Noch lange kein altes Eisen

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1 F A C H B E I T R A G Dipl.-Ing. Rüdiger Rebbe, Dipl.-Ing. Rolf Egger * Noch lange kein altes Eisen Neue Öl-Brennwertkessel erobern den Heizungsmarkt Hält die niedrige Modernisierungsrate im Gebäudebereich an, wird ein Großteil der Heizungen im Jahr 2030 über 30 oder gar 40 Jahre alt und entspre werden jährlich nur etwa drei Prozent der häuslichen Wärmeerzeuger mo- etwa 15 Jahren keine Gas- eingebaut werden dürfen, sind in älteren Gebäuden Ändert sich hier nichts, sind die Energiewende und die - Nur durch eine stabile und verlässliche Energiepolitik können diese Ziele erreicht - und die Integration erneuerbarer Energien ineinan- Der Gesetzgeber will den Energieverbrauch von Gebäuden weiter senken und dafür höhere Anforderungen an die EnEV und damit an den Jahres-Primärenergiebedarf stellen. Das lange Tauziehen um die neue EnEV 2013/14 hat unnötig Verunsicherung bei Verbrauchern, Handwerk und Industrie geschaffen. Der Wärmemarkt benötigt dringend verlässliche und attraktive Rahmenbedingungen, wie beispielsweise die steuerliche Förderung der energetischen Gebäudesanierung. Ein nicht unbedeutender Schlüssel zum Erfolg liegt im Heizungskeller, wobei der Austausch veralteter Heizanlagen die wirtschaftlichste und kos- rungsmaßnahme überhaupt darstellt. Dazu müssen deutlich mehr Heizungen mit einem ausgewogenen Energiemix aus fossilen und regenerativen Energien moder- Heiztechniken, die verstärkt erneuerbare Energien nutzen, könnte sich der heutige regenerative Anteil von 12,5 Prozent bis in das Jahr 2030 verdoppeln. Dazu muss sich die Anzahl der neuen Wärmeerzeuger, wie zum Beispiel Wärmepumpen (Nutzung von Umweltwärme), Kraft-Wärme- Kopplungs-Anlagen (gleichzeitige Erzeugung von Wärme und Strom) sowie Pelletkessel (Energieträger Holz) und thermische Solaranlagen, mehr als verdoppeln. Ungeachtet dieser neuen Technologien werden auch noch im Jahr 2030 die zentralen Öl- und Gas-Heizkessel das Rückgrat der Hauswärmeversorgung bilden, wobei sich der Anteil der Brennwertkessel von heute nahezu verdreifachen wird. Die Brennwertkessel werden freundlicher und einfacher in Bedienung und Handhabung. Das zeigen beispielsweise die neuen Giersch-Öl-Brennwertkessel FCU eindrucksvoll, die auf der ISH 2013 vorgestellt wurden (Abb. 1). Sie nutzen die Energie des Heizöls bis an das physikalische Limit. Kein anderes Verfahren der Wärmeerzeugung mit fossilen Energieträgern ist wirtschaftlicher. Gegenüber veralteten Kesseln in Bestandsgebäuden können Öl-Brennwertkessel bis zu 35 Prozent Heizöl einsparen. Energiepolitik und Fördertöpfe kritisch betrachtet Die Bundesregierung bietet durch KfW oder BAFA Förderungen für die Heizungsmodernisierung. Diese bieten aber verglichen mit den staatlichen Förderungen der Photovoltaik, welche ein deutlich geringeres Energieeinsparpotential besitzt als moderne Anlagen zur Beheizung von Gebäuden deutlich weniger Anreize zur Sanierung. Hinzu kommt, dass die photovoltaischen Solarzellen mittlerweile größtenteils in China produziert werden, im Gegensatz zu Heizkesseln, die immer noch die heimische Industrie fertigt und hierzulande Arbeitsplätze sichert. Ein Hausbesitzer, der seine Heizkosten senken will und sich Gedanken zur Energieeinsparung macht, muss sich Klarheit über den Kostenumfang und Nutzen verschaffen. Um in einem Bestandsgebäude die energetischen Neubauanforderungen um 15 Prozent (KfW-Haus 