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» Heizung » Gasheizung » Gas-Brennwerttechnik 

Brennwertnutzung bei der Gas-Verbrennung

 
...das passt zum Thema  
 Ratgeber:
Aufbau eines Gas-Brennwertheizgerätes, Welche speziellen Konstruktionsmerkmale trägt ein Gas-Brennwertheizgerät?
Gas-Brennwerttechnik, Übersicht, Ist Gas-Brennwertheiztechnik empfehlenswert?
 Service:
-Beratung per eMail

 

Wie funktioniert das mit der Brennwertnutzung?

Im Grunde unterscheiden sich BrennwertBrennwert
Der Brennwert umfasst die gesamte Wärmemenge, die bei Verbrennung eines Brennstoffes frei wird und schließt die Verdampfungswärme des Wassers ein. Die Höhe der Verdampfungswärme ist allerdings brennstoffspezifisch. Sie hängt von der Anzahl der chemisch gebundenen Wasserstoffatome im Verhältnis zu den Kohlenstoffatomen ab. Nutzbar ist die im Wasserdampf versteckte Wärme nur mit einem Brennwertheizgerät. Bei fossilen Brennstoffen unterscheidet man zwischen dem Heizwert und dem Brennwert, der auch "oberer Heizwert" genannt wird. Da in der Heizungstechnik der Wirkungsgrad auf den Heizwert (unterer Heizwert) bezogen und dieser gleich 100 % gesetzt wird, ist bei der Angabe des Wirkungsgrades von Brennwertheizgeräten ein Wirkungsgrad über 100 % möglich.
-Heizgeräte kaum von herkömmlichen Heizkesseln oder ThermenTherme
Die Therme ist ein Heizgerät, bei der das Heizungswasser umhüllt von einem führenden Rohr direkt durch die Brennerflamme geführt und dabei erhitzt wird. Thermen werden daher auch als Durchlaufwasserheizer bzw. Umlaufwasserheizer bezeichnet. Im Gegensatz zu einem Heizkessel, in dem eine vergleichsweise große Menge Heizungswasser relativ langsam erwärmt wird, ist der Wasserinhalt einer Therme sehr gering. Der geringe Wasserinhalt verlangt eine Mindestwassermenge bzw. eine Modulation der Brennerleistung.
. In beiden Gerätefamilien heizt die Gasflamme und das mit ihr entstehende Abgas das Heizungswasser auf. BrennwertheizgeräteBrennwertheizgerät
Ein Brennwertheizgerät ist ein Heizkessel bzw. eine Therme, das bzw. die in der Lage ist, den Brennwert, also den vollständigen Energieinhalt eines Brennstoffes zu nutzen. Die dazu erforderliche Rückgewinnung der Verdampfungswärme des bei der Verbrennung entstehenden Wasserdampfes wird durch besondere konstruktive Maßnahmen im Gerät realisiert. Diese haben eine maximale Kondensation des Wasserdampfes zum Ziel. Die Energieeinsparung liegt je nach Brennstoff gegenüber Niedertemperatur-Heizkesseln bei 10 % bis 15 %.
nutzen die Abgaswärme
jedoch weit besser, weil nahezu vollständig aus.

Wie bei jedem anderen Heizkessel, enthält auch das Abgas eines Brennwertheizgerätes heißen Wasserdampf. Bei einem herkömmlichen Heizkessel muss die Wärme des Wasserdampfes aber als Verlust verbucht werden, erkennbar an den vielen weißen Wölkchen, die den Schornstein verlassen.

Die BrennwerttechnikBrennwerttechnik
Mit Brennwerttechnik bezeichnet man Heiztechnik (Heizkessel, Heizthermen), die in der Lage ist, auch die Verdampfungswärme des Wasserdampfes durch Wärmerückgewinnung aus dem Abgas zu nutzen. Dieser Vorgang bewirkt gegenüber konventioneller Heiztechnik einen zusätzlichen Wärmegewinn. Er beträgt 10 % bis 15 %. Da in der Heizungstechnik der Wirkungsgrad auf den Heizwert (unterer Heizwert) bezogen und dieser gleich 100 % gesetzt wird, ist bei der Angabe des Wirkungsgrades von Brennwerttechnik ein Wirkungsgrad über 100 % möglich. Die Menge der Verdampfungswärme ist brennstoffspezifisch und hängt von der Anzahl der chemisch gebundenen Wasserstoffatome ab. Bei der Verbrennung von Erdgas mit 4 Wasserstoffatomen pro Molekül bei einem Kohlenstoffatom entsteht der größte Zugewinn (11%).
nutzt hingegen genau die darin verborgene Wärme, und zwar auf eine einfache Weise. Der Wasserdampf wird mit dem Abgas im Gerät absichtlich stark abgekühlt und kondensiert dabei. Die bei der Verbrennung aufgenommene VerdampfungswärmeVerdampfungswärme
Verdampfungswärme ist die Wärmemenge, die benötigt wird, um ein flüssiges Medium, z. B. Wasser, vollständig zu verdampfen. Durch einen Brennwertkessel kann die Verdampfungswärme, die im Wasserdampf des Abgases gebunden ist, zurückgewonnen werden. Verdampfungswärme spielt auch bei der Nutzung von Umweltwärme in Wärmepumpenanlagen eine Rolle. Hier wird das Arbeitsmedium durch Aufnahme der Umweltwärme verdampft. Die aufgenommene Wärmemenge entspricht der Verdampfungswärme.
wird also gewissermaßen "zurückgegeben". Sie verbleibt im Gerät und kommt so der Heizung zusätzlich zu Gute.

Bei konventionellen Kesseln muss dieser Vorgang vermieden werden, da es ansonsten zu Korrosion im Kessel und zu Durchfeuchtungen im Schornstein kommt.

Den Vorgang der Kondensation, wie er sich ähnlich in einem Brennwert-Heizgerät abspielt, können Sie gut beobachten: Legen Sie dazu einen Glasdeckel auf den Topf, in dem Sie z. B. Kartoffeln kochen. Einen Teil der Wärme, die Sie durch die Kochplatte oder Gasflamme den Kartoffeln zuführen, lässt das Kochwasser fortwährend verdampfen. Beim Auftreffen des Dampfes am kühleren Topfdeckel gibt der Wasserdampf seine Wärme an den Deckel wieder ab und bildet dabei Tröpfchen, die nach unten fallen.

An der Funktionsweise eines Destillationsapparates zur Herstellung von destilliertem Wasser wird das Prinzip der Brennwertnutzung im Brennwertheizkessel erkennbar. Im Kühler des Destillationsapparates wird der Wasserdampf soweit abgekühlt, dass er wieder kondensiert. Dadurch erwärmt sich das Kühlwasser. Diese Erwärmung erfolgt analog im Brennwerkessel, jedoch zusätzlich zur Erwärmung des Heizungswassers durch die heißen Abgase des Verbrennungsvorganges.

Abb. aus Meyers-Lexikon 1896

Prinzipieller Aufbau eines Gas-Brennwertheizkessels

Die heißen Abgase (über 1000°C)  erwärmen zunächst das Heizungswasser im WärmetauscherWärmetauscher
Ein Wärmetauscher (auch Wärmeübertrager) ist ein Gerät, das Wärme eines Mediums an ein anderes oder das gleiche Medium übertragen kann, ohne dass sich die Medien dabei vermischen. Wärmetauscher findet man u. a. in Warmwasserspeichern in Form von gewickelten Rohren oder Rohrbündeln zur Übertragung der Heizwasserwärme an das Trinkwasser. In Be- und Entlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung werden z. B. Kanalwärmetauscher zur Entwärmung der Abluft und Übertragung der Wärme an die kältere Zuluft eingesetzt.
. Diese Wärmeabgabe für zu einer stetige Abnahme der Temperatur der Abgase bis hin zur so genannten TaupunkttemperaturTaupunkttemperatur
Die Taupunkttemperatur ist die Temperatur (z.B. von Luft oder Abgasen), bei der der Sättigungszustand erreicht ist, das Medium temperaturbedingt keine weiteren Moleküle eines anderen Gases (z.B. Wasserdampf) mehr aufnehmen kann und Kondensat ausfällt.
(etwa 48°C). Der Wasserdampf der Abgase kondensiert und gibt dabei die Kondensationswärme an den Wärmetauscher ab. 

Abb.: ASUE

Der Begriff Brennwert-Technik geht übrigens darauf zurück, dass durch die beschriebene WärmerückgewinnungWärmerückgewinnung
Mit Wärmerückgewinnung bezeichnet man einen Vorgang, bei dem Wärme, die ansonsten z.B. mit der Abluft oder dem Abwasser das Haus ungenutzt verlässt, zurückgewonnen wird. Die Wärmerückgewinnung macht energetisch Sinn, sofern die dafür aufgewendete Hilfsenergie (meist Strom für elektrische Antrieb) die zurückgewonnne Wärmemenge nicht erreicht oder gar übersteigt (primärenergetisch).
nicht nur der HeizwertHeizwert
Der Heizwert ist die bei der Verbrennung eines Brennstoffes abgegebene Wärmemenge ohne Berücksichtigung der Verdampfungswärme des Wassers. Wasserdampf entsteht bei jeder Verbrennung von wasserstoffhaltigen Brennstoffen (Öl, Gas, Kohle, Holz) in unterschiedlicher Menge. Da der Heizwert immer geringer ist als der Gesamtwärmeinhalt (mit Wasserdampfwärme) wird er auch "unterer Heizwert" genannt. Die Angabe des Heizwertes in kWh (sprich kiloWattstunden) pro Mengeneinheit Brennstoff ist in der Heiztechnik üblich. Der Kesselwirkungsgrad wird auf den unteren Heizwert  bezogen. Genauer wäre der Bezug auf den oberen Heizwert (unter Einbeziehung der mit dem Wasserdampf verbundenen Wärmemenge), den Brennwert.
Hu eines Brennstoffes, d. h. nur die Wärme, die "heizt", genutzt werden kann. Vielmehr kann ein Brennwertheizgerät auf die gesamte Wärme, die bei Verbrennung entsteht -, den Brennwert Ho - zurückgreifen. Durch die zusätzliche Nutzung der Wärme des Wasserdampfes können bei einem Brennwert-Heizgerät WirkungsgradeWirkungsgrad
Der Wirkungsgrad stellt das Verhältnis von nutzbarer zu aufgewendeter Energie bzw. Arbeit oder Leistung dar. Bei Wärmeerzeugern, die Brennstoffe wie Öl, Gas, Holz oder Kohlen verbrennen, unterscheidet man: Feuerungswirkungsgrad, Normnutzungsgrad, Jahresnutzungsgrad. Bei Wärmepumpen wird der Wirkungsgrad mit der Leistungszahl ausgedrückt.
erreicht werden, die - bezogen auf den Heizwert Hu - über 100 % liegen.

Der Begriff "Brennwertheizkessel" ist seit dem 28.4.1998 in der Verordnung zur Umsetzung der Europäischen Heizkessel-Wirkungsgradrichtlinie definiert. Nach Abschnitt 10, § 2 ist ein Brennwertheizkessel, "für die Kondensation eines Großteiles des in den Abgasen enthaltenen Wasserdampfes konstruiert."



© by f.nowotka | zuletzt geändert am: 04.12.2006 | 47100 x gelesen


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