Technische Gebäudeausrüstung

Transkript

1 - - Prof. Dr. Ulrich Hahn SS 2008

2 Aufgaben der Heizungsanlage Wärmebedarf (thermische Energie) decken Wärmestrom durch die Gebäudehülle Erwärmung der Luft Erwärmung von Warmwasser Transmissionswärmeb rmeb. Lüftungsw ftungswärmebedarf Q & = Q& T + Q& L + Q& WW Q& solar Q& intern Interne Gewinne: Beleuchtung Geräte Menschen Pflanzen, Tiere 2

3 Grundtypen von Heizungsanlage Wärmeerzeugung Wärmeverteilung Wärmeabnahme im Flur Keller im Raum im Raum dezentral teilzentral zentral konvektiv Strahlung mit Wärmerückgewinnung Wärmeverteilung: Wasser Dampf Luft kombiniert mit Lüftungsanlage 3

4 Wärmeerzeuger Gaskessel Ölkessel Holz, Holzpellets Wärmepumpe Elektroheizung Solaranlage Niedertemperatur Brennwert Niedertemp./Brennwert Kachelöfen elektrisch mit Verbrennungsmotor direkt Nachtspeicher konventionell Heizungsunterstützung, Warmwasser Blockheizkraftwerk, Brennstoffzelle Fernwärme 4

5 Wärmebedarf Auslegung der Anlage Auslegungstemperatur GTZ, geordnete Temperaturkennlinie Aufteilung Grundlast-Spitzenlast Verluste Transport/Erzeugung Bereitstellung Regelung Anlagennutzungsgrad η N,A = jährlicher Wärmebedarf jährlicher Primärenergiebedarf 5

6 Anforderungen an die Anlage Keine über den Wärmebedarf hinausgehende Wärmeerzeugung Wärmeerzeuger Eigendämmung (unbeheizte Räume) Bereitstellungsverluste Wirkungsgrad Heizkörper Behaglichkeit Hygiene Größe Anteile Strahlung- Konvektion Verteilung Leitungslänge Anordnung der Wärmeabnehmer Dämmung der Leitungen und Armaturen Hilfsenergie Regelung schnell Wärme nur da, wo erforderlich Warmwasser Speicher/ dezentral Zirkulationsleitung 6

7 Konventionelle Wärmeerzeuger (zentral) Wärmeerzeugung durch Verbrennung Gas Öl Koks/Kohle Holz Heizungsraum (Keller, Dachgeschoss) Brennstofflagerung (Sicherheit) Brennstoffzufuhr Luftzufuhr Abgasabfuhr Kondensatabfuhr (Brennwertkessel) Übertragung der Wärme auf den Wärmeträger 7

8 Brennstofflagerung Raum-/Tankgröße Raum-/Tanklage Bevorratungszeitraum Brandsicherheit Umweltschutz Koks/Kohle 8

9 Brennstofflagerung Öl 9

10 Brennstofflagerung Öl 10

11 Brennstofflagerung Öl 11

12 Brennstofflagerung Gas explosionsgefährdeter Raum explosionsgefährdeter Raum beim Befüllen 12

13 Brennstofflagerung Gas 13

14 Verbrennungsprozess Kohle, Öl, Gas: Kohlenwasserstoffe: C, H, S, (N, O, H 2 O) + Luft N 2, O 2, H 2 O Wärme + Abgas (+ Kondensat) CO 2, H 2 O, SO 2, N 2, O 2, (SO 3, NO x, ) minimale Luftmenge L min zur vollständigen Verbrennung Meistens: Luftüberschuss: Luftmenge L = λ L min L < L min : unvollständige Verbrennung CO - Vergiftungsgefahr 14

15 Konvent. Wärmeerzeuger (Zentralheizungen) Feste Brennstoffe: < 50 kw > 50 kw 15

16 Konvent. Wärmeerzeuger (Zentralheizungen) Regelung über Frischluftzufuhr 16

17 Konvent. Wärmeerzeuger (Zentralheizungen) Automatische Brennstoffzufuhr: 17

18 Gasheizkessel Kein Raum zur Brennstoffbevorratung Brennstoffabnahme nur bei Bedarf Einfache Regelung der Feuerungsleistung Große Freiheiten beim Aufstellungsort Geringste CO 2 -Emission Niedertemperatur-, Brennwertbetriebsart Abhängigkeit vom Versorgungsunternehmen Keinen Einfluss auf die Gaspreise Verbrauchsunabhängiger Grundpreis 18

19 Gasheizkessel ohne Gebläse Freie Luftnachströmung große Abgasverluste im Teillastbetrieb Abhilfe: modulierende Brenner mit Gas-Luft-Verbundregelung 19

