Stückholz - Zentralkessel

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1 Inhalte Heizung mit Biobrennstoffen für Passivhäuser 19. September 2007 Anlagenkonfigurationen für Holz- und Holzpelletsheizung im Passivhaus Prof. Dr. rer. nat. Harald Krause Überblick über Stückholz- und Pelletskessel Zentralkessel Kessel für den Wohnraum Raumöfen Kachelöfen Anlagen für Einfamilienhäuser Heizwärme und Brennstoffbedarf Fragestellungen bei der Planung Anlagenkonzepte Anlagen für größere Einheiten Anlagenkonzepte Brennstofflagerung Heating Systems / 1 Anlagenkonfigurationen / 2 Stückholzkessel - Saugzug 1. Füllraum: Scheitlänge bis 56 cm 2. Hochtemperaturwirbelbrennkammer 3. Luftführung: getrennt regelbare Primärund Sekundärluftklappen Stückholz - Zentralkessel 4. Wärmetauscher: Stehender Rohrbündelwärmetauscher mit Turbulatoren 5. Saugzugventilator: drehzahlgeregelt, modulierende Leistungsanpassung 6. Lambdasonde 7. Regelung Wirkungsgrad Teil- und Nennlast ca. 90% Nennleistung: 20 bis 50 kw, Brenndauer bis zu 20 h Abgastemperatur 150 bis 170 C Kamindurchmesser 150 bis 180 mm Anlagenkonfigurationen / 3 Anlagenkonfigurationen / 4

2 Stückholzkessel - Naturzug Leistungsbereich 22 bis 49 kw (bis 250 kw) Wirkungsgrad ca. 80% Abgastemperaturen 190 bis 250 C Abgasstutzen 180 bis 200 mm Füllraum 73 bis 116 l Holzpellets - Zentralkessel Anlagenkonfigurationen / 5 Anlagenkonfigurationen / 6 Standard Pelletskessel Beispiel Unterschubfeuerung Holzpellets - Brennwertkessel Leistungsbereiche: von 2 bis 8 kw von 3 bis 10 kw von 5 bis 15 kw von 7 bis 20 kw von 9 bis 25 kw von 11 bis 32 kw 36 bis 56 kw Unterschubfeuerung Wirkungsgrade bis zu 95% automatische Reinigung der Züge Ascheverdichtung (Ascheaustrag optional) Kamindurchmesser 14 bis 16 cm Anlagenkonfigurationen / 7 Anlagenkonfigurationen / 8

3 Standard Pelletskessel Beispiel Fallschacht Verbrennung Standard Pelletskessel Beispiel Schneckenförderung Leistungsbereiche: von 4 bis 14 kw von 8 bis 30 kw Fallschacht Verbrennung Wirkungsgrade 90 bis 95 % automatische Reinigung der Züge geringer Wasserinhalt 24l / 38l Kamindurchmesser mm Abgastemperatur C (1): Lambdasonde (2): Abgasventilator (3): Wärmetauscher (4): Steuerung (6): Heißluftzündung (7): Klapprost (8): Aschebox Anlagenkonfigurationen / 9 Anlagenkonfigurationen / 10 Standard Pelletskessel Beispiel Förderung über Saugersystem Saugersystem: bis zu 20 m überbückbar, wenn Lagerraum weiter entfernt oder Erdtank. Nachteil: laut und Zusatzkosten Kessel für Wohnraum Anlagenkonfigurationen / 11 Anlagenkonfigurationen / 12

