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Brennwerttechnik - Einflussgrößen der Brennwertnutzung

Der Wärmeenergiegewinn eines Brennwert- gegenüber einem Niedertemperatur-Wärmeerzeuger resultiert nicht ausschließlich aus dem Kondensationswärmegewinn, sondern zu einem wesentlichen Anteil aus einem geringeren Abgasverlust, der aus niedrigen Abgastemperaturen resultiert. Eine grundsätzlich energetische Bewertung lässt sich an Hand des Kesselwirkungsgrades durchführen.


Einflussgrößen

ϑA -> Abgastemperatur bei Brennwertkesseln: keine Begrenzung
CO2 -> CO2-Konzentration: Güte der Verbrennung ist abhängig von der Brennerkonstruktion
α -> Kondensatzahl ist abhängig von Kesselkonstruktion und Anlage (Auslegung)

Gegenüber einem konventionellen Heizkessel wird die Formel für den Kesselwirkungsgrad um den Kondensationsanteil erweitert. Neben den brennstoffspezifischen Konstanten Hs und Hi (Brenn- und Heizwert) wird der Kondensationsanteil durch die variable Größe Kondensatzahl α bestimmt. Sie gibt das Verhältnis der in einem Brennwertkessel tatsächlich anfallenden Kondenswassermenge zu der theoretisch möglichen Kondenswassermenge an. Je größer die tatsächliche Kondenswassermenge, umso effektiver ist der Brennwertkessel. Je niedriger die Abgastemperatur ist, umso größer ist die Kondenswassermenge und damit die Kondensatzahl α. Gleichzeitig wird durch eine niedrigere Abgastemperatur, z. B. gegenüber einem Niedertemperatur- Heizkessel, auch der Abgasverlust geringer. Dies bedeutet, dass bei Brennwertkesseln neben dem Kondensationswärmegewinn eine bessere Energieausnutzung zusätzlich auch aus einem geringeren Abgasverlust resultiert.


Nutzungsgrad

Für den Nachweis der Energieausnutzung von modernen Heizkesseln wird der nach DIN 4702, Teil 8 festgelegte Norm-Nutzungsgrad herangezogen. Er ist definiert als das Verhältnis der innerhalb eines Jahres abgegebenen Nutzwärmemenge zu der dem Wärmeerzeuger zugeführten Feuerungswärmemenge (bezogen auf den Heizwert des Brennstoffes). Innerhalb der DIN 4702 Teil 8 wurde ein Verfahren festgelegt, das auf Basis von standardisierten Prüfstandsmessungen zu vergleichbaren Daten führt. Für Deutschland wurden in Bezug auf eine definierte Jahres-Heizarbeit fünf Auslastungen ermittelt. Für jede Auslastungsstufe errechnet sich der gleiche Heizarbeitsanteil (Flächeninhalt). Für die fünf nach DIN 4702 Teil 8 festgelegten Niveaus ergeben sich je zwei Temperaturpaare (ein Paar auf Basis einer Radiatorheizung: Auslegungsbasis 75/60°C; ein Paar auf Basis einer Fußbodenheizung: Auslegungsbasis 40/30°C nach EN 677), bei denen eine Ermittlung des Teillast- Nutzungsgrades am Prüfstand stattfindet. Zur Ermittlung des Norm-Nutzungsgrades werden die 5 gemessenen Teillast-Nutzungsgrade gemittelt. Damit werden vergleichbare Werte erreicht, die den realen Betrieb von Heizkesseln in Deutschland weitgehend widerspiegeln.


Auslegung der Nenn-Wärmeleistung

Die Auslegung eines Heizkessels erfolgt so, dass bei der tiefsten auftretenden Außentemperatur der Wärmebedarf vollständig gedeckt werden kann. Die Auslegungstemperaturen liegen für Deutschland bei -10 bis -16°C. So geringe Temperaturen werden im Tagesmittel allerdings nur höchst 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 (0 bis 5°C). Daraus ergibt sich, dass die mittlere Auslastung von Heizkesseln über ein Jahr betrachtet bei weniger als 30% liegt.


Vorteile der Brennwerttechnik

Gerade bei geringen Auslastungen wird der Vorteil der Brennwerttechnik besonders deutlich: Der Konstanttemperatur-Heizkessel verursacht mit abnehmender Auslastung erhebliche Verluste, da auch bei niedrigen Heizsystemtemperaturen die Kesseltemperatur auf hohem Niveau gehalten werden muss. Dadurch steigt der Anteil der Abstrahlverluste am Gesamtenergieeinsatz stark an und verringert so den Nutzungsgrad. Brennwertgeräte dagegen weisen gerade bei geringen Auslastungen einen besonders guten Nutzungsgrad auf, da dann aufgrund des niedrigen Temperaturniveaus des Heizwassers der Brennwerteffekt besonders effektiv ist.

Von Georg am 16.03.09 10:27 |

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