tankanlage mit genau dem gewünschten Lagervolumen entsteht, die sich Platz sparend exakt den räumlichen Gegebenheiten anpaßt. In der Regel werden sie aus Kunststoff wie Polyethylen (PE), Polyamid (PA), Glasfaserverstärkter- Kunststoff (GFK) oder aus Kunststoff mit Stahlblechmantel gefertigt. Stand der Technik sind moderne Sicherheitstanksysteme, die ohne spezielle (″gemauerte″) Auffangwanne installiert werden dürfen.
Vorzüge und Eigenschaften:
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Hohe Flexibilität durch modulare Systeme und verschiedene Behältergrößen; dadurch optimale Raumausnutzung und einfache Erweiterung bzw. Verringerung des Lagervolumens.
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Doppelwandige Tank- in- Tank- Systeme aus Kunststoff oder Stahl sowie auch einwandige Tanks aus GFK (entsprechend der Aufstellbedingungen in den Verordnungen der einzelnen Bundesländer) ersparen die Auffangwanne, die bei den üblichen einwandigen Systemen vorgeschrieben ist.
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Besondere Materialeigenschaften bieten eine hochwirksame, dauerhafte Geruchsbarriere und vermeiden lästigen Ölgeruch im Keller.
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Problemloser Transport der Einzelbehälter durch vorhandeneTür- oder Fensteröffnungen in den Aufstell- bzw. Lagerbehälter.
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Mit spezieller Zulassung sind Batterietanks auch für den Einsatz in hochwassergefährdeten Gebieten geeignet.
Standortgefertigter Tank
Standortgefertigte Tanks werden direkt vor Ort, d. h. im dafür vorgesehenen Raum, zusammengebaut. Diese individuelle Ausführung ermöglicht eine optimale Raumausnutzung. Die Materialien sind in der Regel Stahl oder Glasfaser- verstärkter- Kunststoff (GFK).
Vorzüge und Eigenschaften:
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Die individuelle Maßanfertigung und Endmontage vor Ort sorgen für eine optimale Nutzung vorhandener Räumlichkeiten.
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Besonders geeignet bei größeren Lagervolumen ab 5.000 l.
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Hohe Sicherheit und lange Nutzungsdauerdurch doppelwandige Konstruktion. Doppelwandigkeit kann auch durch eine Leckschutzauskleidung mit Leckanzeiger gewährleistet werden. Auch bestehende einwandige Tanks können entsprechend nachgerüstet werden und gelten fortan als doppelwandig. Denn nur bei einer einwandigen Ausführung ist eine öldichte Auffangwanne erforderlich.
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Spezielle Konstruktionen und Verankerungen ermöglichen den Einsatz in hochwassergefährdeten Gebieten.
Modifizierte Abstandsregelungen
Grundsätzlich können doppelwandige Kunststoffbehälter nunmehr noch einfacher und platzsparender aufgestellt werden. Für ein Behältersystem mit maximal fünf Behältern in einreihiger Aufstellung gilt ein Mindestabstand von 5 cm an drei Seiten und an einer Längsseite ein Mindestabstand von 40 cm, sofern die Bauartzulassung der jeweiligen Behälter nichts anderes vorsieht.
| Stellfläche einer Ölheizung (1.000 l Tank) |
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Stellfläche einer Ölheizung (1.500 l Tank)
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| Die Aufstellung der Tankanlage ist äußerst kompakt und Platz sparend. |
Heizkessel für feste Brennstoffe
Überwiegend konzipiert für die Verbrennung von Scheitholz, grobem Hackgut, Holzbriketts oder Steinkohle. Der Füllraum ist bei reinen Holz- und Kohleheizgeräten häufig gleichzeitig Brennkammer und gemeinsam mit den Rauchgaszügen auch der Wärmetauscher.
Man unterscheidet aber grundsätzlich zwei Feuerungssysteme und Bauarten: Heizgeräte mit oberem und Heizgeräte mit unterm Abbrand.
Oberer Abbrand
Die gesamte Verbrennung findet im Feuerraum statt, der zugleich auch Füllraum ist. Das Prinzip wird aber eher bei einfachen Festbrennstoffkesseln eingesetzt.
