Fachtagung altbau plus, 03. September 2010 Die moderne Ölheizung aktuelle Forschungsprojekte am OWI: Untersuchungen zum Stand der Technik und aktuelle Entwicklungsarbeiten Dr.-Ing. Ralph Edenhofer, Gruppenleiter Messtechnik OWI GmbH 1/22
Inhalt Inhalt Die GmbH Stand der Technik moderner Heizungsanlagen - Effizienz von Brennwertgeräten - Emissionen aktuelle Entwicklungsarbeiten - Entwicklungstendenzen (Mikro-KWK, Wärmepumpe) - Modulierender Ölbrenner kleiner Leistung 2/22
Die GmbH Die GmbH ist gemeinnütziger Forschungsdienstleister im Bereich Verbrennungs- und Energietechnik ist An-Institut der RWTH Aachen (enge Anbindung an die Hochschule) ist 100 % drittmittelfinanziert (Industrie und öffentliche Forschung) versteht sich als Mittler zwischen Grundlagenforschung und industrieller Anwendung beschäftigt etwa 100 Mitarbeiter 3/22
Die GmbH Die GmbH beschäftigt sich u.a. mit Systementwicklung und -integration (Brenner, Reformer für Brennstoffzellen u.a. bis zum Labormuster) Strahlrohrbrenner Brenngaserzeugung Mini-Brennstoffzellensystem Brennstoffzelle 4/22
Die GmbH Die GmbH beschäftigt sich u.a. mit Systementwicklung und -integration (Brenner, Reformer für Brennstoffzellen u.a. bis zum Labormuster) Brenn- und Kraftstoffen (fossil und regenerativ) Anwendungstechnische Eigenschaften FAME 5/22
Die GmbH Die GmbH beschäftigt sich u.a. mit Systementwicklung und -integration (Brenner, Reformer für Brennstoffzellen u.a. bis zum Labormuster) Brenn- und Kraftstoffen (fossil und regenerativ) Werkstoffen (hauptsächlich Hochtemperaturanwendungen) 2.4879 Werkstoffoberfläche im REM 6/22
Stand der Technik moderner Heizungsanlagen Effizienz von Brennwertgeräten Stand der Technik: Brennwert (Öl und Gas) für Heizöl ermöglicht u.a. durch HEL S-arm Nutzung der gesamten im Brennstoff enthaltenen Energie (inkl. latente Wärme) Bezug der Wirkungsgrade auf den Brennwert H S OWI-Studie zu Wirkungsgraden Herstellerangaben zu marktgängigen Brennwertgeräten Statistische Analyse von 91 Geräten von 9 Herstellern 7/22
Stand der Technik moderner Heizungsanlagen Effizienz von Brennwertgeräten 40 35 30 Heizöl EL, 100 % Last Heizöl EL, 30 % Last Erdgas, 100 % Last Erdgas, 30 % Last Anteil Geräte / % 25 20 15 10 5 0 0 86 88 90 92 94 96 98 100 Wirkungsgrad, bezogen auf H s / % 8/22
Stand der Technik moderner Heizungsanlagen Effizienz von Brennwertgeräten feuerungstechnischer Wirkungsgrad 1,00 0,98 0,96 0,94 0,92 0,90 0,88 0,86 0,84 0,82 Bezugstemperatur: 25 C Feuchtigkeit der Verbrennungsluft: 50 % Heizöl EL, l = 1,0 Heizöl EL, l = 1,2 Heizöl EL, l = 1,5 Erdgas H, l = 1,0 Erdgas H, l = 1,2 Erdgas H, l = 1,5 0,80 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 Abgastemperatur / C 9/22
Stand der Technik moderner Heizungsanlagen Emissionen gasförmige Schadstoffe Stand der Technik für HEL: CO 60 mg/kwh NO X 120 mg/kwh ehemals Blauer Engel (RAL-UZ 46) Partikel (Feinstaub) Ermittlung von Emissionsfaktoren aus - modernen Anlagen (NT-, Brennwertkessel) mit - gängigen Brennstoffen (HEL Standard und S-arm) Vergleich mit alternativen Brennstoffen (Holzpellets) 10/22
