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Abgasmessung - Schadstoffe - Grenzwerte

Grundlagen

Beim chemischen Prozess der Verbrennung werden neben Wärmeenergie auch viele Verbrennungsprodukte freigesetzt. In der Heizungstechnik bezeichnet man diese Produkte, die über das Abgassystem in die Umgebungsluft gelangen, als Emissionen. Umweltneutral ist nur die Emission des Wasserdampfes. Alle anderen Produkte gelten als Schadstoffe und haben direkte oder indirekte schädliche Auswirkungen auf die Umwelt. Verschiedene Gesetze und Verordnungen, wie das Bundesimmissionsschutzgesetz oder die DIN 4702 regeln daher die Grenzwerte und den Umgang mit den Schadstoffemissionen.

Schadstoffe

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Kohlenstoffdioxid (CO²)

Gilt als ein signifikantes Element des menschlichen Einflusses auf das Klima („Treibhauseffekt“) und sollte angesichts aktueller Entwicklungen besonders Beachtung finden, wenn man umweltfreundlich Heizen möchte.

Ursachen:

  • Je größer der Kohlenstoffanteil im Brennstoff ist, desto höher ist die CO²-Emission
  • Entsteht bei unvollständigen Verbrennungsprozessen

Kohlenstoffmonoxid (CO)

Kohlenmonoxid ist toxisch für Mensch und Tier, da es den Sauerstoff aus dem Blutkreislauf verdrängt und somit zum „Ersticken“ führt. Besonders gefährlich ist es auch deshalb, weil es ein unsichtbares, geschmackloses und geruchsneutrales Gas ist. Seine Gefährlichkeit als Schadstoff entwickelt es in der engeren Umgebung seines Enstehungsortes (Aufstellraum des Gasgerätes) aber nicht in der weiteren Atmosphäre oder Umgebung. Angegeben wird es in der Einheit ppm. Es bedeutet „parts per million“, was wiederum bedeutet: ein Volumenanteil Schadstoff pro eine Million Volumenanteile Abgas.

Ursachen:

  • Unzureichende Abfuhr der Abgase (Störungen an der Abgasanlage)
  • Unzureichende Verbrennungsluftzufuhr (Luftmangel bei der Einstellung, schlechte Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft, keine ausreichenden Lüftungsöffnungen nach außen)

Stickoxide (NO x)

Sind eine Sammelbezeichnung für verschiedene Sauerstoffoxide. Generell schädigen Sie die Atemwege, begünstigen Smog- und Ozonbildung und werden zu den klimawirksamen Stoffen gezählt.

Ursachen:

  • Haupteinflussgröße ist die Verbrennungslufttemperatur. Oberhalb von 1200° C bildet sich in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration und der Verweilzeit der Verbrennungsluft im heißen Flammenbereich verstärkt NOx.

Ruß

Ruß besteht aus meist geflocktem, fast reinem Kohlenstoff.

Ursachen:

  • unvollständige Verbrennung von festen und flüssigen Brennstoffen

Bundesimmissionsschutzgesetz

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Grundsätzliche Anforderungen zum Schutz vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Luftverunreinigungen, Geräusche, Erschütterungen und ähnlichen Vorgängen sind im Bundes-Immissionsschutzgesetz geregelt. Es setzt sich aus einzelnen Durchführungsverordnungen (BImSchV) zusammen, in denen konkrete Anforderungen an bestimmte Typen von Anlagen definiert sind.

Der für die Heizungstechnik relevante Teil ist die „Erste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes“, kurz - 1. BImSchV. Sie gilt im Allgemeinen für die Errichtung, die Beschaffenheit und den Betrieb von Kleinfeuerungsanlagen für:

  • feste Brennstoffe < 1 MW Feuerungsleistung
  • flüssige Brennstoffe < 20 MW Feuerungsleistung
  • gasförmige Brennstoffe < 20 MW Feuerungsleistung

In der BImSchV werden Grundbegriffe, wie beispielsweise Abgasverlust, Nutzungsgrad, Ölderivate etc., die einsetzbaren Brennstoffe, das Betreiben von Feuerungsanlagen, das Ableiten der Abgase, Abgasmessungen und Grenzwerte der Abgase definiert.

