Vorlesung Wärmeerzeuger

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1 Vorlesung Warmwasserpumpenheizung und Wärmebilanz Wärmeträger Heizkesselkonstruktionen und Einsatzbereich Anforderungen an Prof. Dr.-Ing. Dirk Bohne IEK/Abt. technische Gebäudeausrüstung Fakultät Architektur und Landschaft

2

3 Wärmeerzeugung einzeln, zentral, Brennstoff? Luft Luft Wärmeerzeugung mittels Primärenergie Erdgas / Heizöl / Propan-Gas / Kohle / Koks/Holz......oder regenerativ?

4 VORLAUF RÜCKLAUF Prinzip einer geschlossenen Warmwasserpumpenheizung B A C D XI/11

5 Wärmebilanz Die zur Wärmeversorgung erforderliche Wärme eines Gebäudes erforderliche Wärmeleistung wird aus einer Wärmebilanz ermittelt. Die Wärmebilanz setzt sich zusammen aus folgenden einzelnen Anteilen: Transmissionsverluste (Gebäudehülle) + Verluste durch freie Lüftung + Zuschläge für Anheizvorgänge + Leistung für Raumlufttechnische Anlagen (RLT) - Wärmerückgewinnung aus RLT-Anlagen + Zuschläge für Warmwasserbereitung (nur in Ausnahmen) + Zuschläge für Prozeßtechnik u.a.

6 Methoden der Wärmeerzeugung Kraft-Wärme- Kopplung Wärmepumpe und Umweltenergie Verbrennung in Heizkesseln Holzverbrennung Solare Langzeitspeicher

7 Prinzipschema und Bilanzgrenze der Wärmepumpe Quelle: Heizung, Lüftung, Elektrizität Bau und Energie Schmid et. al Band 5/ 2000

8 Quelle:

9 Aufbau einer Absorptionswärmepumpe

10 Solaranlage Sonnenkollektor Solarkreis Solarstation mit Regelung Warmwasser Kaltwasser Bivalenter Speicher- Wassererwärmer Heizkessel mit Regelung Funktionen Solarkollektor: Umwandlung der Sonnenenergie in Wärme Solarkreis mit Solarstation: Wärmetransport vom Kollektor zum Speicher- Wassererwärmer Speicher- Wassererwärmer: Ausgleich zwischen solarem Energieangebot und Verbrauch

11 Anlagentechnik üblich: Geschlossene WWPH bestehend aus Heizkessel und Wärmeverteilung (WWPH : Warm-Wasser-Pumpenheizung): t VA t RA F K t VK t RK NT-Kessel Schematische Darstellung

12 Beispiel:Heizkesselkonstruktion für Erdgas mit Gebläsebrenner

13 Scheitholzkessel Merkmale: Nennwärmeleistung je nach (Werks-) Einstellung 33, 37, 42, 47 oder 52 kw Nachverbrennung Scheitholzlänge bis 50 cm Abbranddauer bis 6,0 h Pufferspeicher gefordert

14 Kraft-Wärme-Kopplung Blockheizkraftwerk

15 Freizeitbad Aqualip, Detmold BHKW Modul Quelle: ASUE BHKW - Beispiele

16 Das Prinzip der Brennstoffzelle

17 Verschiedene Typen von Brennstoffzellen

18 Kombination mit Wärmepumpenanlagen (Monovalent/Bivalent/parallel) Beispiel: Wasser-Wasserwärmepumpe im Heizungskeller mit 400 Liter WW-Speicher und 300 Liter Puffer, Wärmeleistungen von 7,2 bis 78 kw Quelle:

19 Anordnungsvarianten von vertikal verlegten Erdwärmetausc Quelle: Kaltschmitt/Wiese Erneuerbare Energien Springer Verlag 2.Auflage 1997

20 Doppel-U-Sonden

21 Verlegemuster horizontaler Wärmetauscher Quelle: Kaltschmitt/Wiese Erneuerbare Energien Springer Verlag 2.Auflage 1997

22 BV:Deutsche Flugsicherung Langen; Doppel-U-So Quelle: lemmon Consult, Zürich

23

24 BV:Deutsche Flugsicherung Langen; Doppel-U-Sonden Quelle: lemmon Consult, Zürich

25 BV:Deutsche Flugsicherung Langen; Doppel-U-Sonden Quelle: lemmon Consult, Zürich

26 0 MAI NOVEMBER 5 FEBRUAR AUGUST TIEFE IN [ m ] TIEFE IN [ m] FEBRUAR MAI NOVEMBER AUGUST Bodentemperaturen im oberflächennahen Erdreich (nach Brehm, D.R. et al : Ergebnisse von Temperaturmessungen im oberflächennahen Erdreich; Zeitschrift für angew Geowissenschaften (1989) )

27 Beispiel: Fernwärmeübergabestation; indirekt Quelle:

28 Übersicht der verschiedenen Heizkessel-Konstruktionen - Heizkessel - Gusskessel - Stahlkessel - Spezialkessel - Umstellbrandkessel - Doppelbrandkessel - Flammrohr- Rauchrohrkessel - Niedertemperaturkessel - Brennwertkessel - Tieftemperaturkessel - Units - Gasspezialheizheizkessel, - Gasumluftwasserheizer Fernwärmesysteme - Fernwärmeübergabestation - Direkte Systeme - Indirekte Systeme

