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Brennwerttechnik

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Quelle: www.junkers.com

Beispiel: Brennwertgerät der Firma Junkers

Grundlagen

Die Brennwerttechnik ist eine Technologie, die den Energiegehalt eines Brennstoffes nahezu vollständig nutzt. Neben der Wärmeenergie, die bei der Verbrennung des Brennstoffes entsteht ( fühlbare Wärme ), wird zusätzlich die im Wasserdampf des Abgases enthaltene, latente Wärme ( Kondensationswärme ) genutzt und an das Heizsystem zurückgeführt.

Technik / Funktion

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Quelle: www.junkers.com

Beispiel Erdgas

Bei einem Gas-Brennwertgerät wird genau wie bei anderen Heizkesseln das Heizwasser über die bei der Verbrennung des Gases entstehende Wärme erhitzt. Während jedoch bei älteren, atmosphärischen Kesseln die dabei entstehenden, heißen Abgase durch den Schornstein ausgeleitet werden, nutzt die Brennwerttechnik diese Abgase und die darin gespeicherte Energie.

Die Abgase bestehen zu einem Großteil aus heißem Wasserdampf. Die in diesem Wasserdampf enthaltende Wärme wird bei der Brennwerttechnik zusätzlich zur Erwärmung des Heizwassers genutzt. Dazu müssen die Abgase bzw. der Wasserdampf kondensieren. Dies wird erreicht in dem man die Abgase unter die sogenannte Taupunkttemperatur abkühlt. Diese liegt bei Erdgas bei circa 56° C und bei Heizöl bei circa 46° C Abgastemperatur. Dazu werden die heißen Abgase durch einen Wärmetauscher geleitet. An diesem Wärmetauscher angeschlossen, ist der Rücklauf des Heizsystems. Das Heizungswasser fließt im Gegenstrom zu den Abgasen durch den Wärmetauscher. Der Rücklauf muss soweit runtergekühlt sein, dass die Temperatur unter der Taupunkttemperatur der Abgase liegt. Diese kondensieren dann an der Wärmetauscheroberfläche. Wechseln also ihren Aggregatzustand von gasförmig zu flüssig. Die dabei in Form von Wärme freigesetzte Energie (latente Wärme), wird vom Rücklaufwasser aufgenommen und an das Heizsystem zurückgeführt.

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Quelle: www.junkers.com

Die Kondensation der Abgase wird also hauptsächlich beeinflusst durch:

  • eine niedrige Rücklauftemperatur
  • die Konstruktion des Wärmetauschers
  • Luftüberschuss bei der Verbrennung

Die Rücklauftemperatur

Grundbedingung für die Brennwertnutzung ist, dass die Rücklauftemperatur unter dem Wasserdampftaupunkt von 56° bei Erdgas und 46° bei Heizöl liegt. Grundsätzlich gilt:

Je niedriger die Rücklauftemperatur des Heizungswasser ist, desto mehr Abgaswärme wird genutzt und desto höher ist der Nutzungsgrad.

Um eine möglichst niedrige Rücklauftemperatur und damit einen hohen Nutzen des Brennwerts zu erreichen, empfiehlt es sich auf große Heizflächen (große Heizkörper, beispielsweise Plattenheizkörper]], Fußbodenheizungen etc. ), eine möglichst flache Heizkurve und ein hydraulisch abgeglichenes System zurückzugreifen.

Der Wärmetauscher

Das Herzstück eines Brennwertgerätes ist der Wärmetauscher. Da diese mit saurem Kondenswasser in Berührung kommen, spielt die Wahl eines geeigneten Werkstoffes eine besondere Rolle. Abhängig vom Hersteller bestehen die hochbelasteten Wärmetauscher heute aus Aluminium-Silizium-Guss oder Edelstahl. Der Wärmetauscher überträgt die Wärmeenergie der Verbrennungsgase auf das Heizungswasser.

Der Heizungsrücklauf wird am unteren Ende des Wärmetauschers angeschlossen. Das Heizungswasser fließt im Gegenstrom zu den Abgasen durch den Wärmetauscher. Das Kondensat kann so ungehindert nach unten abfließen.