4 Pelletskessel für Einbau Pelletskessel - Standgerät Wärmeleistung 2 bis 10 kw Leistung wasserseitig 80% Abgastemperatur 55 bis 120 C Schornstein ca. 120 mm Pelletsvorrat bis zu 55 kg Rücklaufanhebung etc. bauseits modulierender Betrieb möglich Wasserinhalt 4 l Warmluftschacht anschließbar externe Ansteuerung Wärmeleistung 3 bis 10 kw Leistung wasserseitig 80% Abgastemperatur 65 bis 148 C Wirkungsgrad bis 95% Schornstein ca. 120 mm Pelletsvorrat 40 kg Rücklaufanhebung, Sicherheitsgruppe, Ausdehnungsgefäß integriert 3 Leistungsstufen externe Ansteuerung über potentialfreien Kontakt Anlagenkonfigurationen / 13 Anlagenkonfigurationen / 14 Pelletskessel Standgerät minimale direkte Wärmeabgabe Pelletskessel - Standgerät Wärmeleistung 3 bis 13 kw Wirkungsgrad bis 95% Leistung wasserseitig bis 95% Abgastemperatur 60 bis 105 C Schornstein ca. 120 mm Pelletsvorrat 40 kg Rücklaufanhebung etc. bauseits modulierender Betrieb möglich Wasserinhalt 24 l raumluftunabhängiger Betrieb möglich (noch ohne Zulassung) Wärmeleistung 3,4 bis 11,9 kw Leistung wasserseitig 85% (12) Abgastemperatur bis 138 C Wirkungsgrad bis 92% Schornstein ca. 120 mm Pelletsvorrat 38 kg (1) stufenlose Modulation externe Ansteuerung über potentialfreien Kontakt Rücklaufanhebung integriert (optional) Anlagenkonfigurationen / 15 Anlagenkonfigurationen / 16

5 Stückholzkessel Stückholzkessel Ausschamottierter Brennraum (1) Wasserführende Wärmetauscher (2) Thermische Ablaufsicherung (3) Rauchrohrabgang oben/hinten (5) Fühler (6) thermische Ablaufsicherung Kesselfühler (7) Revisionsöffnung (8) Verbrennungsluftregler (10) Rücklaufanhebegruppe (11) (optional) Heizleistung: 5 10 kw Leistung wasserseitig ca. 70% Wirkungsgrad ca. 80% Nennwärmeleistung 8 kw (4 bis 12 kw) ca. 70% wasserseitig automatische Verbrennungsluftführung Wirkungsgrad ca. 84% mittlere Abgastemperatur 205 C Anlagenkonfigurationen / 17 Anlagenkonfigurationen / 18 Stückholz Raumofen mit Abbrandsteuerung Raumöfen (2) Sekundärluftstrom / Oberluft (3) Schamott (4) Holzfänger (5) Primärluftstrom / Unterluft (6) RLS-Luftverteilungssystem (7) Flammtemperatursensor und mikroprozessorgesteuerter Motor für automatischen Antrieb des RLS-Luftverteilungssystems Heizleistung 4 bis 8 kw modulierende Luftmengenzufuhr Wirkungsgrad bis zu 82% Rauchrohrabgang 130 mm Anlagenkonfigurationen / 19 Anlagenkonfigurationen / 20

6 Stückholz Raumofen mit Abbrandsteuerung Stückholz Raumofen raumluftunabhängig mit DIBT-Zulassung Nennwärmeleistung 7 kw raumluftunabhängig mit DIBT-Zulassung Abgastemperatur 280 C Anlagenkonfigurationen / 21 Anlagenkonfigurationen / 22 Holzpellets Raumofen Einbau Variante Holzpellets Raumofen Wärmeleistung 2 bis 6 kw Pelletsbehälter bis zu 55 kg Anschluss für Warmluftschächte Wärmeleistung: 2,5 bis 7kW; 3 bis 10 kw Pelletsvorrat 30 kg Wirkungsgrad bis zu 94% Raumthermostat integriert Abgastemp.: C Anlagenkonfigurationen / 23 Anlagenkonfigurationen / 24

7 Kachelofeneinsätze Kachelofeneinsätze 1: Feuerraum 2: Wasserwärmetauscher 3: Kesselkörper 4: Speicherfläche 5: Anheizklappe 6: Reinigungsmechanik Heizleistung 14 kw wasserseitig bis zu 60% (im stationären Betrieb ) automatische Abbrandsteuerung optional Anlagenkonfigurationen / 25 Anlagenkonfigurationen / 26 Wesentliche Fragestellungen Kessel oder Ofen für Wohnbereich Heizwärme- und Brennstoffbedarf Anlagen für Einfamilienhäuser Bsp: EFH ca. 150m², 4 Personen, thermische Solaranlage Endenergiebedarf für Heizung und Warmwasser mit PHPP Aufstellraum 40 m² Stückholz: 8 kw, 70% wasserseitig, 80% Wirkungsgrad ca kwh - ca kg oder 3 rm Pellets: 10 kw, 80% wasserseitig, 90% Wirkungsgrad ca kwh ca kg (also 66 x 15 kg Säcke) Anlagenkonfigurationen / 27 Anlagenkonfigurationen / 28

8 Wesentliche Fragestellungen Kessel oder Ofen für Wohnbereich Brennstoffkosten bei kleinen Mengen Sackware bis zu 40% teuerer als lose Ware Reinigungsintervalle in der Heizperiode ja nach Kessel alle 7 bis 14 Tage Größe der Aufstellraums Überhitzungsgefahr ggf. zusätzlicher Warmluftschacht Geräusche zum Teil durch Förderschnecke Gebläse bzw. Flammgeräusche Wesentliche Fragestellungen Kessel oder Ofen für Wohnbereich Verbrennungsluftzufuhr externe Verbrennungsluft obligatorisch motorische Zuluft- oder Abgasklappe verhindert Konvektion Kessel meist nicht raumluftunabhängig nach DIBT Abgasanlage Schornstein nötig ggf. Außenkamin Wärmebrücken und Undichtheiten vermeiden Einsatz mit Wohnraumlüftung Kessel meist nicht raumluftunabhängig nach DIBT Merkblatt Bundesverband des Schornsteinfegerhandwerkes beachten Eigene Messungen: reiner Abluftbetrieb bei maximalem Volumenstrom (250 m³/h) führte zu Unterdruck von ca. 4 Pa Anlagenkonfigurationen / 29 Anlagenkonfigurationen / 30 Beurteilungskriterien Bundesverband des Schornsteinfegerhandwerkes Wesentliche Fragestellungen Kessel oder Ofen für Wohnbereich Warmwasserbereitung im Sommer thermische Solaranlage, auf hohe Deckung ausgelegt elektrische Zusatzheizung Urlaub Krankheit elektrische Notheizung? Sicherheitseinrichtungen thermische Ablaufsicherung (bei Stückholz) STB bei Pellets ausreichend ggf. Sicherheitsventil im Wohnbereich (falls Rücklaufanhebung integriert) keine Absperrvorrichtungen zwischen Sicherheitsventil und Kessel Geschossweise Trennung der Frischluftheizung sinnvoll? ggf. 2 Heizregister und zwei Raumtemperaturfühler Anlagenkonfigurationen / 31 Anlagenkonfigurationen / 32

9 Wesentliche Fragestellungen Kessel oder Ofen für Wohnbereich Wesentliche Fragestellungen Kessel im Heizungsraum Größe des Pufferspeichers bei Stückholz aus der Wärmenergie pro Abbrand gute Schichtung von Vorteil Brennstoffbedarf, Lagerung, Beschickung automatische Zufuhr sinnvoll Kurze Leitungslänge Kessel - Rücklaufanhebung Ansteuerung des Kessels (bei Pellets) durch Heizungsregelung (modifiziert) möglichst bedarfsgesteuert z.b.: Heizungsanforderung aus Raum ODER WW-Anforderung Anforderung über Puffer-Solltemperaturen meist nicht sinnvoll Mindestlaufzeiten beachten Ansteuerung des Kessels (bei Stückholz) Kesseltemperatur steuert Pumpe ggf. Temperaturanzeige für WW-Puffer im Wohnbereich Brennstoffkosten bei kleinen Mengen ggf. Zuschlag von 10% Reinigungsintervalle Asche entleeren (ca. 1-2 Monate) Größe des Pufferspeichers bei Stückholz aus der Wärmenergie pro Abbrand gute Schichtung von Vorteil Anlagenkonfigurationen / 33 Anlagenkonfigurationen / 34 Wesentliche Fragestellungen Kessel im Heizungsraum Anlagen für Einfamilienhäuser Art der Brennstoffförderungen Beispiele Anlagenschemata Aufstellort, innerhalb der Hülle? Verteilverluste minimieren Raumofen als Zusatzheizung Geräusche, wenn Heizungsraum im EG gute Körperschall-Entkopplung gute Luftschalldämmung bei leichten Trennwänden ggf. erhöhte Schalldämmung nötig Konzept mit Energiezentrale - Messergebnisse Konzept Kölner Holzhaus - Messergebnisse Konzept Solvis - Hydraulikschema Konzept Rika - Hydraulikschema Anlagenkonfigurationen / 35 Anlagenkonfigurationen / 36