29 Zur Leistungsaufteilung von n Leistungsaufteilung - Basis: Wärmebilanz - Aufteilung auf 1 oder mehrere nach Leistung nach Nutzungsbereichen nach leistungsabhängigen Wirrkungsgraden

30 Beispiel Heizkessel Niedertemperatur-Öl-Heizkessel mit integriertem Speicher-Wassererwärmer Niedertemperatur-Öl-Heizkessel mit integriertem Edelstahl-Speicher-Wassererwärmer, für gleitend abgesenkte Kesselwassertemperatur, Nenn-Wärmeleistung: 15 bis 27 kw Quelle:

31 Beispiel Heizkessel Gas-Brennwertkessel mit modulierendem MatriX-Strahlungsbrenner, Nenn-Wärmeleistung: 8,4 bis 65 kw Schnitt durch den Vitola 111 Quelle:

32 Beispiel Heizkessel Schnitt durch den Vitocrossal 300 Quelle:

33 Erläuterung zur Brennwerttechnik Die Brennwerttechnik nutzt nicht nur die Wärme, die als meßbare Temperatur der Heizgase bei der Verbrennung entsteht (Heizwert), sondern auch zusätzlich deren Wasserdampfgehalt (Brennwert). Das heißt: Sie nutzt Energie, die sonst (als Abgasverlust) im wahrsten Sinne des Wortes durch den Schornstein geht. In Brennwertkesseln werden die Heizgase bereits soweit abgekühlt, daß sie kondensieren u. die freiwerdende Wärme an das Kesselwasser abgeben. Die Abgastemperatur liegt dann nur noch geringfügig über der Rücklauftemperatur des Kesselwassers. Die eingesetzte Energie wird fast vollständig genutzt. Quelle:

34 Erläuterung zur Brennwerttechnik Quelle:

35 Beispiel Heizkessel Gas-Brennwert-Wandkessel mit vormischendem Strahlungsflächenbrenner, Nenn-Wärmeleistung: 8 bis 24 kw Schnitt durch den Vitodens 100 Quelle:

36 Beispiel Heizkessel Niedertemperatur-Öl-/Gas-Heizkessel, Nenn-Wärmeleistung: 80 bis 1750 kw Quelle:

37 Beispiel Heizkessel Dreizugkessel Das Konstruktionsprinzip des Dreizugkessels kommt bei Klein-, Mittel- und Großkesseln zum Einsatz und trägt zur Reduzierung der Schadstoffemissionen bei. Die Heizgase strömen zunächst durch die Brennkammer, dann durch eine Rückströmzone wieder nach vorne und treten dann in einen dritten Zug. So wird die Verweilzeit der Verbrennungsgase in der heißesten Zone reduziert und die Stickoxid-Bildung (NOx) gesenkt. Quelle:

38 Beispiel Heizkessel Öl-/Gas-Hochdruck-Heißwassererzeuger für zulässige Vorlauftemperaturen über 120 C zulässiger Betriebsüberdruck: 6,5 / 8 / 10 / 13 bzw. 16 bar, Nenn-Wärmeleistung: 375 bis kw Turbomat-RN-HW Quelle:

39 Beispiel Heizkessel Schnitt durch den Turbomat-RN Turbomat-RN-HW, 2600 bis kw, bis 6500 kw mit ausfahrbarem Brennerwagen Quelle:

40 Holz-Hackgutheizung mit automatischer Beschickung

41 BBaum kwh/ m³ kwh/ kg Ahorn ,1 Birke ,3 Buche ,0 Eiche ,2 Erle ,1 Esche ,2 Fichte ,4 Lerche ,4 Pappel ,1 Robine ,1 Tanne ,5 Weide ,1

42 Pellets-Holzheizkessel mit Bevorratung in einem Erd-Stahltank. Der Tank kann einwandig ausgebildet werden

43 Pellets-Hozheizkessel mit Bevorratung in einem Kellerraum. Da benötigte Volumen entspricht dem von Heizöl, wenn die Gesamtraumgrößen verglichen werden

44 Hydraulisches Schema einer Wärmeerzeugungsanlage mit Holzkessel, thermischer Solaranlage und gemeinsamen Pufferspeicher. Der Heizkessel wärmt das Heizwasser nach, wenn die Leistung der Solaranlage nicht ausreicht

45 Wohnungslüftungs-System Quelle:

46 Beispiel: Fernwärmeübergabestation; indirekt Q Quelle:

47 Beispiel: Fernwärmeübergabestation; indirekt Quelle:

48 Zusammenfassung: Bemessung von n nach der Wärmebilan bzw. Heizlast zzgl. Anderer Wärmeleistungen Mit der Auswahl der s werden Bedingun an die Wärmeverteilung gestellt (Heizmitteltemperaturen Abgasführung) Ziel ist es, anstelle von fossilen Brennstoffen regenerativ Energiequellen, Umweltenergie oder Abwärme zu Nutzen! (Ökonomie+Ökologie beachten)

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