20 Gasheizkessel ohne Gebläse 20

21 Gasheizkessel ohne Gebläse 21

22 Gasheizkessel ohne Gebläse 22

23 Gasheizkessel ohne Gebläse 23

24 Gasheizkessel ohne Gebläse 24

25 25 Gasheizkessel mit Warmwasserbereitung

26 Gasheizkessel Strömungssicherung Abgasabfuhr sichern Schornsteinzug zu groß 26

27 Gasheizkessel Strömungssicherung: 27

28 Gasheizkessel manuell Zündeinrichtung: automatisch 28

29 Ölheizkessel Marktpreise für Brennstoff Keine Macht von Versorgungsunternehmen Einfache Regelung der Feuerungsleistung Niedertemperatur-, Brennwertbetriebsart Mäßige CO 2 -Emission Aufstellungsort Keller Raum zur Brennstoffbevorratung erforderlich Abgase korrosiv 29

30 Ölheizkessel 30

31 Ölheizkessel mit Warmwasserbereitung 31

32 Ölheizkessel 32

33 Ölheizkessel - Rauchgasführung 33

34 Ölheizkessel - Brenner 34

35 Ölheizkessel- Gliederkessel 35

36 Ölheizkessel- Gliederkessel 36

37 Ölheizkessel- Niedertemperaturkessel Geringe Verluste am Kessel und in der Verteilung Kondensation des Rauchgases am Wärmetauscher Abhilfe: hoher Wärmewiderstand zwischen Rauchgas und Wasser 37

38 Betriebszustände Wärmeerzeuger Kennlinien zur Regelung 38

39 Verluste am Wärmeerzeuger bezogen auf den Heizwert 39

40 Betriebszustände Wärmeerzeuger 40

41 Ausnutzung des Brennstoffes 41

42 Brennwertkessel 42

43 Brennwertkessel 43

44 Brennwertkessel 44

45 Gasheizungen - Übersicht 45

46 Gasheizungen - Übersicht 46

47 Gasheizungen - Übersicht 47

48 Abgasführung Kamineffekt ( natürlicher Zug ): Druckverlauf aufgrund der barometrischen Höhenformel P( h) = P(0) e g h R T s geringe Höhe: g P( h) P0 (1 h) R T Luft unterschiedliche Temperaturen innen und außen: Druckunterschied unten - oben bewirkt Abgasströmung Querschnitt, Strömungsgeschwindigkeit, Abgastemperatur, nachströmende Verbrennungsluft 48

49 beachten: Abgasführung wird der Taupunkt unterschritten? gibt es aggressive Stoffe im Abgas? Lage des Schornsteins außen Brandschutz Schornstein: rußbrandbeständig sonst: Abgasleitung (Öl, Gas) 49

50 Wirksame Schornsteinhöhe Abgasführung x 1) Reduzierung der wirksamen Schornsteinhöhe um 1,5 x 50

51 Abgasführung einschalige Schornsteine gemauert gemauert, mit Querschnittreduktion Formstücke aus Leichtbeton 51

52 mehrschalige Schornsteine Abgasführung 52

53 Aufbau einer Abgasanlage Abgasführung Belastung einer Abgasanlage 53

54 Abgasführung Wärmedämmung in Schornsteinen 54

55 Abgasleitungen Abgasführung Verbrennung von Öl, Gas niedrige Abgastemperaturen 55

56 Abgasführung 56

57 Abgasführung Luft-Abgas-System 57

58 Abgasführung Auslegung der Abgasleitung (LAS) Nennwärmeleistung [kw] Abgasmassenstrom [g/s] 18,5 17,0 15,0 13,0 8,0 7,0 58

59 Abgasführung Auslegung Schornstein: Verbrennung bei Atmosphärenddruck 140 C < T A < 190 C 100 C < T A < 140 C: ½ Stufe größer 80 C < T A < 100 C: 1 Stufe größer 59

60 Abgasführung Auslegung Schornstein: Verbrennung bei Unterdruck ( Naturzug ) 140 C < T A < 190 C: ½ Stufe größer 60

61 erzwungene Strömung: Gebläsebrenner Abgasführung Ventilatoren zur Abgasförderung geringe Kaminquerschnitte niedrige Abgastemperaturen beliebige Leitungsführung Feuchtigkeitsresistenz 61

62 Abgasführung Auslegung Schornstein: Verbrennung bei Überdruck 80 C < T A < 190 C: ½ Stufe größer 60 C < T A < 80 C: 1 Stufe größer 62