Wichtig:

Der Wärmetauscher sollte bei den Wartungen der Brennwertgeräte regelmäßig gereinigt und von Ablagerungen befreit werden. Rückstände auf dem Wärmetauscher können die Wärmeübertragung mindern.

Luftüberschuss bei der Verbrennung

Neben der Rücklauftemperatur hat die Luftzahl ( Luftüberschuss bei der Verbrennung ) einen großen Einfluss auf die Brennwertnutzung. Da es sich bei dem Abgas nicht um reinen Wasserdampf handelt, dessen Taupunkt bekanntlich 100°C beträgt, sondern um ein Gas-Luft-Gemisch, beträgt der Wasserdampf-Taupunkt im Abgas bei Erdgas H bei der Luftzahl 1 nur 58°C. Je höher die Luftzahl über den Wert 1 steigt, desto geringer wird der Taupunkt und entsprechend weniger Wasserdampf kann bei einer bestimmten Abgastemperatur kondensieren. Je geringer der Luftüberschuss ist, desto höher liegt also die Taupunkttemperatur und damit das Brennwertnutzen.

Das Kondensat

Das bei der Brennwertnutzung entstehende, säurehaltige Kondensat muss aufgefangen und vorschriftsmäßig abgeleitet abgeleitet werden. Dafür sollte sich in direkter Nähe zum Gerät ein Abwasseranschluss befinden. Gegebenfalls muss man auch auf eine Kondensatpumpe zurückgreifen, um das Abwasser in eine entsprechende Leitung zu pumpen. Außerdem sind alle Bauteile der Brennwertgeräte, die vom Kondenswasser berührt werden, korrosionsbeständig auszuführen.

Beispiel: Kondensatpumpe

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Quelle: www.junkers.com

Für die Einleitung des Kondensates in die Abwassersysteme sind die örtlichen Vorschriften maßgeblich. Diese orientieren sich meist an dem ATV-Arbeitsblatt A 251 (ATV = Abwassertechnische Vereinigung).

Dieses besagt im wesentlichen:

Neutralisation bedeutet, dass das Kondensat vor der Einleitung in das Abwassersystem durch Apparaturen zu führen ist, in denen z.B. mittels Magnesiumhydrat die schweflige Säure zu Magnesiumsulfat und Wasser umgewandelt wird. Die anderen Säuren bilden dann Karbonate oder Nitrate und Wasser.

Beispiel: Zwei Neutralisationsbehälter, der Firma Junkers:

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Quelle: www.junkers.com

Abgasführung bei Brennwertgeräten

Für nähere Informationen: Abgasleitung bei Brennwerttechnik

Energetische Betrachtung

Grundlagen

Spricht man von energetischer Betrachtung oder Nutzungsgrade bei der Brennwerttechnik bedarf es der Definition einiger Begriffe.

Wichtige Begriffe sind:

  • Wärmewert
  • Heizwert
  • Brennwert

Wärmewert

Der Wärmewert ist die Sammelbezeichnung für den Brennwert und den Heizwert. Er gibt Aufschluss über die bei der vollständigen Verbrennung eines Brennstoffes freiwerdende Wärmemenge. Die Wärmewerte werden bei gasförmigen Brennstoffen in kWh/m³ und bei Heizölen in kWh/l angegeben.

Heizwert

Der Heizwert ist die auf die Brennstoffmenge bezogene Energie, die bei der vollständigen Verbrennung eines Stoffes frei wird, wenn der bei der Verbrennung entstandene Wasserdampf gasförmig bleibt. Bei älteren Wärmeerzeugern ( z.B. sogenannte Heizwertgeräte ) sind die Wärmetauscher so konstruiert, dass sich nur der Heizwert nutzen lässt. Eine Kondensation der Abgase ist ausdrücklich nicht gewünscht und die heißen Abgase werden durch die Abgasanlage ausgeleitet.

Brennwert

Der Brennwert ist die auf die Brennstoffmenge bezogene Energie, die bei der vollständigen Verbrennung eines Stoffes frei wird, wenn der bei der Verbrennung entstandene Wasserdampf kondensiert und seine Kondensationswärme ( latente Wärme ) abgibt.

Brennwert = Heizwert + Kondensationswärme