Abgasmessungen

Beispiel: Abgasmessung

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Quelle: www.intilligent-heizen.info

Abgasmessungen haben zum Ziel, sicherzustellen, dass durch eine gute Verbrennungseinstellung die in Verordnungen festgelegten Emissionsgrenzwerte nicht überschritten werden und geben eine Aussage über die Effizienz der Feuerstätte. Grundsätzlich unterliegen die unterschiedlichen Messaufgaben dem Bezirksschornsteinfeger. Was jedoch nicht heißt, dass der Heizungsbauer nichts zu messen hat. Die Abgasmessungen sind Teil der Wartung, denn nur so lässt sich feststellen ob ein Gerät den gesetzlichen Anforderungen und der Betriebssicherheit genügt. Es werden zwei Abgasmessungen unterschieden:

Messungen

Erstmessung

Ist vorgeschrieben für neue oder wesentlich geänderte Feuerstätten mit mehr als 4 kW Nennwärmeleistung. Sie hat innerhalb von vier Wochen nach Inbetriebnahme zu erfolgen.

Ausgenommen davon sind:

  • Raumheizer oder Trinkwassererwärmer bis 11 kW Nennwärmeleistung
  • Feuerungsanlagen für Biogas, Klärgas, Wasserstoff u.a.

Wiederkehrende Messung

Ist vorgeschrieben bei einer Feuerungsanlage mit mechanischer Beschickung und Festbrennstoffen ab 15 kW sowie Öl- und Gasfeuerstätten ab 11 kW. Einmal im Kalenderjahr sind vom Bezirksschornsteinfeger Abgasverluste bzw. bei festen Brennstoffen die Emissionskonzentrationen und CO Werte festzustellen.

Ausgenommen davon sind wieder Brennwertgeräte und Feuerungsanlagen für Biogas, Klärgas, Wasserstoff u.Ä.

Messgerät

Beispiel: Messgerät

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Quelle: www.testo.com

Elektronische Abgasmessgeräte saugen Abgase über eine Sonde (Rauchgassonde) selbsttätig an und erstellen die Analyse über den O² Gehalt, CO² Gehalt und CO Gehalt. Gleichzeitig werden die Abgastemperaturen elektrisch gemessen, die Abgasverluste berechnet und digital angezeigt.

Beispiel: Rauchgassonde

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Quelle: www.testo.com

Durchführung

Die Messungen sind im ungestörten Dauerbetriebszustand - frühestens nach 2 min - der Feuerungsanlage bei Nennwärmeleistung, ggf. auch bei der höchsten einstellbaren Wärmeleistung, durchzuführen. Dabei ist die sogenannte Schornsteinfegertaste zu benutzen. Die Messung muss im Kern des Abgasstromes erfolgen. Das ist der Bereich der höchsten Abgastemperatur im Strömungsquerschnitt, in dem die Messsonde fixiert wird. Die Messöffnung befindet sich im Abgasrohr zwischen Wärmeerzeuger und Abgasanlage. Der Abstand bis zum Gerät beträgt 2 x Durchmesser Abgasrohr. Beim Einsatz einer Strömungssicherung erfolgt die Messung 2 x Durchmesser nach der Strömungssicherung. Vor dem Messen sind die Messgeräte nach den Anweisungen der Hersteller auf Funktionsfähigkeit zu prüfen und einzustellen (kalibrieren).

Beispiel: Messung bei einem raumluftunabhängigem Gerät (z.B. Brennwertgerät)

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Hier im Beispiel zu sehen, ist eine Abgasmessung bei einem Brennwertgerät (raumluftunabhängig). Eine Sonde misst im Kernstrom die Abgastemperatur, die zweite Sonde misst im äußeren Ringspalt die Verbrennungslufttemperatur.

Messwerte & Grenzwerte

Abgasverluste

Eine Abgasverlustmessung ist bei Öl- und Gas-Heizkesseln nach der BImSchV vorgeschrieben. Es handelt sich hierbei um die messtechnische Erfassung wie viel Verbrennungswärme mit den Abgasen ungenutzt den Kessel verlassen.

Bei Öl- und Gasfeuerungen dürfen die ermittelten Abgasverluste folgende Prozentsätze nicht überschreiten:

Nennwärmeleistung in kWGrenzwerte in Prozent
> 4 kW < 25 kW11 %
> 25 kW < 50 kW10 %
> 50 kW9 %

Ausgenommen davon sind:

  • Brennwertgeräte
  • Trinkwassererwärmer bis 28 kW
  • Heizungsanlagen von 4 bis 11 kW Nennwärmeleistung

Berechnung des Abgasverlustes aus den Messwerten

Der Abgasverlust wird rechnerisch (mit der Siegertschen Formel) ermittelt. Aus der Differenz zwischen der Abgas- und der Verbrennungslufttemperatur ( meist gleich der Raumtemperatur ), dem Sauerstoffgehalt ( oder alternativ dem CO2-Gehalt ) und den brennstoffabhängigen Größen ( A1, A2, B ) kann man den Abgasverlustnach folgenden Formeln errechnen:

Berechnungsbeiwerte A1, A2 und B

HeizölErdgasStadtgasKokereigasFlüssiggas
A10,500,370,350,290,42
A20,680,660,630,600,63
B0,0070,0090,0110,0110,008

Beispielrechnungen finden Sie hier: Abgasverlustberechnung

Aus den Beziehungen wird ersichtlich, dass der Abgasverlust zunimmt, wenn:

  • der O2-Gehalt im Abgas steigt bzw. der CO2-Gehalt sinkt und/oder
  • die Abgastemperatur steigt.

In der Praxis wird diese Rechnung im Messgerät des Schornsteinfegers automatisch durchgeführt. Die Analyse des Abgases erfolgt durch einen elektrochemischen Sensor automatisch und sekundenschnell. Da der CO² Gehalt und die Luftzahl in einem rechnerischen Zusammenhang mit dem O² Gehalt stehen, kann das Messgerät diese Werte berechnen und sofort im Display anzeigen.

Kohlenmonoxid

Eine Sicherheitsüberprüfung auf CO-Bildung bei raumluftabhängigen Gasgeräten ist einmal jährlich durchzuführen. Der CO Gehalt darf maximal 1000 ppm = 0,1 % im unverdünnten Abgas, also vor der Strömungssicherung, nicht überschreiten. Ergibt die Messung den Wert 500 ppm, ist dem Anlagenbetreiber eine Wartung dringend zu empfehlen. Gemessen wird der CO Gehalt mit einer Mehrlochsonde. Da bei Gasfeuerungen die Messöffnung nach der Strömungssicherung liegt, wird der CO Gehalt aus dem verdünnten Abgas im Rechner des Messgerätes auf „CO Unverdünnt“ umgerechnet und angezeigt.

Beispiel: Mehrlochsonde

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Beispiel: CO-Messung beim raumluftabhängigen Geräten nach der Strömungssicherung

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Quelle: www.testo.com

Stickoxide

Die Prüfung auf Einhaltung der Werte hat der Hersteller nachzuweisen. Er muss eine Bescheinung darüber mitliefern. Für die Überwachung der Einhaltung des Grenzwertes steht eine Sonde mit einem Sensor für NO-Messungen bei den Messgeräten zur Verfügung. Grenzwerte sind im unverdünnten Abgas:

  • Heizöl 69 ppm
  • Erdgas 45 ppm

Russzahl und Ölderivate

Russzahl

In Ölfeuerungsanlagen werden zusätzlich die Russzahl und die Ölderivatfreiheit bestimmt. Die Russzahl wird mit einer Russpumpe mit Hilfe von drei Einzelmessungen visuell bestimmt. Dabei werden zehn volle Hübe Abgas durch ein Filterpapier gezogen. Aus den drei Messungen ist das arithmetische Mittel zu bilden. Das Filterpapier wird anschliessend mit einer Vergleichsskala ( Grauwerttabelle ) verglichen.

Bei Öl- und Feststoff-Feuerungsanlagen darf die Russzahl 1 nicht überschritten werden.

Beispiel: Rußpumpe

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Quelle: www.testo.com

Beispiel: Vergleichsskala

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Ölderivate

Die bei der Russprobe verwendeten Filterpapiere werden visuell auf Gelbfärbung geprüft. Bei einem geschwärzten Filter wird neben dem Russfleck Aceton aufgebracht, das Ölderivate an den Filterrand zieht und durch Färbung anzeigt. Keine der drei Filterproben darf Ölderivate enthalten.

Messergebnisse

Messergebnisse aus Abgasmessungen müssen protokolliert werden. Drei beispielhafte Messergebnisse finden Sie hier: Messergebnisse

Abgaswegeuntersuchung

Diese Umfassen eine Abgaswegeuntersuchung, in der die Rauchgas- bzw. Abgasschornsteine, Abgasleitungen und andere Abgaseinrichtungen von Feuerstätten ohne konzentrische Verbrennungsluftzuführung regelmäßig auf ihre Gebrauchstauglichkeit hin zu überprüfen sind.

Bei raumluftabhängigen Gasgeräten umfasst dies eine sogenannte Tauspiegelkontrolle, bei der nachgewiesen wird, dass bei geschlossenen Türen und Fenstern des Aufstellraumes kein Abgas aus der Strömungssicherung austritt.

Weitere Hinweise

Weiter Informationen zum Thema finden Sie hier: