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Heizungsmodernisierung Kennwerte von Heizungsanlagen

Kesselwirkungsgrad

Unter dem Stichwort „Heizungsmodernisierung“ spielt die wirtschaftliche Bewertung der Alt- bzw. Neuanlage eine wesentliche Rolle. „Wirtschaftlich“ heizen heißt, mit einem Minimum an Primarenergie einen maximalen Heizwärmegewinn zu erzielen. Die wesentlichen Verluste bei der Primarenergieumsetzung im Heizkessel entstehen durch, im Abgas mitgeführte Verlustwärme, Oberflächenverluste des Heizkessels während des Brennerbetriebes und bei Stillstand. Die Einstufungsmessung, die durch den Schornsteinfeger bereits an allen Heizkesseln durchgeführt wurde, kann nur bedingt zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit herangezogen werden. Die Messung erfasst lediglich die Abgasverluste. Oberflächenverluste werden nicht berücksichtigt. Zur richtigen Beurteilung des Heizkessels dienen verschiedene Kennzahlen, die nachfolgend erläutert werden. Der Kesselwirkungsgrad beschreibt das Verhältnis von abgegebener Nutzleistung QK (Kessel-Nennleistung) zum Aufwand. Der Aufwand wird als Feuerungs- oder Brennerleistung QF bezeichnet. Der Kesselwirkungsgrad wird bei einer Vorlauftemperatur von 80°C und einer Spreizung von 20 Grad
(Differenz von Vorlauf- und Rucklauftemperatur) ermittelt. Hierbei werden auch die Stillstands-/Bereitschaftsverluste mit einbezogen. Dieser Betrachtung nach gelten nur Heizkessel, die mit konstanter Kesselwassertemperatur betrieben werden, da die Bereitschaftsverluste und der Kesselwirkungsgrad als konstant angenommen werden. Bei der Berechnung werden Wärmemengen statt Wärmeströme betrachtet.


Jahres-Nutzungsgrad

Bei der Ermittlung der Nutzwärme müssen die auftretenden Verluste berücksichtigt werden und zwar über den gesamten Betrachtungszeitraum. Im Gegensatz zur momentanen Betrachtung bei der Ermittlung des Kesselwirkungsgrades werden hier auch die Bereitschaftsverluste QB beachtet, die während der Brennerstillstandszeiten auftreten. Im Vergleich zu den Kesselwirkungsgrad wird deutlich, dass für den Jahres-Nutzungsgrad die Bereitschaftsverluste deutlich an Bedeutung zunehmen, da sie zeitlich einen hohen Anteil ausmachen.


Jahres-Heizarbeit

Für moderne Heizkessel, bei denen die Heizwassertemperatur dem aktuellen Bedarf angepasst wird, gilt diese Betrachtung allerdings nicht mehr, da bei variabler Kesselwassertemperatur die Abgas-, Strahlungs und Bereitschaftsverluste nicht mehr konstant sind. Genau darin liegt der wirtschaftliche Vorteil von Niedertemperatur- und Brennwertkesseln, da bei abgesenkter Kesselwassertemperatur die Verluste logischerweise kleiner sind. Die Auslegung eines Heizkessels erfolgt so, dass bei der tiefsten auftretenden Außentemperatur der Wärmebedarf vollständig gedeckt werden kann. Die Auslegungstemperaturen liegen für Deutschland bei minus 12 bis minus 16°C. So niedrige Temperaturen werden allerdings nur höchst selten erreicht, so dass der Heizkessel nur an wenigen Tagen im Jahr seine volle Leistung bereitstellen und deshalb mit hohen Temperaturen betrieben werden muss. In der übrigen Zeit werden nur Bruchteile der maximalen Wärmeleistung benötigt. Über das Jahr betrachtet werden ca. 64% der Heizarbeit bei Außentemperaturen oberhalb des Gefrierpunktes erbracht. Nur 6% der Heizarbeit entfallen auf Tage, an denen es kalter als minus 10°C ist.


Kesselauslastung

Mit einer relativen Heizkessel-Auslastung von 50% werden ca. 85 bis 90% der Jahres-Heizarbeit erbracht. Wahrend alte Heizkessel auch bei geringer Heizlast ihre konstant hohe Kesselwassertemperatur halten (Standardkessel) und damit gleich bleibend hohe Verluste verursachen, passen moderne Heizkessel ihre Temperatur dem Bedarf an. Dementsprechend kann zur Ermittlung des Jahres-Nutzungsgrades nicht mit konstanten Verlusten wie für Standardkessel gerechnet werden.


Norm-Nutzungsgrad

Zur Kennzeichnung der Energieausnutzung von Niedertemperatur- und Brennwertkesseln wurde deshalb der Norm-Nutzungsgrad eingeführt. Der Norm-Nutzungsgrad umfasst alle Verluste eines Heizkessels (Abgasverlust, Strahlungs- und Bereitschaftsverlust), die maßgeblich von der Kesselwassertemperatur und der Kesselauslastung bestimmt werden. Bei fünf Auslastungen wird je ein Teillast-Nutzungsgrad gemessen. Für jede Auslastung sind die Vor und Rucklauftemperaturen der Auslegungs- Temperaturpaare 75/60°C und 40/30°C festgelegt. Aus den fünf Teillast-Nutzungsgraden wird dann der Norm-Nutzungsgrad ηN ermittelt. Die Norm- Nutzungsgrad- Prüfung entspricht somit dem typischen Betrieb einer Heizungsanlage über den Jahresverlauf. Zur Beurteilung des alten Heizkessels ist es sinnvoll, die Auslastung zu bestimmen. Die Auslastung ist definiert als Verhältnis der Vollbenutzungsstunden bVK des Heizkessels zur Betriebsbereitschaftszeit b. Die Betriebsbereitschaftszeit b bei integrierter Warmwasserbereitung (System wird ganzjährig auf Temperatur gehalten) betragt maximal 8760 Stunden (Jahresstundenzahl). Der Begriff „Vollbenutzungsstunden“ bVK umfasst die Brennerlaufzeit, die zur Erbringung der Nutzwärmemenge benötigt wird. Verglichen mit der gesamten Brennerlaufzeit bF ist bVK um die Brennerlaufzeit geringer, die zur Erbringung der Bereitschaftsverluste nötig ist. Die Vollbenutzungsstunden lassen sich aus dem Jahres-Brennstoffverbrauch Ba, der Heizkessel-Nennleistung QK und dem Bereitschaftsverlust qB über die Feuerungszeit bF errechnen: Der jährliche Brennstoffverbrauch Ba sowie der zugehörige Heizwert des Brennstoffes Hi (Erdgas: 9 bis 10 kWh/m3, Heizöl: 10 kWh/l) sind in der Regel bekannt. Die Heizkessel-Nennleistung QK wird dem Typenschild entnommen, als Kesselwirkungsgrad ηK kann für Altanlagen 0,80 bis 0,85 angenommen werden. Eine Auslastung von 100% ergibt sich, wenn der Brenner das ganze Jahr ohne Unterbrechung läuft. Dies ist praktisch nie der Fall, da der Auslegungszustand (tiefste Außentemperatur) nur an wenigen Tagen im Jahr vorliegt. Bei richtiger Dimensionierung des Heizkessels werden reale Auslastungen von ca. 20% erreicht.

Von Georg am 3.02.09 10:47 |

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