Brennwert. Brennwertkessel müssen schwitzen. Teil 1 Brennwert, einfach erklärt.<

Brennwert, oder wie es früher hieß, oberer Heizwert, was ist das?

Es kommt immer wieder Erstaunen darüber auf, dass die Brennwertangaben 100% Energieausnutzung der einzelnen Brennstoffe oder Energieträger übersteigen, das liegt daran, dass es früher technisch nicht möglich war, den Brennwerteffekt zu nutzen. Somit wurde der Heizwert oder früher genannt unterer Heizwert als 100% Energieausnutzung eines Energieträgers angegeben.

Heute sind Brennwertgeräte, Gas, Öl, eingeschränkt auch Pellet Standardheizgeräte, die den Brennwerteffekt nutzen. Wir müssen also mit Angaben, so unlogisch es klingt, über 100% arbeiten.

Warum wird dann nicht eine Umstellungsangabe auf 100% Brennwert anstatt 100% Heizwert vorgenommen?

Die Brennwertnutzung ist bei den unterschiedlichen Brennstoffen, in Abhängigkeit des Wasserinhalts des Brennstoffs, unterschiedlich hoch.

Tabelle der einzelnen Brennstoffe.

Brennwerttabelle

Beispiele maximale Ausnutzung entnommen Tabelle oben:

Erdgas H: maximale Energieausnutzung  111%, realistisch nutzbar 108%.

Öl : maximale Energieausnutzung H = 106 %, realistisch nutzbar 102%.

Welche Leistung sollte also als 100% genutzt werden? Heizwert ist mit 100% die einzige, für alle Brennstoffe gleiche Konstante.

Wie entsteht der Brennwerteffekt?

Bei der Verbrennung von Brennstoff wird auch das im Brennstoff enthaltene Wasser in Wasserdampf umgewandelt. Der Übergang vom Aggregatzustand Wasser zu Wasserdampf beinhaltet eine erhebliche Energiemenge wie aus der Tabelle entnommen werden kann.

Diese energiereiche, durch Verbrennung des Brennstoffs erzeugte Wasserdampfmenge wird bei normalem Heizwertbetrieb zum Schornstein hinaus entsorgt.

Probleme bei Heizwertgeräten, durch Kondensation des Wasserdampfs

Im oberen Schornsteinbereich entstanden häufig Versottungen oder Durchfeuchtungen der Schornsteine. Aus dem Grund mussten bei Heizwertgeräten die Abgastemperaturen sehr hoch gehalten werden, damit keine Kondensation im Schornsteinbereich und Heizkessel entsteht.

Kondensation im unteren Kesselbereich hat das für diese Ansprüche nicht geeignete Kesselmaterial sehr schnell zerstört. Aus diesem Grund sind in vielen Konstanttemperaturkesseln Rücklaufanhebungen vorhanden. (Konstanttemperaturkessel können im Gegensatz zu Niedertemperaturkesseln nur Rücklauftemperaturen oberhalb der Kondensationstemperatur vertragen). Die Kesseltemperatur muss mindestens 70°C betragen. Kesselbeispiele aus der heutigen Zeit sind die meisten Pelletkessel und große Heizkesselanlagen.

Nutzung von Brennwert

Bei der Nutzung von Brennwert wird die im Wasserdampf befindliche Energie teilweise zurückgewonnen. Erreicht wird das durch möglichst kalte Rücklauftemperaturen, die durch das Abkühlen im unteren Kesselbereich eine Rückumwandlung von Wasserdampf zu Wasser möglich macht. Dadurch wird die im energieangereicherten Wasserdampf gebundene Energiemenge freigesetzt und der Heizenergienutzung zugeführt.

Austretendes Kondensat bei Brennwertnutzung (Brennwertkessel müssen schwitzen)

Grundsätzlich, je mehr Kondensat beim Betrieb des Brennwertgeräts austritt, umso höher die Brennwerteffizienz. Sie kann durch eine Mengenkontrolle des Brennwertkondensats im Verhältnis zu den verbrannten Brennstoffen aufgezeigt werden.

