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Brennwerttechnik
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 Grundlagen
Die
Brennwerttechnik isl eine effiziente Technik, Erdgas oder Heizöl durch
Verbrennung in Nutzwärme umzuwandeln. Siefolgldabei wie die
Niederlemperalurlechnik dem Gedanken, den Heizkessel nur mit der
Temperatur zu beireiben, die zur Deckung des aktuellen
Heizwärmebedarfs notwendig ist
Während bei
Niedertemperatur-Heiz-kesseln ein Kondensieren der Heizgase und damit
ein Feuchtwerden der Heizflächen vermieden werden muss, sieht dies bei
der Brennwerttechnik anders aus: Hier ist ein Kondensieren der
Heizgase ausdrücklich gewünscht, um die im Wasserdampf
enthaltenelatenteWärmeenergie zusätzlich zur fühlbaren Wärme des
Abgases nutzbar zu machen. Zusätzlich wi rd di e ü be r d ie
Abgasanlage abgeführte Restwärme erheblich reduziert, da die
Abgastemperatur gegenüber Niedertemperatur-Heizkesseln erheblich
gesenkt werden kann.
Bei der Verbrennung von Heizöl oder Erdgas, die
beide überwiegend aus Verbindungen von Kohlenstoff (C) und Wasserstoff
(H) bestehen, entsteht durch die Reaktion mit dem Luftbestandteil
Sauerstoff (0T) Kohlendioxid »CCy und Wasser (HT0).
Für Erdgas (Methan CH.,t lautet die vereinfachte Verbrennungsgleichung:
CH4 + 2 0, ■> 2 H,0 + CO., +Wärme
Sinkt
die Temperatur auf den Wandungen der Heizflächen auf der Heizgasseite
unter die Wasserdampf-Tau-punkttemperatur ab. entsteht aus dem
Wasserdampf im Heizgas Kondenswasser.
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 Aufgrund
der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzung von Erdgas und
Heizöl ergeben sich unterschiedliche Wasserdampf-Temperaturen, bei
denen der Wasserdampf im Heizgas kondensiert Im nahstö-dtiometrisdien
Bereich liegt die Wasserdampf-Taupunkttempo ratu r für Erdgas bei ca.
57°C. für Heizöl EL bei ca. 47 C (Bild 4). De r theoretische
Wärmegewinn gegenüber der Niedertemperaturtechnik beträgt bei Erdgas
11%. Bei Heizöl können maximal 6% zusätzlicher Brennwertnutzen erzielt
worden.
Heizwert und
Brennwert
Der
Heizwert (H,) bezeichnet die Wärmemenge, die bei einer vollständigen
Verbrennung frei wird, wenn das dabei entstehende Wasser dampfförmig
abgeführt wird.
DorBrennwert(H,)definiertdie bei vollständiger
Verbrennung frei werdende Wä rmemenge ei nsch Ii eßli dt der Verdampf
ungswärme. die im Wasserdampf der Heizgase enthalten ist. Eine
Übersicht der Brennstoff-Eigenschaftendiefürdie Brennwertnutzung
wichtig sind, befindet sich in Tabelle 1.
Die Verdampfungswärme
konnte früher nicht genutzt werden, da die technischen Möglichkeiten
dafür noch nicht existierten. Für alle Nutzungsgrad-Berechnungen wurde
daher der Heizwert (H,) als Bezugsgröße gewählt. Durdi die zusätzliche
N u tzu ng der Verdampf ungswä rme und den Bezug auf H, können somit
Nutzungsgrade von über 100% entstehen.
Aufgrund der Richtlinien werden Nutzungsgrade in der Heiztechnik
weiterhin auf den Heizwert (H,) bezogen.
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Einflussgroßen
der Brennwertnutzung
DerWärmeenorgiegowinn
eines Brennwert gegenüber dem eines Niedertemperatur-Wärmeerzeugers
resultiert nicht ausschließlich aus dem Kondensationswärmegewi na
sondern zu einem wesentlichen An¬teil aus einem geringeren
Abgasver-lusl. der aus niedrigen Abgastempe¬raturen resultiert.
Eine grundsätzlich energetische Be¬wertung lässt sich an Hand des
Kos-selwirkungsgrades durchführen.
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G
egonüber einem konven Ii onellen Heizkessel wird die Formel für den
Kesselwirkungsgrad um den Kon¬densati onsanteil erweitert. Neben den
brennstoffspezifischen Konstan¬ten H. und H, (Brenn- und Heizwert) wird
der KondensationsanleiI durch die variable Größe Kondonsatzahl u
bestimmt. |
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Sie
gibt das Verhältnis der in einem Brennwertkossol tatsächlich
anfallenden Kondenswassermenge zu der theoretisch möglichen
Kon¬denswassermenge an.
Je größer die talsächliche Kondens-wassermenge, um so effektiver ist
der Brennwertkossol.
Je
niedriger die Abgas temperaturist um so größer ist die
Kondenswasser¬menge und damit die Kondensatzahl «_ Gleichzeitig wird
durch eine niedri¬gere Abgastemperalur. z. B. gegen¬über einem
Niedertempera tu r-Heiz-kessel. auch der Abgasverl ust gerin¬ger. Dies
bedeutet dass bei Brenn¬wertkesseln neben dem Kondensa¬tionswärmegewinn
eine bessern Energieausnutzung zusätzlich auch aus einem geringen
Abgasverlust re¬sultiert
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 Nutzungsgrad
Finden
Nachweis der Energieaus-nulzung von modernen Heizkesseln wird der nach
DIN 4702. Teil Sfestge-legte Norm-Nutzungsgrad herangezogen. Er ist
definierlals das Verhältnis der innerhalb eines Jahres abgegebenen
Nutz Wärmemenge zu der dem Wärmeerzeuger zu gefü h rten
Feuerungswärmemenge (bezogen auf den Heizwert des Brennstoff es).
Innerhalb der DIN 4702 wurde ein Verfahren festgelegt das auf Basis von
Standard liierten Prüfstands-messungen zu vergleichbaren Daten führt
Fü
r Deutsch land wu rden i n Bez ug auf eine def in ierle J ah res-H eiza
rbeit fünf Auslaslungen ermittelt und gemäß Bild 6 dargestellt. Für
jede Auslastungsstufe errechnet sich die gleiche Heizarbeit
(Flächeninhalt). Für diefünf nach DIN 470? festgelegten Niveaus ergeben
sichjezweiTempe-raturpaare (ein Paar auf Basis einer Radiatorheizung:
Auslegungsbasis 75j60"C; ein Paar auf Basis einer Fußbodenheizung:
Auslegungsbasis 4030 Cnach EN 677). bei denen eine Ermittlung des
Teillast-Nutzungsgrades am Prüfstand stattfindet
Zur Ermittlung des Norm-Nutzungsgrades werden die 5 gemessenen fei
Hast-Nutzungsgrade gemittelt.
Damit werden vergleichbare Werte erreicht die den realen Betrieb von
Heizkesseln in Deutschland weitgehend widerspiegeln.
Die
Auslegung eines Heizkessels er-folgtso. dass bei der tiefsten
auftretenden Außentemperatur der Wärmebedarf vollständig gedeckt
werden kann. DieAuslegungstemperatu-ren liegen für Deutschland bei -10
bis -IS'C. So geringe Temperaturen werden im Tagesmittel allerdings nur
hödist selten erreicht, so dass der Heizkessel nur an wenigen Tagen im
Jahr seine volle Leistung bereitstellen muss. In der übrigen Zeit
werden nur Bruchteile der Nenn-Wärmeleistung benötigt, über ein Jahr
betrachtet liegt der Schwerpunkt der benötigten Heizwärme bei
Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes (Obis 5t:). |
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 Daraus
ergibt sich, dass die mittlere Auslastung von Heizkesseln über ein Jahr
betrachtet bei weniger als 30 % liegt. Einen Vergleich der Teil last
-Nutzungsgrade besonders bei geringen Auslastungen zeigt Bild 8.
Gerade
bei geringen Auslastungen wi rd der Vortei I der Brennwert-technik
besonders deutlich: Der Konstanttemperatur-Heizkessel verursacht mit
abnehmender Auslastung erhebliche Verluste, da auch bei geringer
erforderlicher Heiz-svstomlemperaturen die Kesseltemperaturauf hohem
Niveau gehalten werden muss. Dadurch steigt der Anteil der Abs trahl
Verluste am Gesamtenergieeinsatz stark an und verringert so den
Nutzungsgrad.
Brennwortgoräte dagegen weisen gerade bei geringen
Auslastungen einen besonders guten Nutzungsgrad auf. da dann aufgrund
des niedrigen Temperaturn h/eaus des Heizwassers der Brennwerteffekt
besonders effektiv ist.
Ein Vergleich der Nutzungsgrade für unterschiedliche Kesselbauarten ist
in Bild 9 dargestellt.
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