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Allgemeines Links Wärmepumpe Brennwerttechnik



Niedertemperaturkessel



Regelungen

 

Allgemeines                                                                       Top

Die konventionelle Heiztechnik ist in Bezug auf die Energieausnutzung sehr weit fortgeschritten. Regelungen und Brennwerttechnik können einen Nutzungsgrad bezogen auf den Heizwert von über 100% erreichen. Das ist Optimal. Lüftungen mit Wärmerückgewinnung werden in dem meisten Niedrigenergie- und Passivhäusern eingesetzt. Aber auch der konventionelle Heizkessel mit über 93% Nutzungsgrad bezogen auf den Heizwert sind schon sehr gut. Weitere Verbesserungen sind allerdings nicht mehr zu erwarten. Es gibt auch Lüftungsanlagen, die mit einer Wärmepumpe die abgegebene Wärme zurückgewinnen.
Um noch Umweltschonender Energie zu erzeugen, sind allerdings die regenerativen Energien heranzuziehen.
 

Wärmepumpe                                                                         Top

Wärmepumpen sind Kältemaschinen mit entgegengesetztem Wärmeprozeß. Sie sind ähnlich aufgebaut wie ein Kühlschrank. Eine Wärmepumpe besteht aus Verdampfer, Verdichter, Druckdosselventil und Kondensator. Der Verdichter verdichtet das Kältemittel, daß im Verdampfer bei niedriger Temperatur verdampft ist.

Der Verdampfer kann aus einem Grundwasserwärmetauscher, einem Erdreichwärmetauscher oder Luftwärmetauscher bestehen. Im Kondensator wird das verdampfte Kältemittel wieder flüssig. Hier wird die Wärme bei hoher Temperatur an den Heizkreislauf abgegeben. Danach wird das Kältemittel im Druckdrosselventil wieder gasförmig und durchläuft den Kreisprozeß erneut. Die Arbeitzahl gibt an, wievielmal mehr Gesamtenergie vom System erzeugt wird, als Arbeitsenergie hineingesteckt wurde. Die Arbeitszahlen heutiger Systeme liegen bei 3,5 bis 4,5. Besonders bei Niedertemperaturheizungen unter 40°C Vorlauftemperatur liegen die Arbeitszahlen bei um 4,5. Bei einer Elektrischen Wärmepumpe werden so aus einer Kilowattstunde Strom 4,5 Kilowattstunden Wärme. So wird einiges an Primärenergie eingespart, auch wenn der Strom nur mit 38% Wirkungsgrad erzeugt wird. Heutige Wärmepumpen arbeiten mit FCKW-freien Kältemitteln, und sind deshalb umweltfreundlicher als die alten, derren Arbeitszahlen auch noch niedriger waren.

Wärmepumpen benötigen entweder einen Grundwasserwärmetauscher, einen Erdwärmetauscher oder einen Luftwärmetauscher welcher seltener verwendet wird. Da die Erde auch im Winter ab ca 1m Bodentiefe ca 6°C warm bleibt, wird im Erdreich um das Haus eine Erdsonde gebohrt. Diese nimmt die Erdwärme über einen Wärmetauscher auf und läßt das Kühlmittel verdampfen.

Wärmepumpen werden entweder monovalent, das heißt als einziger Wärmeerzeuger im System betrieben oder bivalent, als Zusatzheizung. Vorzuziehen ist ein monovalenter Betrieb. Wärmepumpen können auch zusätzlich Warmwasser erzeugen. Für eine Wassertemperatur von 50°C reichen sie aus.

Wärmepumpen in Niedrigenergiehäusern sparen den Gasanschluß. Es gibt sie auch mit Leistungen um 10 kW. Für die Warmwasserbereitung sind allerdings 17-18kW notwendig oder ein etwas größerer Speicher. Die meisten Stromversorger bieten spezielle Tarife für Wärmepumpen an. Auch für die Errichtung von Wärmepumpen gibt es Zuschüsse dort.
Auch für energetisch sanierte Altbauten lassen sich Wärmepumpen verwenden. Die Heizkörper sollten dann aber auf Vorlauftemperaturen 55/45°C ausgelegt werden.