Beispiel Kondensatmenge.

Gasbrennwertgerät, betrieben mit H- Gas (Heizleistung unterschiedlicher Gasarten. H- Gas= 10,36 kWh pro verbrannte m³ Gas. LL- Gas= 8,83 kWh pro verbrannte m³ Gas).

Beispiel: Gasverbrauch in der Messzeit 15 m³ oder 155,4 kWh. Angefallenes Kondensat in der Messzeit 13,5 l. Der Verbrennungswirkungsgrad des Brennwertgeräts in der Messzeit beträgt ca. 104%, ermittelt anhand des gemessenen Kondensats. Es wird in einer kurzen  Messzeit nur ein ungenaues Abbild des Brennwerteffizienz dargestellt. Bei unterschiedlichen Rücklauftemperaturen fallen auch unterschiedliche Kondensatmengen an.

Kessel- oder Abgasrohrzerstörungen.

Kessel- oder Abgasrohrzerstörungen durch Brennwertnutzung ist bei modernen Brennwertgeräten kein Problem mehr. Bis ca. 2003 konnte es vorkommen, dass das aggressive  Kondensat Abgasrohre und Kesselwärmetauscher angegriffen und zerstört hat.

Die wichtigste Größe zur Brennwertnutzung ist eine niedrige Rücklauftemperatur vom Heizkörper.

Brennwert HK

Das wichtigste, die niedrige Rücklauftemperatur darf auf dem Weg zum Brennwertheizgerät nicht durch Verbindungen vom Vor- zum Rücklauf angehoben werden. Überströmventile, hydraulische Weichen und Heizkörperdreiwegeventile sind unerwünschte Überströmungen.

Brennwertnutzung beginnt ab angegebener Rücklauftemperatur abwärts.

Hohe Rücklauftemperatur: geringer Brennwerteffekt.

Niedrige Rücklauftemperatur: hoher Brennwerteffekt.

Oberhalb der Kondensationstemperatur wird ein Brennwertgerät zum Heizwertgerät

Die meistgebrauchten Brennstoffe im Einzelnen.

Erdgas beide Familien,

LL – niedrigere Heizleistung, H – höhere Heizleistung je m³.

Wie aus der Tabelle hervorgeht, ist das Brennwertprotenzial, dank ausgereifter Technik und hohem Wasseranteil, bei Gasbrennwert am größten. Maximaler Brennwertenergiegewinn 11%. Realistisch erreichbarer Brennwertenergiegewinn bei 30%C Rücklauftemperatur, je nach Gerät 103 – 105%.

  • Kondensationsbeginn bei ca. 55,5°C Rücklauftemperatur. Bei einer abgeglichenen Heizungsanlage wird die Unterschreitung der Rücklauftemperatur ganzjährig erreicht.
  • Der Kondensatanfall ist bei Erdgas mit ca. 1,6 l/pro m³ verbranntem Gas erheblich. Eine lückenlose Kondensatableitung ist unabdingbar.
  • In Niedersachsen muss ab 400KW Heizleistung das Kondensat neutralisiert werden.

Heizöl.

Bei Heizöl wird es  schwierig, den Brennwertbereich unter 47°C dauerhaft zu unterschreiten um einen Brennwerteffekt zu erzielen. Maximaler Brennwertenergiegewinn 6%. Realistisch erreichbarer Brennwertenergiegewinn bei 30%C, je nach Gerät 98 – 101% Brennwertleistung.

  • Kondensationsbeginn bei ca. 47°C Rücklauftemperatur. Bei einer abgeglichenen Heizungsanlage wird die Unterschreitung der Rücklauftemperatur häufig nur in den Übergangszeiten erreicht.
  • Der Kondensatanfall ist bei Heizöl mit ca. 0,88l/pro l verbranntem Öl deutlich niedriger als bei Gas.
  • Eine lückenlose Kondensatableitung ist unabdingbar. Es muss zwingend schwefelfreies Öl verwendet werden.

