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Anlagentechnik für die EnEV - Brennwerttechnik

Im Vergleich zu Niedertemperatur- Heizkesseln erreichen Brennwertkessel eine bis zu 10 % höheren Jahres-Nutzungsgrad. Diese Nutzungsgradsteigerung findet sich auch in den Erzeugeraufwandszahlen und damit beim Primärenergiebedarf wieder. Egal ob Ein- oder Mehrfamilienwohnhaus, ob Aufstellung innerhalb oder außerhalb der thermischen Hülle: Brennwertnutzung führt in der EnEV- Berechnung von Wohngebäuden mit NEH- Standard zu einer Reduzierung des Primärenergiebedarfs von 10 bis 15 kWh/(m²• a) gegenüber der Niedertemperaturtechnik.


Gas-Brennwertgeräte

Der Vergleich zwischen Niedertemperatur und Brennwerttechnik beruht auf Norm- (NT) bzw. BDH- Kennwerten (Brennwert). Noch günstiger schneidet die Brennwerttechnik ab, wenn Produktkennwerte des Vitotec Programms verwendet werden. Hinsichtlich ihrer Nutzungsgrade nehmen die Brennwertkessel Vitodens und Vitocrossal Spitzenplätze ein. Dies zeigt sich auch deutlich bei den geringeren Anlagenaufwandszahlen, die bei Berücksichtigung dieser Geräte erreicht werden.

Öl-Brennwertkessel

Haupthindernis für eine frühere Verbreitung der Öl-Brennwertheizungen war der Brennstoff Heizöl selbst. Herkömmliches Heizöl EL darf laut DIN 51603-1 bis zu 2000 ppm Schwefel enthalten, also 2000 mg/kg. Bei diesem Schwefelgehalt entstehen durch die Verbrennung erhebliche Mengen an Schwefeloxiden (SO2 und SO3). Daraus bilden sich bei der Kondensation des im Heizgas enthaltenen Wasserdampfes an der Heizfläche des Brennwertkessels schwefelige Säure und Schwefelsäure in beachtlicher Menge. Mit der deutschlandweiten Verfügbarkeit von schwefelarmem Heizöl EL mit einem Schwefelgehalt von lediglich 50 ppm, das entspricht 50 mg/kg, ist nun der Weg für die Öl-Brennwerttechnik endgültig frei geworden. Der DIN-Fachausschuss „Mineralöl- und Brennstoffnormung" hat sich auf diese neue Heizölqualität geeinigt und diese im März 2002 in den Entwurf zur DIN 51603-1 aufgenommen. Wichtig ist, dass diese neue Heizölqualität im Juni 2002 in die dritte Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (3. BImSchV) aufgenommen wurde. Dort ist festgelegt, dass Heizöl EL nur dann als „schwefelarm" bezeichnet werden darf, wenn es nicht mehr als 50 ppm Schwefel enthält. Grundsätzlich lassen sich zwei Arten von Öl-Brennwertanlagen unterscheiden:
– Kondensation auf Kesselintegrierten oder Nachgeschalteten Wärmetauscherflächen und Übertragung der Wärme auf das Heizungswasser
oder
– Kondensation im Abgassystem und Übertragung der Wärme auf die Zuluft (Verbrennungsluftvorwärmung).


Kesselintegrierte oder Nachgeschaltete Wärmetauscherflächen

Öl-Brennwertkessel mit integrierter Brennwertnutzung sind so aufgebaut, dass kesselintegriert oder in einem Nachgeschalteten Wärmetauscher die erzeugte Kondensationswärme direkt auf das Heizwasser übertragen wird. Bei Geräten, die einen Kesselintegrierten Wärmetauscher für die Brennwertnutzung aufweisen, wird die Kondensationswärme direkt im Heizkessel gewonnen. Diese Geräte entsprechen den seit vielen Jahren etablierten Gas-Brennwertkesseln. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, einen separaten Wärmetauscher zur Brennwertnutzung nachzuschalten. In diesem Fall besteht der Brennwertkessel aus zwei Wärmetauschern: In der Brennkammer wird das Heizgas am ersten Wärmetauscher auf Temperaturen oberhalb der Taupunkttemperatur abgekühlt. Das abgekühlte Heizgas durchströmt dann einen zweiten Wärmetauscher, der auf die Kondensation des Heizgases ausgelegt ist. Beide Wärmetauscher sind in den hydraulischen Heizkreis eingebunden. Kesselintegrierte Wärmetauscher, an denen eine Kondensation stattfindet, sind sowohl den hohen Temperaturen der Flamme ausgesetzt als auch durch unvermeidbare Ablagerungen u. a. aufgrund des Schwefelanteils im Heizöl belastet. Deshalb ist es notwendig, diese Wärmetauscher brennwertgerecht zu konstruieren und korrosionsbeständige Werkstoffe wie z. B. Edelstahl zu verwenden. Im Betrieb sollte schwefelarmes (< 50 ppm) Heizöl EL eingesetzt werden, um so die Ablagerungen zu reduzieren. So sind Langlebigkeit, energetische Qualität und hohe Effizienz auch dann gesichert, wenn nur einmal jährlich eine Reinigung durchgeführt wird. Außerdem entfällt für die Verbrennung von schwefelarmem Heizöl EL (< 50 ppm) auf Basis des ATV-Merkblattes A251 die Neutralisationspflicht. Für Nachgeschaltete Kondensations- Wärmetauscher kann auch Standard- Heizöl EL (bis 2000 ppm) zum Einsatz kommen, da Verbrennung und Kondensation räumlich getrennt voneinander ablaufen. Die entstehenden Verbrennungsrückstände, die auch die Reaktionsprodukte des Schwefels enthalten, lagern sich hauptsächlich an den Wärmetauscherflächen im Brennraum an. Dort entsteht aber aufgrund der angepassten Temperaturführung im Heizkessel kein Kondenswasser. Erst im Nachgeschalteten Wärmetauscher findet ein praktisch ablagerungsfreier Kondensationsprozess statt, so dass der hohe Schwefelgehalt des Standard-Heizöls keine Korrosionsbelastung mit sich bringt. Zu beachten ist, dass bei der Verwendung von Standard-Heizöl EL in jedem Fall eine Neutralisationspflicht besteht. Diese entfällt nur bei schwefelarmem Heizöl.


Verbrennungsluftvorwärmung

Die andere Variante der Öl-Brennwertnutzung beruht darauf, die Kondensationswärme nicht direkt an das Heizungswasser abzugeben, sondern für die Verbrennungsluftvorwärmung zu nutzen. Dabei sind Wärmetauscher und Wasserführung im Heizkessel so ausgelegt, dass keine Kondensation auftritt. Bei Eintritt in das Abgassystem besitzen die Abgase noch eine Temperatur von ca. 100°C, um Kondensation im Heizkessel zu vermeiden. Das Abgas- Zuluft- System ist bei diesen Anlagen koaxial ausgeführt, so dass das abströmende Abgas seine Wärme auf die im Gegenstrom zuströmende Zuluft übertragen kann. Wird dabei die Taupunkttemperatur unterschritten, so kondensiert das Abgas und kann auch latente Wärme auf die Zuluft übertragen und damit den Brennwert nutzbar machen. Der Umfang der Brennwertnutzung ist bei diesen Systemen nicht allein vom Heizkessel, sondern auch von den Randbedingungen des Abgas-/ Zuluft- Systems abhängig, weshalb richtigerweise von Brennwertsystemen statt von Brennwertkesseln gesprochen werden sollte.

Von Georg am 25.02.09 11:41 |

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