Leistungsgemeinschaft Wärmepumpe Österreich

Geothermie.de

Informationszentrum Wärmepumpen

Initiativkreis Wärmepumpe

Erdwärmenutzungssystem für Heizwärme pilogeo.de

Brennwerttechnik                                    Top

Seit einigen Jahren werden Brennwertkessel auch in Deutschland angeboten. Vorher wurden sie schon vor allem in den Niederlanden, Frankreich und Belgien verkauft. Der Brennwert eines Brennstoffes ist schon lange bekannt, und wird in Datensammlungen als Ho angegeben. Der Brennwert liegt bei Erdgas 11%, bei Flüssiggas 13% und bei Erdöl EL 6% über dem Heizwert Hu. Der höhere Brennwert resultiert aus dem Entstehen von Wasserdampf bei der Verbrennung, der bei Abkühlung in einem Kaloriemeter auf 25 grad C zu Wasser kondensiert und so die Verdampfungswärme des kondensierten Wassers freigiebt. Deshalb sind auch höhere Wirkungsgrade als 100% möglich, weil sich in Deutschland alle Angaben auf den Heizwert beziehen.

Als die Brennstoffkosten noch niedrig waren scheute man die Kosten für den größeren Wärmetauscher im Kessel und die Verwendung säurebeständiger Werkstoffe in Kessel und Kamin. Doch bei den heutigen Brennstoffkosten lohnt sich dieser Aufwand. Brennwertkessel können aus einem normalen Kessel und einem externen Kondensator, einem normalem Kessel mit nachgeshaltetem internem Kondensator, oder einem Kessel mit einem einzigen ausreichend großen Wärmetauscher bestehen. Als Werkstoffe für einen Kondensator kommen Alu-Gußlegierungen, säurebeständige Edelstähle, oberflächenbehandelte Werkstoffe sowie keramische Werkstoffe und Kunsstoff infrage. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Standkesseln und Wandkesseln (Thermen). Als Brenner werden Atmosphärische-, Gebläse- oder Gebläsevormischbrenner verwendet. Da der Taupunkt der Verbrennungsgase nicht nur vom Brennstoff sondern auch vom Anteil an unverbrannter Luft abhängt und bei Luftverhältniszahlen Lambda = 1 am Höchsten ist, werden atmosphärische Brenner in neuen Brennwertkesseln nicht mehr eingesetzt, da bei Lambda = 1,8 der Taupunkt für hohe Nutzungsgrade zu niedrig ist. Bei Gebläse- und Gebläsevormischbrennern liegt Lambda bei 1,2 oder darunter und garantiert so eine bessere Kondensation der Verbrennungsgase. Niedrige Anfahremissionen lassen sich durch zweistufige und modulierende Brenner erreichen, die nicht so oft takten müssen.

Bei Brennwertkesseln muß eine zugelassene Kondensatbeständige Abgasführung eingebaut werden. Hier gibt es drei Arten - Typ A: Abgastemperatur unter 80 grad C aus Kunststoff, Typ B: Abgastemperatur unter 120 grad C aus Aluminiumrohr und Typ C: Abgastemperatur unter 160 grad C aus Edelstahl, lasiertem Schamott oder Glas. Als Abgassystem kann bei Brennwertkesseln auch ein sogenanntes Luft-Abgas-System (LAS) eingesetzt werden, wobei die Verbrennungsluft durch ein Doppelrohr außerhalb des Abgasrohres von außerhalb des Heizraumes angesaugt wird. In Verbindung mit einer geschlossenen Brennkammer kann so bis 50 kW eine Belüftung des Heizraumes entfallen. Werden die Abgasrohre im Kamin geführt so braucht dieser nur einschalig sein. Für Dachaufstellungen gibt es kurze Rohre mit Dachdurchführung. Außerdem kann die Abgasleitung auch an der Außenwand geführt werden.

Brennwertkessel sollten nicht über Vorlauf/Rücklauftemperaturen von 50/70 grad C betrieben werden. Aber auch bei höheren Temperaturen haben sie einen höheren Nutzungsgrad. Noch besser ist allerdings die Kesseltemperatur noch weiter abzusenken und größere Heizkörper zu verwenden, da hier Nutzungsgrade bis zu 109% erreicht werden.

Während es im Gasbereich schon einen Blauen Engel für niedrige Schadstoffemissionen gibt, gibt es diesen für Öl wohl wegen der wenigen Hersteller noch nicht. Bei Gas darf ein Brennwertkessel nur 65 mg/kWh NOx und 50 mg/kWh CO emittieren. Damit liegen die Emissionswerte für den Blauen Engel RAL-UZ 61 noch unter denen für Gasgebläsebrenner. Neuere Kessel schaffen aber auch schon unter 15mg/kWh NOx und 8 mg/kWh CO.