Holzpellet.

Vorwort Pelletkessel. Hinweise zu den meistgebauten Standardpelletkesseln.

Bei Standardpelletanlagen und allen anderen Holzverbrennungen mit Wassertasche muss die Rücklauftemperatur immer höher als 63°C sein.

Bei  Standardpelletanlagen ist z.B. der hydraulische Abgleich verbrauchserhöhend und kesselgefährdend. Grund: Heizungsanlagen mit niedriger Auslegungstemperatur wie z.B. Fußbodenheizungen oder hydraulisch abgeglichene Heizungsanlagen sind bei Standardpelletanlagen verbrauchserhöhend und kesselgefährdend. Grund, Kondensatanfall ist trotz Rücklaufanhebung kaum vermeidbar.

Die Verbrauchserhöhung entsteht durch permanente Rücklaufanhebung. Pumpen erzeugen einen zusätzlichen Stromverbrauch und stören die Anlagenhydraulik, Beimischungen stören die Anlagenhydraulik ganz erheblich, es entsteht insbesondere durch niedrige Rücklauftemperaturen ein hoher Eigenverbrauch, das heißt, der Kessel heizt nur, um seine erforderliche, hohe Kesseltemperatur zu erhalten. Dadurch kann der Jahreswirkungsgrad, insbesondere in Anlagen mit zentraler Warmwasserbereitung, deutlich unter 50% sinken.

Die Materialschädigungsgefahr durch das Kondensat ist bei Pelletbrennwertanlagen sehr hoch, aus dem Grund gibt es zur Zeit nur wenige Hersteller für Pelletbrennwertanlagen. Nutzern, die eine Pelletbrennwertanlage einbauen lassen, sollten sich eine 10 jährige Garantie geben lassen.

Bei Pelletbrennwertnutzung kommt nicht nur der Brennwerteffekt zum Tragen, auch der Gesamtwirkungsgrad verbessert sich.

Pelletbrennwert.

Durch Nutzung von Pelletbrennwert entsteht der energetische Vorteil nicht nur durch die Brennwertnutzung. Angepasste Kesseltemperaturen erzeugen indirekt einen zusätzlichen Spareffekt gegenüber Standartpelletkesseln.

Die Kondensationstemperatur von  63°C wird bei Pelletbrennwertheizgeräten problemlos dauerhaft unterschreitbar sein. Maximaler Brennwertenergiegewinn 8,3%.

Realistisch erreichbarer Brennwertenergiegewinn bei 30% C Rücklauftemperatur 5-6 %. Je nach Gerät 95 – 100% Brennwertleistung.

  • Kondensationsbeginn bei ca. 63°C Rücklauftemperatur. Bei einer abgeglichenen Heizungsanlage wird die Unterschreitung dauerhaft erreicht.
  • Der Kondensatanfall ist bei Holzpelletbrennwert  schwer einzuschätzen. Eine Kondensatableitung ist unabdingbar.

Zusammengefasst.

Bei korrekter Montage ist Gasbrennwert Stand der Technik und risikofrei nutzbar und hat die besten Brennwertvoraussetzungen, insbesondere durch die große Modulationsbreite moderner Brennwertkessel.

Bei Ölanlagen und Nutzung von schwefelfreiem Öl ist keine Korrosionsgefahr mehr gegeben. Öl hat durch die niedrige zu erreichende Rücklauftemperatur,  geringere Brennwertvoraussetzungen wie Gas. Modulation ist bei Ölkesseln schwierig zu realisieren.

Bei Pelletanlagen ist Brennwert noch nicht Stand der Technik und mit Vorsicht nutzbar. Der Brennwerteffekt ist durch die hohe zu erreichende Rücklauftemperatur leicht zu erreichen. Die Modulationsbreite ist bei Pelletgeräten sehr hoch. Pelletgeräte kommen bei dem Abgaswirkungsgrad  nicht an Gas und Öl heran.

Ihr Bernd Wulfestieg

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