Unterer Abbrand
Bei Festbrennstoffkesseln mit unterem Abbrand ist eine Trennung zwischen Füllraum und Feuerraum vorhanden. Über den Füllraum wird die "Primärluft" (Haupt- Verbrennungs-Luft-Versorgung) in den Verbrennungsbereich geleitet. Das Brenngut rutscht dabei von der Füllzone in die Verbrennungszone nach unten. Das entstehende Holzgas und weitere Verbrennungs-Gase werden dann in den Nachverbrennungsbereich (weitere Brennkammer) geleitet. Hier findet unter Zuführung von "Sekundärluft" (Neben-Verbrennungs-Luft-Versorgung) eine Nachverbrennung statt. Dieses Prinzip wird überwiegend bei Holz-Spezialheizkesseln und Holz-Vergaserheizkesseln, mit und ohne Gebläseunterstützung, eingesetzt. Um den Verbrennungsprozess zu optimieren und die Emissionen zu reduzieren, werden zur Steuerung der Verbrennung bei einigen Produkten, auch "Lambda-Sonden" eingesetzt.
Heizkessel für Holzpellets
Holzpellet-Heizkessel entsprechen in punkto Heizkomfort und Bedienung heutigen Ansprüchen. Sie bestehen aus der Brennkammer, dem speziellen Pellets-Brenner, der taktend betriebenen Pellet-Dosierschnecke (zur exakten Dosierung der Brennstoffzufuhr), dem Saugzuggebläse, der Regelung und eventuell einem Pellet-Zwischenlagerbehälter sowie dem Pellet-Vorratslager. Der Heizbetrieb wird folgendermaßen sichergestellt. . Die taktende Pellets-Dosierschnecke, das geregelte Saugzuggebläse und die exakte Dosierung der erforderlichen Verbrennungsluft gewährleisten eine gute Verbrennung und den modulierenden Betrieb des Kessels und somit die Anpassung an den erforderlichen Wärmebedarf.
Als Pellet-Vorratslager eignen sich nachfolgende Systeme:
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Automatische Pellet-Zufuhr aus nebenstehendem Vorratsbehälter (Fassungsvermögen gewährleistet nur einen Kurzzeitbetrieb), regelmäßiges Nachfüllen per Hand ist erforderlich,
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Automatisches Schneckenfördersystem mit Knickschnecke, Pellet-Förderung erfolgt meist aus einem unmittelbarangrenzenden Pellet-Silo,
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Automatisches Vakuum-Saugfördersystem (für große Entfernungen bis zum Pellet-Silo),
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Fallschachtsystem für Pellet-Zufuhr aus einem höher gelegenen Lagerraum,
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Automatische Pellet Zufuhr aus Erdbehälter über Saugoder Schneckenfördersysteme oder
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Saug- oder Schneckenfördersysteme zum Transport der Pellets aus einem Sack-Silo.
Heizkessel für Erd- und Flüssiggas
Gas-Spezialheizkessel mit Brenner ohne Gebläseunterstützung bestehen aus dem Kesselkörper, der in den gebräuchlichsten Ausführungen aus Gussgliedern oder als Stahlkonstruktion hergestellt ist, der Strömungssicherung mit Abgasanschluss, dem atmosphärischen Brenner, einschließlich Gasarmatur und der Zünd- und Überwachungseinrichtung.
Die Gas-Brennersysteme, die in derartigen Kesselkonstruktionen zum Einsatz kommen, basieren auf dem Funktionsprinzip, dass die benötigte Verbrennungsluft als "Primärluft" (Haupt-Verbrennungs-Luft-Versorgung) dem Gas bereits beim Eintritt in das Brennrohr beigemischt wird.
Je nach Brennerausführung ist eine zwei- oder mehrstufige Betriebsweise möglich.
Gas-Spezialheizkessel mit Gebläsebrenner bestehen aus dem Kessel-Körper, der in den gebräuchlichsten Ausführungen aus Gussgliedern oder als Stahlkonstruktion hergestellt ist, dem Gebläsebrenner einschließlich Brennerflansch, der Kessel-Reinigungstür, dem Abgassammler mit Abgasstutzen sowie den Regel- und sicherheitstechnischen Einrichtungen.
Um eine gute Wärmeübertragung des im Regelfall wassergekühlten Feuerraumes zu erreichen, werden die Heizgasedurch Heizgaszüge, die mit Nachschaltheizflächen versehen sind, geführt. Je nach Häufigkeit der Heizgasführung (Umlenkung) spricht man von 1-, 2-, oder 3-Zug-Heizkesseln. Der Gas-Gebläsebrenner arbeitet wie folgt: Über das Gebläse wird Verbrennungsluft aus dem Aufstellraum angesaugt. Durch den Widerstand der Mischeinrichtung und der Luftklappe wird die Luftmenge definiert, die zu einer optimalen Verbrennung erforderlich ist. Die benötigte Gasmenge wird über die Gasarmatur oder eine Gasklappe dosiert. Erst in der Mischeinrichtung (Mischkopf) vermischt sich das Gas mit der Luft, wird anschließend gezündet und verbrennt.