85) zu unterschreiten, ist eine sehr aufwendige Komplettsanierung erforderlich. Dafür müssen bei einem durchschnittlichen Ein- oder Zweifamilienhaus zwischen und Euro aufgewendet werden. Dies können die wenigsten Hausbesitzer komplett stemmen. Die meisten, insbesondere die älteren Eigentümer können sich allenfalls eine Teilsanierung leisten. Deshalb ist die Förderung von Einzelmaßnahmen, wie die Heizungserneuerung und der Einbau eines Brennwertkessels, zukünftig stärker zu forcieren. Eine solche Teilsanierung ermöglicht bereits eine erhebliche Energieeinsparung und die Investitionen sind sehr viel leichter zu bewerkstelligen. Entwicklung der Öl- Brennwerttechnik Stand und Perspektiven * Dipl.-Ing. Rüdiger Rebbe Betriebsleitung Giersch Enertech Group D Hemer * Dipl.-Ing. Rolf Egger Beratender Ingenieur D Burscheid Fax (02174) In den 1990-er Jahren wurde zunächst die Gas-Brennwerttechnik auf breiter Basis im Heizungsmarkt eingeführt. Rund zehn Jahre später, zu Anfang 16 HEIZUNGSJOURNAL

2 der Jahrtausendwende, traten dann die Öl-Brennwertkessel ihren Siegeszug an. Das sauerländische Unternehmen Giersch war hier von Anfang an dabei. Der Öl-Brennwertkessel MultiJet wurde bereits auf der ISH 2001 vorgestellt und von Stiftung Warentest im Juli 2004 mit der Note sehr gut als Testsieger gekürt. Um die Marktakteure zu überzeugen, musste anfangs aber zunächst das Missverständnis aus dem Weg geräumt werden, dass Öl- gegenüber Gas-Brennwertkesseln Ansicht entspringt der traditionell missverständlichen Bewertung der Wirkungs- und Nutzungsgrade, welche auf den Heizwert anstatt auf den Brennwert bezogen sind. Denn mit auf den Heizwert bezogenen Nutzungsgraden von bis zu 109 Prozent bei Gas- und bis zu 104 Prozent bei Öl-Brennwertgeräten wird der Anschein erweckt, dass in Brennwertgeräten mehr Wärme entsteht als zuvor in Form von Primärenergie im Brennstoff enthalten war. Werte über 100 Prozent entstehen durch die von der DIN vorgegebene Bezugsgröße, dem Heizwert Hi (früher unterer Heizwert Hu). Er bezeichnet die Wärmemenge, die bei einer vollständigen Verbrennung frei wird. Der bei der Verbrennung aller fossilen Brennstoffe entstehende Wasserdampf kann in einem Standard- oder Niedertemperaturkessel nicht genutzt werden und muss mit dem Abgas als Verlust abgeführt werden chen durch die Kondensation des Wasserdampfes feucht, führt dies bei Standard- und Niedertemperaturkesseln unvermeidlich zu Korrosion. Dagegen sind Brennwertkessel sionsgeschützten Materialen ausgeführt, die es erlauben, dass sowohl sehr geringe Kesselwasser- als auch Abgastemperaturen gefahrlos möglich sind. Der in den Verbren- Abb. 1 Neuer Giersch-Öl-Brennwertkessel FCU. nungsgasen enthaltene Wasserdampf kondensiert auf den werdende latente Wärme wird als zusätzlicher Brennwertgewinn genutzt was bei dem traditionellen Bezug auf den Heizwert Hi Nutzungsgrade von über 100 Prozent ergibt. Deshalb ist es physikalisch richtig, den Nutzungsgrad auf den gesamten Energieinhalt des jeweiligen Brennstoffes zu beziehen, also auf den Brennwert (Hs). Die Energieausbeute ist dann die Summe aus sensibler und latenter Wärme. Je geringer die Abgastemperatur, umso geringer ist der Abgasverlust und umso mehr Wasserdampf kondensiert. 110 % 100 % 90 % 80 % Abb. 2 Verbrennungsprodukte bei der Verbrennung von Heizöl. Beides geringer Abgasverlust und hohe Wasserdampfkondensation führt zu einer insgesamt höheren Energieausnutzung. Bei dem energetischen Bezug auf den Brennwert wird deutlich, dass Gas- und Öl-Brennwertheizun- Nutzungsgrad) auf gleichem Niveau liegen (Abb. 3). Im Sinne einer für Endverbraucher verständlichen Kommunikation sollten Wirkungs- und Nutzungsgrade nur noch auf den Brennwert bezogen werden. Heizölqualitäten Bezugsgröße: Heizwert H i Heizöl EL Erdgas NT BW NT BW In der Vergangenheit herrschte lange Zeit Unklarheit darüber, NT: moderner Niedertemperaturkessel BW: moderner Brennwertkessel 110 % 100 % 90 % 80 % nicht genutzter Energieinhalt des Brennstoffs typischer Kesselwirkungsgrad im Bezugssystem Abb. 3 Heiz- und Brennwert bei der Verbrennung von Heizöl EL und Erdgas. inwieweit sich der Schwefelgehalt im Heizöl EL negativ auf die Öl-Brennwertkessel auswirken könnte, vor allem in Bezug auf Verschmutzung und Korrosion. Um diesen Problemen entgegenzuwirken, wurde speziell für die Öl-Brennwerttechnik schwefelarmes Heizöl EL entwickelt. Mit einem Schwefelgehalt von max. 50 ppm, gemäß DIN , verbrennt Heizöl EL nahezu rückstandsfrei. Öl-Brennwertgeräte, die mit schwefelarmem Heizöl EL betrieben werden, können, wie die Gas-Brennwertgeräte, ohne Neutralisation des anfallenden Kondenswassers betrieben werden, was zusätzlich Kosten spart. Für manche Öl-Brenn- Bezugsgröße: Brennwert H s Heizöl EL Erdgas NT BW NT BW HEIZUNGSJOURNAL

3 FACHBEITRAG wertgeräte ist schwefelarmes Heizöl ausdrücklich vorgeschrieben. Der neue Brennwertheizkessel Giersch- FCU onsbeständigem Edelstahl und kann sowohl mit Heizöl EL Standard als auch mit der Qualität Heizöl EL Schwefelarm arbeiten. Aufbau moderner Öl- Brennwertkessel am Beispiel Giersch- FCU Der Brennwertheizkessel Giersch- FCU ist komplett aus CrNiMo-Edelstahl gefertigt. Die Abb. 4 Öl-Brennwertkessel FCU : Kesselschnitt und Heizgasführung. parallel geschalteten Glattrohrwendeln. In der Mittelachse dieser koaxialen Wendel ist die Brennkammer mit dem geregelten Blaubrenner integriert. Die Flamme brennt nach unten, wird dort umgelenkt und die heißen Verbrennungsgase strömen innerhalb der Brennkammer zurück nach oben. Dort sind die beiden Heizwendel eingeschweißt, in die die Verbrennungsgase eintreten und durch die beiden Rohrwendeln nach unten strömen (Abb a). Auf dem Weg durch die Heizwendel übertragen sie zunächst die sensible Wärme an das umgebende Kesselwasser. Im unteren Abschnitt beginnt der Wasserdampf im Heizgasstrom zu kondensieren und die latente Wärme wird frei, die Brennwertnutzung beginnt. Das Heizgas strömt nach unten und unterstützt dabei das in gleicher Richtung abtropfende Kondensat. Im Sammler wird das Kondensat aufgefangen und gelangt in die integrierbare Neutralisationsbox. Damit möglichst viel Wasserdampf bereits auf den Heiz- Heizungsrücklauf ganz unten im Kessel eingeleitet. Auf diese Weise kühlen die Abgase bis nahe an die Rücklauftemperatur ab und treten am Ende der Heizwendel in den Abgasstutzen ein. Über eine koaxiale Abgasleitung werden sie ins Freie geführt. Vorher wärmen sie die im Ringspalt von außen zuströmende Verbrennungsluft im Gegenstromprinzip auf. So wird auch noch ein großer Teil der geringen Rest-Abgaswärme zusätzlich genutzt. Konstruktionsmerkmale für einen hohen Brennwertnutzen: Edelstahl-Glattrohrwendel Die Einleitung des Heizungsrücklaufs im Bereich der unteren Rohrwendel und die Umspülung der Rohre von außen sorgen für einen guten Wärmeübergang mit einer intensiven Brennwertnutzung. Aufgrund des rund 20-fach höheren Wärmeübergangsko- wird die heizgasseitige