10 Raumofen als Zusatzheizung Raumofen als Zusatzheizung Kompaktaggregat sorgt für Abdeckung der Grundlast Stückholz- oder Pelletsofen werden bei Bedarf zugeschaltet Bisher von uns realisiert: Stückholzofen ergänzt direktelektrische Frischluftheizung (Luftheizung reicht alleine) Stückholzofen als planmäßige Ergänzung zu Kompaktaggregat (deckt ca. 70% der Heizlast ab) mehrmals: Stückholzofen aus Komfortgründen als Ergänzung zu unterschiedlichsten Heizkonzepten Heizleistung in % geordnete Jahresdauerlinie Jahresdauerlinie Passivhaus nötige Heizenergie Zusatzheizung 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Heiztage Tage (normiert Heizperiodeauf 1) Anlagenkonfigurationen / 37 Anlagenkonfigurationen / 38 Prinzipschema mit Kessel Anlagenschema- Beispiel ggf. Elektro- Zusatzheizung Anlagenkonfigurationen / 39 Anlagenkonfigurationen / 41

11 Regelungstechnische Modifikationen Kesselanforderung RT-EG ODER RT-OG ODER RT-KG ODER WW d.h. Heizungsanforderung über Wärmebedarf im Raum Abschaltkriterium: entweder Solltemperaturen im Puffer erreicht (aus Heizungsregelung) oder keine Wärmeanforderung Umwälzpumpen Heizkreispumpen über Anforderung Raum Kesselkreispumpe über Heizungsregelung Realisierung über Bussystem Anlagenkonfigurationen / 42 Anlagenkonfigurationen / 43 Beispiel: Pelletsksssel integriert Energieverbrauch 2005/2006/2007 in kwh pro Monat 1800 Kamin Verbrauchserfassung kwh pro Monat Pelletsverbrauch 2005: 1260kg Solarertrag 2005 Pelletsverbauch 2006: 1050kg Solarertrag 2006 Pelletsverbrauch 2007: 440 kg Solarertrag Januar Februar März April Mai Juni Juli August Pelletsverbrauch 2005: 1260kg Solarertrag Pelletsverbauch 2006: 1050kg Solarertrag Pelletsverbrauch 2007: 440 kg Solarertrag Monat Septemb er Oktober Novemb er Dezemb er Anlagenkonfigurationen / 44 Anlagenkonfigurationen / 45

12 Messungen Kölner Holzhaus Quelle: Backes, Petersdorf, Krämer ECOFYS Abschlussbericht Das Kölner Holzhaus der zweiten Generation Juli 2005 Reihenendhaus ca. 123 m² EBF Pelletskessel im Wohnbereich Solaranlage für WW und Heizung Kombispeicher Luftheizung und Badheizkörper angepasste Regelung Anlagenkonfigurationen / 46 Anlagenkonfigurationen / 47 Messungen Kölner Holzhaus Messungen Kölner Holzhaus Quelle: Backes, Petersdorf, Krämer ECOFYS, Abschlussbericht Das Kölner Holzhaus der zweiten Generation Juli 2005 Quelle: Backes, Petersdorf, Krämer ECOFYS Abschlussbericht Das Kölner Holzhaus der zweiten Generation Juli 2005 Anlagenkonfigurationen / 48 Anlagenkonfigurationen / 49