Gas-Wandheizkessel als Niedertemperaturgeräte arbeiten nach dem üblichen Prinzip der Wärmeerzeugung. Dies bedeutet, dass auf die Kondensation des im Abgas enthaltenden Wasserdampfes bewusst verzichtet wird. Die Funktion der Bennereinheit basiert auf dem atmosphärischen Verbrennungs-Prinzip.
Die Geräte werden grundsätzlich nach:
Raumluftabhängiger Betrieb bedeutet, dass eine zentrale Baugruppe die Strömungssicherung ist. Sie entkoppelt die Geräte von der Abgasanlage und die Verbrennungsluft wird aus dem Aufstellraum entnommen. Bei raumluftunabhängigen Geräten werden die Abgase mit einem Gebläse nach außen transportiert. Die nötige Verbrennungsluft wird z. B. über den Ringspalt des doppelwandigen Abgasrohres den Geräten zugeführt, also nicht aus dem Aufstellraum entnommen.
Nach der Art der Warmwasserbereitung werden folgende Gerätegruppen klassifiziert:
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Geräte ohne Warmwasserbereitung (Heizgeräte),
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Geräte mit Warmwasserbereitung im Durchlaufprinzip (Kombigeräte),
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Geräte mit integrierten Klein-Warmwasserspeichern (Kompaktger äte) und
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Geräte (Heizgeräte) mit separaten Bodenstehenden oder Wandhängenden Warmwasserspeichern.
Zur Warmwasserbereitung sind die Geräte mit einer entsprechenden Regelelektronik, sowie mit Umschaltventilen, Sensoren usw., je nach Bauart, ausgestattet.
Solarheizkessel
Sind Heizungssysteme, die die Nutzung von Solarenergie zum festen Bestandteil der Heizungsanlage machen. Das noch relativ neue Konzept, deckt sowohl die solare Heizungsunterstützung, als auch die solare Warmwassererwärmung ab.
Die Produkte sind so aufgebaut, dass ein Heizöl- oder Gas-Brenner in einen Solar-Kombi- oder Solar-Schichtenspeicher eingebaut ist. Über einen Abgas-Wärmetauscher kann auch die im Abgas und im Abgaswasserdampf enthaltene Restenergie dem System wieder zugeführt werden. Die Geräte können auch mit Brennwertnutzung arbeiten. Alle hydraulischen und regelungsseitigen Komponenten sind bereits werkseitig, an dem Solarheizkessel, montiert. Die Wärme für das Warmwasser wird über Plattenwärmetauscher ausgekoppelt. Oft befindet sich aber auch das Heizungswasser direkt im Speicher. Über die Brenner/Brenn-Kammer-Baumgruppe wird das Heizungswasser, wenn erforderlich, nacherwärmt.
Thermische Solaranlagen wandeln die Sonnenenergie in Wärme um. Einsetzbar ist die Solarthermie in den verschiedensten Bereichen. Sie kann zur Warmwasserbereitung (Duschen, Waschen, Spülen) genutzt werden oder zur Beheizung von Schwimmbädern und Wohnungen.
Eine gut dimensionierte Anlage für Ein- oder Zweifamilienhäuser deckt den jährlichen Warmwasserbedarf zu 50 % bis 65 %, im Sommer in der Regel zu 100 %. Bei einem mittleren Warmwasserverbrauch von 50 Litern pro Person und Tag (bei 45 °C) sind Kollektorflächen von 1,2 bis 1,5 m² pro Person notwendig. Werden Vakuumröhren verwendet, kann die Fläche um 20 % verringert werden, weil deren Wirkungsgrad höher liegt als bei konventionellen Modellen.
Heutige Ein- und Zweifamilienhäuser benötigen in etwa für die Brauchwassererwärmung eine Kollektorfläche von 4-6 m², für die Heizungsunterstützung 10-15 m². Je niedriger die Solltemperatur liegt, je höher ist der Grad der Unterstützung durch die Sonnenenergie. Das Abschalten der konventionellen Heizanlage ist besonders vorteilhaft, weil sie in den sonnenintensiven Zeiträumen wegen des wegfallenden Heizbedarfs nur mit einem niedrigen Nutzungsgrad arbeitet. Herzstück einer thermischen Solaranlage sind die Kollektoren, es werden Flachkollektoren und Vakuum-Röhrenkollektoren unterschieden.