Ober- Rohren von der umgebenden Wassertemperatur (Rücklauf) bestimmt. Daher kann der im Heizgasstrom enthaltene Wasserdampf unmittelbar auf der mit Heizgas beaufschlagten Wärmeübertragungsfläche kondensieren, sobald die Rücklauftemperatur geringfügig unterhalb der Temperatur des Wasserdampftaupunkts liegt. Bemerkenswert ist hierbei, dass diese Kondensation auch dann Heizgastemperatur selbst noch weit über dem Taupunkt liegt. Sinkt die Heizgastemperatur im Kernstrom ebenfalls unter den Taupunkt, kondensiert der Wasserdampf zusätzlich in Form von Nebel (Abb. 5). Die genannten Verhältnisse bewirken, dass selbst mit toren), die auf Systemtemperaturen 75/60 C (Vorlauf-/ Rücklauftemperatur) ausgelegt sind, in der überwiegenden Zeit der Heizperiode Brennwertnutzung direkt auf den In Abb. 6 sind als Beispiel für Abb. 5 Kondensationsformen innerhalb der Rohrwendel. Abb. 6 Kondensationsformen und jährliche Heizarbeit in Abhängigkeit von Außentemperatur sowie Vor- und Rücklauftemperatur. 18 HEIZUNGSJOURNAL

4 eine Klimazone mit -15 C als Norm-Außentemperatur der Heizarbeitsanteil sowie der Verlauf der Vor-, Rücklauf- und Abgastemperatur aufgetragen. Weil diese Art der Kondensation unmittelbar auf der Heiz- kann sie bis zu einer Außen- - - sation des Wasserdampfes in - fort. - - Modulierender Ölbrenner - - der Außentemperatur be mit einer Kennlinie, die im Feu- - Verbrennungsluftmenge, die eine Funktion der aktuellen Soll-Leistung ist, ab. Über den Feuerungsautomaten wird die Sinkt die Heizlast bei steigender Außentemperatur, wird und damit Luftmenge redu- - passt. Weil für eine geringere Feuerungsleistung die gesam- - n meübertragung die Tempera- und Rücklauftemperatur. Verg lierender in der Übergangszeit für einen niedrigen Abgastempe liegt der Wasserdampftaupunkt und umso günstiger sind die Voraussetzungen für brennt im gesamten Leis- - CO - dampftaupunkt in den Ver- Zusammenfassend bewirkt ein geringer Verbrennungsluft- - Einbau und Handhabung - wicklung auf eine optimale in die Heizungsanlagen zu in- Rund. Oval. Egal! flexpipe plus Rund- und Ovalrohr im cleveren Systempaket. Das Helios Luftverteilsystem FlexPipe wird zu FlexPipe Plus: Die Ergänzung des bewährten Rundrohrsystems um ovale Komponenten bringt beliebige Kombinierbarkeit in die Strecke und vom Verteilerkasten weg. Das macht die Planung und Installation kompletter Lüftungssysteme mit Wärmerückgewinnung denkbar einfach und DINsicher. FlexPipe Plus bringt größtmögliche Flexibilität bei zugleich geringer Teilevielfalt. Fordern Sie Unterlagen an. Helios Ventilatoren VS-Schwenningen Tel. +49 (0) /

5 FACHBEITRAG Abb. 7 Öl-Brennwertkessel Baureihe GK : Kesselschnitt und tegrieren. Wegen des großen Kesselwasserinhaltes sind keine besonderen hydraulischen Maßnahmen erforderlich. Die neue Baureihe ist für die Modernisierung von alten Heizungsanlagen geradezu prädestiniert. Brenner, Regelung, Verklei- werksseitig bereits montiert, geprüft und voreingestellt. Die integrierte Regelung Giematic Comfort überwacht und steuert alle Funktionen. Sie ist einfach zu bedienen und zeigt alle Funktionen und Hinweise, wahlweise in neun Sprachen, in Klartext an. Bis zu drei Heizkreise und die Trinkwassererwärmung lassen sich regelungstechnisch versorgen. Auch alternative Energien, wie Solar und Holzkessel, können vollautomatisch mit eingebunden werden. Eine Bus-Kommunikation ermöglicht die Verbindung mit dem Giematic -Regelungsprogramm. Die Einstellung des