Bei einem Gasbrennwertkessel ensteht je cbm Gas eine Kondensatmenge von 0,5 - 1,2 Litern, je Liter Heizöl eine Kondensatmenge von 0,3 - 0,8 Litern.Bei Gas bis 25 kW Kesselleistung darf das Kondensat so in das Abwasser gegeben werden wenn eine Abwasserleitung nach DIN 1986 vorhanden ist, über 25 kW muß es mittels einer Neutralisationsanlage neutralisiert werden. In NRW wurde diese Grenze auf 100 kW angehoben. Bei Öl muß das Konensat immer neutralisiert werden. Generell müssen die Richtwerte für die Konzentration von Abwasserinhaltsstoffen gemäß ATV-Merkblatt M 251 eingehalten werden. Bei älteren Kesseln gab es Probleme mit den Schwermetallen im Abwasser.

Brennwertkesselthermen haben wegen Ihres geringen Wasserinhaltes oft hohe wasserseitige Druckverluste was den Einsatz einer größeren Pumpe bedingt. Es muß auch ein Mindestdurchfluß eingehalten werden. Hierbei ist der Einbau einer Wasserweiche empfehlenswert. Wegen des geringen Wasserinhaltes der Therme muß diese auch öfter takten, was durch eine bessere (selbstoptimierende) Steuerung oder einen Pufferspeicher behoben werden kann.

Als Vergleichsmaßstab zwischen verschiedenen Kesseln sollte immer der Normnutzungsgrad und der Normemissionsfaktor nach DIN 4702 Teil 8 bei einer bestimmten  Vorlauf/Rücklauf - Temperatureinstellung verwendet werden. Der Normnutzungsgrad und der Normemissionsfaktor werden mathematisch aus den einzelnen Wirkungsgraden und Emissionen bei 13, 30, 39, 48 und 63% Belastung bei der jeweiligen Temperaturpaarung bestimmt.

Wirtschaftlich rechnen sich Gasbrennwertkessel, da sie auch gegenüber neuen  Niedertemperaturkesseln einen 10-15% höheren Nutzungsgrad haben. So rechnen sich Brennwertanlagen trotz der höheren Anschaffungskosten nach 7-8 Jahren. Nur bei Öl ist die Wirtschaflichkeit noch nicht erreicht. Energetisch rechnen sie sich allemal, weil der Energiebedarf zur Herstellung einer Brennwertanlage nicht unbedingt höher sein muß, als der für eine Niedertemperaturheizung.

Wegen der Verwendung einer stärkeren Pumpe und eines Gebläsebrenners liegt der Stromverbrauch eines Brennwertkessels um bis zu 20% höher als der eines Niedertemperaturkessels mit atmosphärischem Brenner. Zudem müssen zu den Emissionen des Brenners noch die Stromemissionen hinzugezogen werden. Diese betragen für niedrige Emissionen bei NOx ca 50% und CO bis zu 100% der Brenneremissionen. Hier will die Bundesregierung eine Drehzahlregelung für die Pumpen vorschreiben, um den Hilfsenergiebedarf zu senken.

Einige Stadtwerke, Gasversorger und Kommunen bezuschussen die Errichtung einer Brennwertanlage.

Schauen Sie bei der Stiftung Warentest für Testberichte über Brennwertkessel (test 3/98)

Niedertemperaturkessel                Top

Bei der Niedertemperaturtechnik handelt es sich um Heizkessel deren Vorlauf - und Rücklauftemperaturen gleitend über die Außentemperatur geregelt werden.Hierbei kann die Vorlauftemperatur von 20 grad C bei 20 grad C Außentemperatur bis auf 70 grad C bei -15 grad C Außentemperatur anhand einer Heizkurve gefahren werden. Nur durch eine gute Steuerung kann die Kesselwassertemperatur dem Bedarf angepaßt werden und so erheblich Energie eingespart werden. Solch ein Heizkessel kann auch mit konstanter Kesselwassertemperatur gefahren werden, dies bedeutet jedoch hohe Bereitschaftsverluste bei geringer Belastung.

Ein Niedrigtemperaturkessel wird so ausgelegt, daß es weder im Kessel noch im Schornstein zu einer Kondensatbildung kommt. Der Kessel besitzt Konstruktionsmerkmale und Materialien, die eine Korrosion verhindern. Trotzdem sind die Abgastemperaturen sehr niedrig. Man achte darauf, daß der Kessel bei nicht betriebenem Brenner nicht auskühlt, was durch eine automatische Rückschlagluftklappe verhindert werden kann. Zudem darf der Brenner nur kurz vorlüften. Wegen der niedrigen Abgastemperaturen muß der Schornstein dem Heizkessel genau angepaßt sein. Bei den Schornsteinen handelt es sich um dreischalige gedämmte Systeme, da wegen Versottungsgefahr für den Schornstein die Taupunkttemperatur (45-56 grad C) nicht unterschritten werden darf. Es sollten nach Möglichkeit feuchteunempfindliche Systeme z.B. mit Hinterlüftung, keramisch lasierte oder aus Edelstahl verwendet werden.