Flachkollektoren
Ein Flachkollektor, die am weitesten verbreitete Bauform eines Kollektors, besteht aus einem selektiv beschichteten Absorber, der zur Absorption ("Aufnahme") der einfallenden Sonnenstrahlung und ihrer Umwandlung in Wärme dient.
Vakuum-Röhrenkollektoren
Solarkollektoren, bei denen das Wärme absorbierende Bauteil in eine luftleere, druckfeste Glasröhre integriert ist. Die Kollektorröhre wird entweder selbst von einem Wärmeträgermedium durchströmt oder in dem Absorber zirkuliert eine spezielle Flüssigkeit, die bei Sonneneinstrahlung verdampft, ihre Wärme an das Wärmeträgermedium abgibt und dabei wieder kondensiert (Heat-Pipe-Prinzip).
Strom-Wärmepumpe
Die Wärmepumpe ist eine Anlage (Maschine), die Wärme von einem niedrigen Temperaturniveau unter Aufwand von Arbeit auf ein höheres Temperaturniveau transportiert. Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe ist damit identisch mit dem des Kühlschrankes. Während man bei Lebensmitteln über den Verdampfer Wärme entzieht, um diese zu kühlen, wird über den Verflüssiger an der Rückseite des Kühlschrankes Wärme abgegeben. Bei Wärmepumpen hingegen wird das Prinzip umgedreht. Über den Verdampfer wird Wärme aus dem Erdreich, dem Grundwasser oder der Außenluft entzogen und über den Verflüssiger dem Heizungssystem zugeführt.
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Prinzip einer Wärmepumpe
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Grundsätzlich unterscheidet man drei Betriebsweisen:
Monovalent
Die Wärmepumpe übernimmt die komplette Wärmeversorgung des Heizsystems.
Monoenergetisch
Die Wärmepumpe wird durch eine elektrische Zusatzheizung unterstützt. Dies ist vor allem bei Wärmepumpen erforderlich, die die Luft als Energieträger nutzen. Bei tiefen Außentemperaturen wird somit elektrisch nachgeheizt.
Bivalent
Die Wärmepumpe liefert bis zu einer bestimmten Außentemperatur die benötigte Wärme. Sinkt die Temperatur weiter ab, so übernimmt ein Öl- oder Gas-Heizkessel die gesamte Wärmeversorgung.
Eine Wärmepumpe arbeitet besonders dann mit einer hohen Leistungszahl, wenn das Wärmeniveau der Wärmequelle nur wenig unter dem gewünschten Nutzwärmeniveau (Vorlauftemperatur der Heizung) liegt.
Wärmepumpe
Funktionsweise: Das Wärme tragende Medium (Luft, Wasser oder Sole) wird einem Wärmetauscher (Verdampfer) zugeleitet, in dem ein flüssiges Arbeitsmedium zirkuliert. Durch Verdampfen des Arbeitsmediums wird der Wärmequelle Wärme entzogen und auf das Arbeitsmedium übertragen. Das Arbeitsmedium wird gasförmig, es verdampft. Ein Verdichter saugt das Gas an und presst es zusammen. Dadurch erhöht sich die Temperatur. In einem zweiten Wärmetauscher (Verflüssiger) gibt das verdichtete, heiße Gas seine Wärme an den Heizungskreislauf ab, indem es sich wieder verflüssigt. Bei Elektro-Wärmepumpen wird der Verdichter elektrisch angetrieben. Bei Gas-Wärmepumpen arbeitet ein kleiner Gasmotor. Damit kann die Wärmepumpe ganzjährig und ohne einen zusätzlichen Wärmeerzeuger eingesetzt werden.
Nach der Funktionsweise unterscheidet man:
Bauarten von Wärmepumpen
Sole/Wasser-Wärmepumpe
Wärmepumpen, die dem Erdreich Wärme entziehen. Zur Nutzung der Erdwärme werden soleführende Rohre horizontal (Erdkollektoren) oder vertikal (Erdsonden) verlegt. Die Sole nimmt die Erdwärme auf und leitet sie der Wärmepumpe zu. Für den monovalenten Betrieb als alleiniger Wärmeerzeuger muss als Erdfläche rund das 2- bis 3-fache der zu beheizenden Fläche zur Verfügung stehen.
