Optimierung von Kleinheizungsanlagen/ XXX

Wie gut wird der Brennwert ausgenutzt?

Welchen Brennwert liefern verschiedene Brennstoffe
Brennstoff	Brennwert MJ/m³	Brennwert MJ/kg	Heizwert MJ/m³	Heizwert MJ/kg	Dichte in kg/m³ bei 1013 mbar und 0 °C	Formel	molare Masse g/mol^*)1	1 g Substanz bildet ? g H2O
Erdgas aus der Nordsee
Erdgas aus Russland
Methan	39,8	55,4	35,9	50,0	0,7175	CH₄	16,04	2,25
Ethan						C₂H₆	30,07	1,80
Propan	93,2	46,4	101,2	50,3	1,3551	C₃H₈	44,10	1,63
n-Butan					2,709	C₄H₁₀	58,12	1,55
Pentan					1,83 bei 20°C	C₅H₁₂	61,02	1,77
Kohlenmonoxid					1,2506	CO	28,01	- - -
Heizöl EL laut DIN 51603-1	- - -	45,4			max. 860 bei 15°C

^*)1 Das Volumen von einem Mol Gas (Molvolumen) bei Normalbedingungen, d.h. 0°C und 1013 mbar beträgt für alle Gase 22,4 Liter.

Fehlerquelle: Wasserdampfbindung durch die Erwärmung der Zuluft

Die einem Brenner zugeführte Zuluft wird im Brennraum aufgewärmt. Dadurch kann sie mehr Wasserdampf aufnehmen, der wiederum nicht kondensieren kann. Kalte Luft (beispielsweise von -10°C) ist trockener als Luft von + 10°C und wird daher mehr Wasserdampf aufnehmen. Ein Luftüberschuß (also mehr Luft, als zur Verbrennung benötigt wird, bindet somit Wasserdampf (und auch Wärme).

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eigentlich sollte der Wasserdampfgehalt der Zuluft mit einem Hygrometer bestimmt werden. Unter der Annahme, dass die Zuluft wasserdampfgesättigt ist, kann man auch das oben angeführte Diagramm hernehmen, den zur Lufttemperatur gehörigen Wasserdampfgehalt ablesen und den Wasserdampfgehalt der Abgastemperatur. Derer beiden Differenz ist nun die Wasserdampfmenge, die die zuluftz aufnehmen kann und daher nicht für eine Kondensation zur Verfügung steht.

Das Verbrennungsluftverhältnis (Formelzeichen $\lambda$ = Lambda) wird errechnet, indem man die Masse der zur Verfügung stehenden Luft durch die Masse der notwendigen Luft dividiert. Das Ergebnis lässt dann Rückschlüsse auf Kondensat- und Wärmeverluste zu:

>math>\lambda</math> = 1 nennt man "stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis", alle Brennstoff-Moleküle reagieren vollständig mit den Luftsauerstoffmolekülen, die Sauerstoffmenge ist weder zuwenig noch zuviel
Gebläsebrenner: $\lambda$ = 1,2 (bei Vollast)
Atmosphärische Brenner etwa $\lambda$ = 1,4 (Vollast)
$\lambda$ = 2 bis 4 (Teillast), führt zu einer Erhöhung des Abgasverlustes und gleichzeitig zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades.

Die Dichte spiegelt das Kohlenstoff-Wasserstoff-verhältnis wider.

HS (MJ/kg) = 59 – (15,78 * d15 [kg/m3] / 1.000) – (0,337 *w(S))

d15 = Dichte des Heizöls bei 15 °C in kg/m3 w(S) = Schwefelgehalt in Masseprozent (% m/m).

Solaranlagen

Eine Solaranlage zur Brauchwasserererwärmung macht dann wirtschaftlich Sinn, wenn viel Brauchwasser erwärmt werden muß (weil viele Verbraucher im Haushalt oder Haus wohnen), dadurch müssen im sonnenreichen Sommer und eventuell in der Übergangszeit keine Brennstoffe verfeuert werden, im Winter muß das Brauchwasser eventuell anders erwärmt werden, sie macht wenig Sinn zur Brauchwassererwärmung beispielsweise für 2 Personen^[1].

Eine Solaranlage zur Heizungsunterstützung macht keinen Sinn bei Brennwertkesseln, denn die Vorwärmung von kaltem Wasser reduziert die Brennwertnutzbarkeit. In so einem Fall kann nur eine Zuluftvorwärmung mit einem Lift-Abgas-System die im Wasserdampf gespeicherte Energie nutzen (und streng genommen bräuchte man dann keinen Brennwertkessel, wenn die Kondensation erst im Abgasrohr stattfindet, dafür bräuchte man dann einen Abgasventilator, um den Kaminzug trotz kalten Abgases zu gewährleisten).

Eine Solaranlage zur Heizungsunterstützung bei Niedertemperaturkesseln macht dann Sinn, wenn die Temperatur von kaltem Frischwasser angehoben werden soll oder der Rücklauf (von Niedertemperatur-Heizschlangen) kommt.

Man benötigt in jedem Fall einen Plattenwärmetauscher, um die Wärme von der Solelösung, die durch den Solarabsorber zirkuliert, auf Heizungswasser zu übertragen und dieses temperaturgerecht in einen Schichtenspeicher einzulagern.

Kaminofen-Holzheizungen

Die Mehrzahl der Kaminöfen verfügt über einen „oberen Abbrand“, das heißt die Ofenhitze erwärmt den Brennstoff und leichtflüchtige Inhaltsstoffe gasen aus. Ist die Nachverbrennung mangelhaft, dass verlassen sie (zusammen mit Flugasche) unverbrannt bzw. ungenutzt den Ofen durch den Kamin. Eine zusätzliche unvollständige Verbrennung führt zu Kohlenstoffmonoxid-Emissionen, womit weiter ein eigentlich brennbarer Stoff beim Kamin hinausgeblasen wird.

Eine Verbesserung des Systems ist, wenn Nachverbrennungsluft von unten entlang des Brennraums geführt wird (ev. auch als „Scheibenspülung“) und die solcherart vorerhitzte Frischluft mit den unverbrannten Abgasen reagieren kann.

Die beste Lösung stellen sogenannte „Sturzbrandöfen“ dar, bei denen die Abgase und leichtflüchtigen Verbindungen durch die Glutzone gezogen werden und in einem darunter liegenden Brennraum nachverbrannt werden. Sis sind die Kaminofenvariante der Holzvergasungs-Heizkessel, bei denen Holzvergasung und Holzgasverbrennung zeitlich und räumlich getrennt stattfinden. Diese den Feinstaub in den abgasen reduzierende Verbrennungstechnologie hat sich noch nicht durchgesetzt, die ersten Entwicklungen sind/waren der „Walltherm“-Sturzbrandofen der Firma Wallnöfer, die „Twinfire“-Technologie der Firma xeeos und die Öfen von Juratherm. Aber auch der „Pelletkessel mit Sturzbrand-Technik“ ist bereits efunden.

Tabelle

Einsparungen durch Verringerung von Taktzeiten
Maßnahme	Einsparungen	Geschätzter Kostenaufwand
Zwischenüberschrift
Ersparnis aufgrund von Modulation	-15%	Auftreten

↑ Siehe dazu auch Ökotest Solaranlagen

[1] Siehe dazu auch Ökotest Solaranlagen

[1]