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Brennwerttechnik - Einflussgrößen und Kriterien – Kesselkonstruktion

Der Brennwertnutzen ist umso höher, je mehr der im Heizgas enthaltene Wasserdampf kondensiert. Nur so kann die latente Wärme im Heizgas zu nutzbarer Heizwärme gemacht werden. Dazu sind die konventionellen Kesselkonstruktionen nicht geeignet.


Strömungsführung

Bei konventionellen Niedertemperatur- Heizkesseln sind die Heizflächen so zu gestalten, dass die Kondensation des Heizgases im Heizkessel vermieden wird. Anders bei der brennwertgerechten Konstruktion. Die Inox- Crossal- Heizfläche wurde so konstruiert, dass Heizgase und Kondenswasser in die gleiche Richtung nach unten strömen. Dadurch wird ein permanenter Selbstreinigungseffekt erzeugt und Aufkonzentration vermieden. Der Heizgas- und der Heizwasserstrom im Wärmeerzeuger sollten im Gegenstrom geführt werden, um das tiefe Temperaturniveau des eintretenden Rücklaufwassers für die maximale Abkühlung des austretenden Heizgases zu nutzen. Gleichzeitig sollten modulierende Brenner mit einer entsprechend intelligenten Regelung verwendet werden, um damit die Wärmeleistung jederzeit auf den aktuellen Heizwärmebedarf automatisch anzupassen.

Material und Brennstoff

Durch die Wahl geeigneter Werkstoffe muss sichergestellt werden, dass das entstehende Kondenswasser keine Korrosionsschäden am Wärmeerzeuger verursachen kann. Durch Bestandteile des Brennstoffes (Heizöl oder Erdgas) sowie durch Bestandteile der Verbrennungsluft entstehen bei der Verbrennung Verbindungen, die den pH-Wert (Gradmesser des Säure- oder Laugengehaltes) des Kondenswassers hin zur Säure verschieben. Aus dem bei der Verbrennung entstehenden CO2 kann sich Kohlensäure bilden, der in der Luft enthaltene Stickstoff N2 reagiert zu Salpetersäure. Besonders aggressiv kann das Kondenswasser bei der Verbrennung von Standard-Heizöl sein, da der Schwefelanteil im Heizöl für die Bildung von schwefliger und Schwefelsäure verantwortlich ist. Deshalb müssen alle Wärmetauscherflächen, die von Kondenswasser berührt werden, aus Materialien bestehen, die unempfindlich sind gegen den chemischen Angriff der Kondenswasserbestandteile. Seit langen Jahren hat sich hierfür Edelstahl Rostfrei bewährt. Für die Brennstoffe Heizöl oder Erdgas sind unterschiedlich legierte Edelstahlvarianten (Legierungselemente u. a. Chrom, Nickel, Molybdän, Titan) verfügbar, die auf die Kondenswassereigenschaften angepasst wurden. Dadurch widerstehen diese Materialien ohne weitere Oberflächenbehandlung dauerhaft den Korrosionsangriffen des Kondenswassers.


Heizgasführung

Durch den Einsatz von Edelstahl besteht die Möglichkeit, die Wärmetauscherflächen geometrisch optimal zu gestalten. Damit die Wärme des Heizgases effizient auf das Heizwasser übertragen werden kann, muss sichergestellt werden, dass ein intensiver Kontakt des Heizgases mit der Heizfläche stattfindet. Dazu bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten: Die Heizflächen können so gestaltet werden, dass das Heizgas ständig verwirbelt wird, so dass sich keine Kernströme mit höheren Temperaturen ausbilden können. Dazu sind glatte Rohre nicht geeignet, sondern es müssen Umlenkunkstellen und Querschnittsänderungen geschaffen werden (Inox- Crossal- Heizfläche). Die andere Möglichkeit ist, anstelle einer stark verwirbelten Heizgasströmung, wie sie bei Inox- Crossal- Heizflächen erreicht wird, ein laminares Wärmeübertragungsprinzip zu realisieren (Inox- Radial- Heizfläche).


Inox- Crosssal- Heizfläche

Die Inox- Crossal- Heizfläche, sorgt für eine hervorragende Wärmeübertragung. Durch die gegeneinander geneigten Einpressungen werden Umlenkungen erreicht. Die sich durch die Einschnürungen ständig ändernden Querschnitte verhindern zuverlässig die Ausbildung einer Kernströmung. Um eine Aufkonzentration des Kondenswassers und einen Rückfluss in den Verbrennungsraum zu vermeiden sollten Heizgas und Kondenswasser in gleicher Richtung nach unten strömen. So unterstützen Schwerkraft und gleichzeitig nachströmende Heizgase das Fließen der Kondenswassertropfen. Der Austritt des Heizgases aus dem Wärmetauscher ist deshalb in der Regel unten angeordnet.


Inox- Radial- Heizfläche

Zur Realisierung des laminaren Wärmeübertragungsprinzips wurde die Inox- Radial- Heizfläche entwickelt, die aus einem spiralförmig gewickelten Vierkant-Edelstahlrohr bestehen. Die einzelnen Windungen besitzen durch spezielle Einpressungen einen Abstand von exakt 0,8 mm. Dieser auf die speziellen Strömungsverhältnisse des Heizgases abgestimmte Abstand sorgt dafür, dass sich im Spalt eine laminare Strömung ohne Grenzschicht ausbildet, die für eine hervorragende Wärmeübertragung sorgt. Die ca. 900°C heißen Heizgase können auf einer Spaltlänge von nur 36 mm abgekühlt werden. Im günstigsten Fall erreicht das Heizgas am Kesselaustritt eine Temperatur, die nur ca. 3,5 K über der Kesselwasser- Rücklauftemperatur liegt.

Von Georg am 19.03.09 11:41 |

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