Die Abgastemperaturen eines solchen Kessels liegen je nach Belastung zwischen 50-130 grad C, die Bereitschaftsverluste bei 70/50 grad C Auslegung um 1,5% bei Vollast. Dadurch werden Wirkungs- und Nutzungsgrade von um 93% und mehr erreicht. Um Kessel miteinander vergleichen zu können, muß entweder eine Wirkungsgrad/Belastungs-Kennlinie voliegen oder ein sogenannter Norm-Nutzungsgrad nach DIN 4702 T8. Hierbei werden bei 13,30,39,48 und 63% Belastung die Wirkungsgrade ermittelt und daraus mathematisch der Norm-Nutzungs- oder Jahresnutzungsgrad berechnet. Genauso wird der Norm- Emissionsfaktor bestimmt. So liegt der Norm-Nutzungsgrad einer mit konstanter Kesseltemperatur gefahrenen Anlage deutlich unter der einer gleitend gefahrenen Anlage, da hier die Wirkungsgrade besonders bei niedrigen Belastungen kleiner sind, obwohl der bei Vollast angegebene Wirkungsgrad gleich sein kann.

Bei kleiner Kesselleistung wird fast ausschließlich mit einstufigen getakteten Brennern gefahren, während bei großen Kesseln auch zweistufige und modulierende Brenner verwendet werden, wobei eine Mindestrücklauftemperatur eingehalten werden muß, um eine Taupunktunter -schreitung zu verhindern. Die Regelung des Kessels sollte lange Brennerlaufzeiten ermöglichen, damit die Anfahremissionen reduziert werden. Geringere Auslegungen als 70/50 grad C können bei Niedrigtemperaturkessel auch ohne die Zuschaltung eines Mischerkreises erreicht werden. Die Einbindung einer Fußbodenheizung wird aber mit einem Mischer erreicht.

Für Niedertemperaturkessel gibt es für Öl und Gas einen Blauen Engel, bei dem hohe Wirkungsgrade eingehalten werden müssen und die Emissionen begrenzt sind. Heute werden sogenannte Units angeboten bei denen Kessel, Brenner und Regelung optimal aufeinander abgestimmt sind. Dies bedeutet hohe Nutzungsgrade, niedrige Emissionen und weniger Einstellarbeit für den Installateur. Bei Gas werden häufig auch Kessel mit Atmosphärischen Brennern oder Thermen (Wandkessel) verwendet. Die Bundesregierung hat die Abgasverluste bei Öl- und Gaskesseln unter 70 kW auf 11% begrenzt und NOx Emissionen über 120 mg/kWh bei Öl und 80 mg/kWh bei Gas verboten. Für ältere Anlagen gelten Übergangsfristen von 5 - 10 Jahren. Nach Möglichkeit sollten aber jetzt bei Gas Brennwertgeräte eingesetzt werden, da sie einen um 10% höheren Nutzungsgrad haben und sich bei einem Leistundbedarf von über 20kW nach 7-8 Jahren bezahlt machen.

Schauen Sie bei der Stiftung Warentest für Testberichte über Kessel (test 3/98).