Stand der Technik moderner Heizungsanlagen Emissionen: Feinstaub verschiedener Brennstoffklassen 14 12 10 8 6 4 2 0 Gesamt PM 10 PM 2,5 PM 1 Heizöl 2 3 Biomasse 2 1 intermittierend stationär Brennwertkessel NT-Kessel NT-Kessel Pelletsorte 1 Pelletsorte 2 HEL Stand. HEL S-arm Holzpellets intermittierend stationär stationär intermittierend stationär, Vollast stationär, Teillast stationär, Vollast stationär, Teillast bezogene Emissionen / mg/mj 11/22
Stand der Technik moderner Heizungsanlagen Emissionen: Feinstaub aus ölbefeuerten Anlagen 0,10 bezogene Emissionen / mg/mj 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 4 3 2 2 3 Gesamt PM 10 PM 2,5 PM 1 2 stationär stationär stationär intermittierend intermittierend intermittierend NT-Kessel Brennwertkessel NT-Kessel HEL Standard HEL S-arm 12/22
Stand der Technik moderner Heizungsanlagen Emissionen: Staubemissionen von FAME-Blends 0,10 bezogene Emissionen / mg/mj 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00 4 2 Gesamt PM 10 PM 2,5 PM 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 clear 0,1 % FAME 5 % FAME 20 % FAME clear 0,1 % FAME 5 % FAME 20 % FAME clear 5 % FAME 20 % FAME 20 % FAME stationär HEL-Standard stationär HEL S-arm 1 intermittierend stat. HEL S-arm 2 13/22
aktuelle Entwicklungsarbeiten Entwicklungstendenzen Niedrigenergiehaus Optimierung der thermischen Dämmung etc. Mikro-KWK Gleichzeitige Erzeugung von Strom und Nutzwärme 14/22
aktuelle Entwicklungsarbeiten Primärenergetische Betrachtung von Strom und Nutzwärme getrennte Erzeugung Mikro-KWK Wärme 98 % Strom < 50 % Wärme + Strom ges. 90 % ges. 80 % ges. 90 % 15/22
aktuelle Entwicklungsarbeiten Entwicklungstendenzen Niedrigenergiehaus Optimierung der thermischen Dämmung etc. Mikro-KWK Gleichzeitige Erzeugung von Strom und Nutzwärme Wärmepumpe Wärme transportieren statt erzeugen 16/22
aktuelle Entwicklungsarbeiten Wärme transportieren statt erzeugen : Wärmepumpe Strom-Wärmepumpe Quelle:http://www.bine.info Wärme JAZ > 100 > 13 % Strom < 50 % ges. 85 % 17/22
aktuelle Entwicklungsarbeiten Wärme transportieren statt erzeugen : Wärmepumpe Brennstoff-Wärmepumpe Quelle:http://www.bine.info Wärme JAZ 1,5 Strom < 50 % ges. 95 % 18/22
aktuelle Entwicklungsarbeiten Entwicklungstendenzen Niedrigenergiehaus Optimierung der thermischen Dämmung etc. Mikro-KWK Gleichzeitige Erzeugung von Strom und Nutzwärme Wärmepumpe Wärme transportieren statt erzeugen Verringerung des Energiebedarfs Modulierbarkeit Modulierender Ölbrenner kleiner Leistung 19/22
aktuelle Entwicklungsarbeiten Einsatz flüssiger Brennstoffe (im Vergleich mit Erdgas) Unabhängigkeit von Gas-Infrastruktur Flexibler Brennstoffeinkauf und Speicherung Einsatz CO 2 -neutraler Brennstoffe (Rapsöl, ) Versorgungssicherheit Zusätzlicher Prozessschritt Brennstoffverdampfung Brennstoffdosierung und Leistungsmodulation Forschung & Entwicklung am OWI 20/22
aktuelle Entwicklungsarbeiten Konzept 1: Oberflächenbrenner HEL Luft KF-Verdampfer Luft P th = 3 kw = 1,15 Heizöl EL P th = 15 kw = 1,15 Heizöl EL Brenner 21/22
aktuelle Entwicklungsarbeiten Konzept 2: Porenbrenner modulierbares Brenner- Modul 1 kw - 8 kw P th = 1 kw = 1,6 Heizöl EL P th = 8 kw = 1,5 Heizöl EL 22/22
Fachtagung altbau plus, 03. September 2010 Wir arbeiten daran! Kontaktdaten: Ralph Edenhofer OWI GmbH An-Institut der RWTH Aachen Kaiserstrasse 100 52134 Herzogenrath Tel: +49(0)2407/9518-130 Mail: r.edenhofer@owi-aachen.de 23/22