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| Sole/Wasser-Wärmepumpenanlagen |
Wasser/Wasser-Wärmepumpe
Wärmepumpen, die dem Grund- oder Oberflächenwasser Wärme entziehen. Grundwasser hat stets ein konstantes Temperaturniveau. Genehmigung und Auskunft durch Wasser-Wirtschaftsämter. Geeignet für monovalente Betriebsweise, wenn die Wärmepumpe für den max. Heizwärmebedarf ausgelegt wird.
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| Wasser/Wasser-Wärmepumpenanlage |
Luft/Wasser-Wärmepumpe
Wärmepumpen, die der Umgebungsluft Wärme entziehen. Die Heizleistung ist abhängig von der Umgebungstemperatur. Aufstellung innen (z.B. im Keller, auf dem Dachboden) oder außen, funktionsfähig ab -18 °C, wirtschaftlich ab 3 °C. Geeignet für den bivalenten Betrieb in Verbindung mit einem zweiten Wärmeerzeuger. Zu beachten ist, dass mit der Installation einer Wärmepumpe im Kellerbereich in aller Regel Mauerdurchführungen durch die Kelleraußenwände verbunden sind. Insbesondere bei als .Wanne. errichteten und abgedichteten Kellern ist hier größtmögliche Sorgfalt erforderlich. Bei Elektrowärmepumpen ist daran zu denken, dass bei dem zuständigen Energieversorger die Genehmigung zum Betrieb einer Wärmepumpe eingeholt werden muss. Die meisten Energieversorger bieten Sondertarife für den Betrieb einer Wärmepumpe an.
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| Luft/Wasser-Wärmepumpe |
Elektro-Zentralspeicherheizung
Elektro-Zentralspeicherheizungen liefern Wärme über ein Wärmeverteilsystem wie eine zentrale Heizkesselanlage in die einzelnen Räume. In den sehr großen Speichern wird Wasser oder der Feststoff (Magnesit) elektrisch erwärmt. Der Leistungsbedarf von Elektro-Zentralspeichern und die benötigte Speichergröße wird aus dem maximalen Tages-Wärmebedarf des zu beheizenden Objektes, unter Berücksichtigung der Freigabedauer (z.B. 8 Stunden) und einer eventuellen Zusatz-Freigabedauer, bestimmt. Die Aufladung erfolgt witterungsabhängig und in den Nachtstunden. Elektro-Warmwasser-Zentralspeicher werden meist direkt, Elektro-Feststoff-Speicher in der Regel über einen Luft-Wasser-Wärmeaustauscher entladen. Der Bestand an Elektro-Zentralspeicherheizungen ist stark gefährdet und neue Anlagen werden kaum noch installiert. Aufgrund der sehr hohen Erzeugungs- und Verteilverluste bei der Umwandlung von fossilen Energieträgern in Elektroenergie belegt die Energieeinsparverordnung (EnEV) die Verwendung von Strom zu Heizzwecken mit einem sehr hohen Primärenergiefaktor. Die Installation von Elektroheizgeräten sollte deshalb sehr genau überlegt und geprüft werden!
Brennstoffzellen
In Brennstoffzellen wird das Prinzip der Elektrolyse einfach umgekehrt. Bei der Elektrolyse wird eine Gleichspannung an zwei in ein Wasserbad getauchten Elektroden gelegt, die einen Stromfluss zur Folge hat. Aufgrund des Stromflusses wird das Wasser in seine Bestandteile, Wasserstoff und Sauerstoff, zerlegt. An der Kathode kann nunmehr der Sauerstoff und an der Anode der Wasserstoff abgesaugt werden. Allgemein kann die Brennstoffzelle auch als eine kontinuierlich mit Wasserstoff und Sauerstoff nachgeladene Batterie angesehen werden. Brennstoffzellen wandeln im Gegensatz zur konventionellen Stromerzeugung (Verbrennung, Dampferzeugung, Turbine und Generator) chemisch gebundene Energie direkt in Strom um.
Hinweis:
In den Massenmedien wird immer wieder der Eindruck erzeugt, dass die Brennstoffzellen-Technologie unmittelbat vor der Serienreife stehen würde. Brennstoffzellen zur Versorgung eines Ein- oder Mehrfamilienhauses mit Strom und Wärme werden mittelfristig nicht verfügbar sein, sieht man von den ersten Feldtestgeräten, die bereits installiert sind, einmal ab!