13 Anlagenkonzept mit Schichtenspeicher Anlagenschema Schichtenpeicher Anlagenkonfigurationen / 50 Anlagenkonfigurationen / 51 Herstellerempfehlungen für Passivhaus Anlagenschema Schichtenpeicher 400 l Pufferspeicher mit 2 Wärmetauschern Frischwasserstation ca. 6 m² Kollektorfläche Elektroheizstab 5 kw Regelung: sperrt Kessel bei Solarertrag Raumtemperaturüberwachung, Vermeidung von Überhitzung Option Rücklauf aus oberem Speicherbereich Anlagenkonfigurationen / 52 Anlagenkonfigurationen / 53

14 Holz- Holzpelletskessel im Heizungsraum Anlagen für größere Einheiten Anlagenkonfigurationen / 54 Anlagenkonfigurationen / 55 Mehrfamilienhäuser Siedlungen - Gewerbe Heizzentralen - vormontiert klassische Anlagenkonzepte möglich Vormontierte Heizzentralen Aufstellung als Nebengebäude Verteilverluste beachten inkl. Pelletslager und Abgasführung Leistungsbereiche bis 224 kw Nahwärme -konzepte zentrale Wärmerzeugung und Technik (wie üblich) Verteilverluste besonders beachten Übergabe pro Einheit Anlagenkonfigurationen / 56 Anlagenkonfigurationen / 57

15 Heizzentralen - vormontiert Kesseltyp L x B x H (mm) Lagerart/Lagermenge Beschickungsart Typ A 8-20 kw 3200 x 2430 x 2650 Gewebetank S2216R (mit Schwingboden) 3,5 t Lagervolumen Entnahmeschnecke ST120 Typ B kw 4800 x 2430 x 2650 Gewebetank S2822R (mit Schwingboden) 5 t Lagervolumen Entnahmeschnecke ST220 Typ C kw 6200 x 2430 x 2650 Lagerraum mit Schrägboden mit Raumaustragungsschnecke RS-14, 9,5 t Lagervolumen Vakuumsaugsystem Typ D kw x x 2650 Lagerraum mit Schrägboden mit Raumaustragungsschnecke 2x RS-13, 15 t Lagervolumen Vakuumsaugsystem Typ E kw x x 2650 Lagerraum mit Schrägboden mit Raumaustragungsschnecke 4x RS-13, 14 t Lagervolumen Vakuumsaugsystem Anlagenkonfigurationen / 58 Anlagenkonfigurationen / 59 Versorgung weniger Einheiten Zentralanlage Versorgung weniger Einheiten Nebenmodule in Gebäuden Anlagenkonfigurationen / 60 Anlagenkonfigurationen / 61

16 Holzpellets Lagerraum Brennstofflagerung Pelletsbedarf mit PHPP ermitteln auf Trockenheit des Raumes achten Nur explosionssichere Elektroinstallationen im Lagerraum. Ab 50 kw Brandschutzanforderun gen. Anlagenkonfigurationen / 62 Anlagenkonfigurationen / 63 Holzpellets Gewebetank mit Schnecke Holzpellets Gewebetank mit Sauger Schnecken- oder Saugeraustragung Größen: 110x110x135: 0,45 t bis 287x287x213: 7,0 t In Deutschland bis 50 kw keine F90 Trennwände nötig, d.h. Tank kann neben Kessel stehen Anlagenkonfigurationen / 64 Anlagenkonfigurationen / 65

17 Gewebetank extern Zusammenfassung Auch im Passivhaus ist Stückholz- Pelletsheizung machbar Kessel für Wohnräume: Kesselleistungen für EFH zu groß, deshalb Pufferspeicher nötig (siehe auch nächster Vortrag!) Aufs Passivhaus angepasste Regelung verwenden, sonst droht Überhitzung möglichst offener Grundriss bei Raumöfen Brennstoffverbrauch mit PHPP ermitteln Messwerte stimmen gut mit Berechnungen überein Solaranlage für Übergangszeit dimensionieren Bauherren auf Arbeitsaufwand und Geräusche hinweisen! Anlagenkonfigurationen / 66 Anlagenkonfigurationen / 67