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Die einfachste Regelung eines Heizungskessels besteht aus einem 2 oder 3-Punkt Regler, der die Kesseltemperatur konstant auf seiner Auslegungstemperatur hält. Dabei wird der Kessel mit einer Schaltdifferenz von 4-9K geregelt. Besser jedoch ist eine Regelung mit gleitend nach der  Außentemperatur gefahrener Kesseltemperatur. Solch eine Regelung kann analog oder digital erfolgen. Hierbei wird der Kessel von 20 grad C bei 20 grad C Außentemperatur anhand einer Heizkurve bis auf 70 grad C bzw 90 grad C bei -15 grad C Außentemperatur gefahren. Diese Heizkurve sollte in ihrer Steigung und in ihrem Niveau den Bedürfnissen des Nutzers angepaßt werden können. Zudem kann bei niedrigen Kesseltemperaturen ein sogenannter Sockel mit einer Mindesttemperatur eingefügt werden. Eine solche Steuerung sollte außerdem eine automatische Absenkung der Raumtemperatur in der Nacht vornehmen. Sie sollte eine Pumpenlogik, Partytaste, Schornsteinfegerfunktion und automatische Sommer-Winter Umschaltung, sowie die Möglichkeit den Raum- und Aufheizeinfluß zu bestimmen, enthalten. Sie kann durch eine analoge oder digitale Schaltuhr auf einWochenprogramm eingestellt werden. Des weiteren kann eine Mischersteuerung und die Warmwasserbereitung angeschlossen werden. Die Warmwasserbereitung sollte mit Hilfe einer Vorrangschaltung realisiert werden damit auch höhere Wassertemperaturen erreicht werden. Die Regelung sollte bei Speicherwassertemperaturen unter 60 grad C den Speicher einmal wöchentlich wegen der Legionellengefahr über 60 grad C aufheizen. Man kann die Heizung auch durch sogenannte Einzelraumregelungen steuern. Die einfachste Form einer solchen Regelung ist das Heizkörperthermostat. Hiermit kann die Raumtemperatur konstant auf den eingestellten Wert gehalten werden. Seit einiger Zeit gibt es solche Thermostate auch mit eingebauter Schaltuhr, so daß ein individuelles Wochenprogramm eingestellt werden kann. Des weiteren kann eine Regelung mit Fensterkontakten eingebaut werden, die beim Lüften des Raumes den Heizkörper herunterfährt. Selbstverständlich kann der Heizkörper auch über die Außenlufttemperatur gesteuert werden.

Eine Regelung muß flink sein, um auf Fremdenergien wie Sonneneinstrahlung, Personenabwärme und Geräteabwärme reagieren zu können. Träge Heizsysteme wie Fußbodenheizung und Wandheizungen sind hierfür weniger geeignet.

Der Brenner kann entweder einstufig, zweistufig oder modulierend betrieben werden. Hierbei ist darauf zu achten, daß der Brenner möglichst wenig startet und die Laufzeit erhöht wird, um die Anfahremissionen, die erheblich sind (bis zu 50% der Gesamtemissionen), zu reduzieren. Der Trend geht bei Brennwertkesseln hin zu zweistufigen und modulierenden Brennern.

Neuere Steuerungen sind meist digital und selbstoptimierend, daß heißt sie berechnen den Einfluß der Wärmespeicherung des Hauses, des Benutzerverhaltens und der Jahreszeit im Voraus und erreichen so nochmals Energieeinsparungen. Das neueste auf dem Gebiet der Heizungsregelungen sind Regelungen auf der Basis der Fuzzy Technologie. Bei der Fuzzy Technologie wird nicht mehr genau digital gesteuert sondern anhand von Dreieck- und Trapezkurven. Eine gewisse Unschärfe der Berechnungen ist eingeplant. Programmierung und Regelung sind dem menschlichen Denken angepaßt. Eine solche Steuerung ist selbstoptimierend und erlernt die meist nicht bekannten Anlagendaten selbstständig. Mit solch einer Regelung lassen sich die Brennerstarts erheblich reduzieren( bis zu 80%), und gerade in der Übergangszeit werden größere Mengen an Energie eingespart.

Für Brennwertkessel über 25 kW müssen die Regelungen eine Kondensatpumpensteuerung besitzen. Zudem will die Bundesregierung den elektrischen Energieverbrauch der Heizkreispumpen begrenzen indem eine Drehzahlregelung der Pumpe vorgeschrieben wird. Heutzutage sind Regelungen meist Bestandteil des Kessels. Man kann jedoch auch eine andere Regelung zuschalten. DDC Steuerungen sind nur in großen Gebäuden sinnvoll.

In Zukunft wird die Heizungsregelung mit einer DFÜ-Einrichtung versehen sein, die Störungen automatisch beim Installateur meldet und Daten übermitteln kann. Einige Hersteller bieten schon jetzt Bedienermodule an, die vom Installateur programmiert werden. Die Bewohner haben aber die Möglichkeit die Einstellwerte auf einer analogen Ebene ihren Wünschen entsprechend zu ändern.

Schauen Sie bei der Stiftung Warentest für Testberichte über Kessel (test 3/98).

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Buderus Heiztechnik

Viessmann Heiztechnik

Vaillant Heiztechnik

Zentralheizung.de

Erstellt am 2.11.1997, Version vom 11.01.2017, Johannes Fangmeyer             , GNU-FDL Top