Brenners erfolgt ohne Werkzeug. Als MMI (Multi Media Interface) dient das Display der Regelung. Die optimale Serviceposition von Brenner den Kessel einfach und leicht von oben und vorne zu reinigen. Aufgrund des Einsatzes von hochlegiertem Edelstahl kann der FCU sowohl mit schwefelfreiem Heizöl EL als auch mit Heizöl der Standardqualität betrieben werden. Im ersten Fall kann wie bei Gas-Brennwertkesseln das Kondensat ohne Neutralisation in den Abwasserkanal Abb. 8 Öl-Brennwertkessel Baureihe GK und GK 250. abgeleitet werden. Wird dagegen Heizöl der Standardqualität eingesetzt, muss das Kondensat vorher neutralisiert werden. Hierzu ist für den einfachen Einbau in den Kessel eine Neutralisationsbox mit Kondensatpumpe als Option lieferbar. Hinter der Kesseltür Schuko -Steckdose, an der die Kondensatpumpe oder auch eine separate Leuchte angeschlossen werden kann. Als Abgassystem können, wie bei Gas-Brennwertkesseln, preiswerte Kunststoffrohre eingesetzt werden. Der Öl-Brennwertkessel überzeugt durch seine moderne Technik und ein sehr gutes Preis/Leistungs- Verhältnis. Öl-Brennwertkessel für den mittleren Leistungsbereich Für den Leistungsbedarf von Mehrfamilienhäusern, Hotels und Gewerbegebäuden hat Giersch die Öl-Brennwertkes- - Programm aufgenommen kessel ist ein Niedertemperatur-Stahlheizkessel mit Umkehrbrennkammer, der im Heißgaszügen ausgerüstet ist. Danach strömen die Heizgase in den darunter liegenden zweiten Zug, der aus einem waagrecht angeordneten Glattrohrbündel besteht (Abb. se den überwiegenden Anteil ihrer sensiblen Wärme an das umgebende Kesselwasser übertragen haben, strömen sie mit einer Temperatur von angeordneten Abgas-Wärmeübertrager aus Kunststoffrohren. Durch die integrierte Rücklauftemperaturanhebung bleibt der Grundkessel trocken und ist damit korrosionsgeschützt. Die Abgase beaufschlagen die Rohre von außen und wärmen dabei die in den Rohren zuströmende (im Kreuz-Gegenstrom) kalte Verbrennungsluft vor, bevor diese in das Brennergebläse eintritt. Das hat zur Folge, dass die abkühlen, was zur intensiven und andauernden Kondensation des Wasserdampfs führt. Die auf diese Weise zweifach ausgekühlten Abgase werden über ein Abgasgebläse entsorgt, das gleichzeitig den Druck in der Brennkammer konstant hält Voraussetzung für eine stabile Verbrennung. Bei den kleineren Kesselgrö- Abgasgebläse innerhalb und des Kessels angeordnet (Abb. temperatur ständig unterhalb der gesamten jährlichen Betriebszeit die Kondensation des Wasserdampfes gewährleistet, selbst bei Heizkreistem- Norm-Nutzungsgrad erreicht zent. Die Kessel sind sowohl für den Betrieb mit Heizöl EL Standard als auch für die Qualität schwefelarm geeignet. Eine raumluftunabhängige Betriebsweise ist bei Abgas-System (LAS) möglich. Bis zu acht Öl-Brennwertkessel des Typs GK lassen sich in Kaskade zu einer maximalen Gesamtleistung von bis Die witterungsgeführte Regelung besitzt in der Grundausstattung die Funktionen Heizkreisregelung, Trinkwassererwärmung mit Steuerung der Zirkulationspumpe, 1- oder des Brenners, Estrichaufheizprogramm und Betriebsstundenzähler. Optional lässt sich die Regelung für einen zweiten Mischerkreis erweitern. Ein Zusatzregler gestattet die Erweiterung auf bis zu 16 Heizkreise. Die Reglung verfügt über eine Klartextanzeige mit hintergrundbeleuchtetem Display. Über Kurzwahltasten ist die Menü-Führung äußerst bedienerfreundlich. 20 HEIZUNGSJOURNAL

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