Der Voll-Brennwertkessel in der Übersicht
Die folgende Abbildung zeigt die prinzipielle Funktionsweise des Konzeptes
Voll-Brennwerttechnik in der Übersicht. Die hier angegebenen Temperaturwerte
können natürlich im konkreten Fall nach unten bzw. oben variieren.
* abhängig von der Außentemperatur
Der Blaubrenner erzeugt durch das Prinzip der Rezirkulation eine rußfreie
und emissionsarme Verbrennung mit einer Flammtemperatur von ca. 1200°C.
Die Verbrennungsgase werden dann durch speziell profilierte Züge mehrmals
umgeleitet und haben am Ende des Stahlwärmetauschers eine Temperatur von
ca. 70°C. Das im Gegenstrom von unten nach oben fließende Wasser wird
dabei von mindestens 53°C auf maximal 80°C erwärmt.
Als nächstes gelangt das Abgas in den Kunststoffwärmetauscher, in dem
nun in zwei Phasen zunächst ein weiterer Teil fühlbare Wärme und ab der
Taupunkttemperatur zusätzlich latente Wärme genutzt wird, um die angesaugte
Frischluft für den Brenner auf bis zu 60°C vorzuwärmen. Das Abgas verlässt
das System mit weniger als 47°C (bei Ölfeuerung) und tritt durch
das Kunststoffabgasrohr in den Kamin ein, wo es sich schließlich durch
die außen vorbeiströmende Luft, die sich nach unten auf dem Weg zum Kunststoffwärmetauscher
und schließlich zum Brenner befindet, bis zum Kaminende auf ca. 30°C bis
40°C abkühlt. Die von außen angesaugte Luft wird dabei bereits im Kamin
vorgewärmt (LAS).
Von der Frischluft zum Abgas, Vollbrennwerttechnik
Schritt für Schritt:
Im folgenden soll die Funktionsweise des Vollbrennwertkessels in Einzelschritten
erläutert werden. Die dargestellten Abgas- und Zulufttemperaturen stammen
aus einer gemachten Messung. Diese Werte können jedoch bei jeder realisierten
Anlage, in Abhängigkeit der örtlichen Gegebenheiten, variieren:
Das Abgas wird im Stahlwärmetauscher von ca. 1200°C bis auf ca. 70°C abgekühlt.
Im Gegenstrom wird durch das abkühlende Abgas Wasser von ca. 60°C auf
bis zu 80°C aufgewärmt.
Im nachgeschalteten Kunststoff-Wärmetauscher wird ein weiterer Teil fühlbarer
und schließlich ein Grossteil latenter Wärme des Abgases zur Vorwärmung
der aus dem LAS kommenden Frischluft genutzt. Das Abgas hat nun eine Temperatur
von ca. 45°C.
Im LAS wird dann schließlich noch ein Teil der fühlbaren Restwärme und
(je nach Außentemperatur) ein weiterer Teil latenter Wärme zur Vorwärmung
der im Ringspalt nach unten strömenden Frischluft genutzt. Das Abgas verlässt
das Haus mit ca. 40°C.
Die Frischluft für den Brenner wird mittels des LAS von außen bezogen
und durch das Vorbeiströmen am Abgasrohr um ca. 20°C vorgewärmt (abhängig
von Länge und Querschnitten des LAS). Bevor die Luft in den Kunststoffwärmetauscher
gelangt, besitzt sie bereits ca. 30°C.
Durch das abkühlende Abgas und den kondensierdenden Wasserdampf, welches
im Gegenstrom zur angesaugten Frischluft strömt, wird die Luft im Kunststoff-
Wärmetauscher weiter vorgewärmt und erreicht eine Temperatur von bis zu
60°C.
Mit dieser Temperatur wird die Frischluft mittels eines Schlauches in
den Brenner geführt. Sie wird im Brenner mit Öl zu Gas zerstäubt, verbrannt
und der "Kreislauf" beginnt von vorne.
Die Physik der (Voll-)Brennwerttechnik
Hier möchte ich auf die physikalischen Effekte eingehen, die zum
Verständnis der Voll-Brennwerttechnik nützlich sind.
Wärme und Temperatur / Phasenübergänge:
Wärme und Temperatur sind zwei Begriffe, die im täglichen Leben
oft für ein und dasselbe benutzt werden. Man sagt, es ist warm, und
meint damit dass die Temperatur eine bestimmte "Marke" erreicht
hat. Wärme ist jedoch nicht gleich Temperatur, und dieser
feine Unterschied ist von großer Bedeutung, auch wenn man ihn nicht
immer so bemerkt. Wenn also Wärme und Temperatur nicht identisch
sind, dann muss es eine Situation geben, in der ich einem Gegenstand Wärme
zuführen kann, ohne dass sich seine Temperatur ändert. Geht
nicht? Geht wohl! Eine solche Situation ist auch gar nicht kompliziert
herzustellen. Wenn man zum Beispiel, was jeder kennt, Wasser in einem
Topf erhitzt, dann wird es zunächst seine Temperatur erhöhen.
Das geht aber nicht unendlich lange. Wenn ich immer weiter heize, dann
habe ich irgendwann kein Wasser mehr in meinem Topf. Was ist da passiert?
Das Wasser ist verdunstet, es ist zu Wasserdampf geworden; und würde
man während des Verdampfens ständig die Temperatur messen, so
stellte man fest, dass sie unverändert bliebe. Die zugeführte
Wärme führt in diesen "Bereichen" also nicht zu einer
Temperaturerhöhung, sondern "kümmert" sich einzig
und allein darum, das Wasser zu Dampf zu machen. Es ist auch eine alltägliche
Erfahrung, dass das Verdampfen eines ganzen Topfes Wasser eine nicht unerhebliche
Zeit in Anspruch nimmt Aber während der ganzen Zeit steckt man unermüdlich
Wärme in das Wasser hinein, ohne dass es wärmer wird.
Wichtig ist nun, dass die ganze Energie im Dampf "gespeichert"
ist und man sie wieder zurückbekommt, wenn man den Dampf wieder zu
Wasser macht. Der gleiche Effekt ist beim Übergang von Eis zu Wasser
und zurück zu beobachten, nur ist dort die Energiemenge kleiner und
das Schmelzen geht schneller vor sich als das Verdampfen. In der Physik
nennt man solche Übergänge Phasenübergänge,
weil sie von einer Phase (flüssig) zu einer anderen Phase (gasförmig)
führen. Die benötigten Wärmemengen zum Schmelzen und Verdampfen
heißen Schmelzwärme und Verdampfungswärme, sie sind erheblich
unterschiedlich. Jeder Stoff kann in den drei Phasen (fest, flüssig
und gasförmig) vorkommen. Jedoch sind dazu erheblich verschiedene
Temperaturen und Drücke notwendig. Folgendes Bild zeigt den erläuterten
Sachverhalt am Beispiel des Wassers:
Bei einer Temperatur von unter 0°C steigt die Temperatur des Eises bei
Wärmezufuhr an, bis genau die 0°C erreicht sind (bei einem Druck
von 1013 mbar). Bei weiterer Erhitzung schmilzt das Eis. Dabei ändert
sich die Temperatur des Eises nicht, solange nicht alles Eis zu Wasser
geschmolzen wurde. Die Energie, die zum schmelzen von einem Liter Eis
(nicht zu Verwechseln mit einem Kilogramm. Eis hat eine geringere Dichte
als Wasser, weshalb es ja auch im Wasser schwimmt!) notwendig ist, nennt
man Schmelzwärme. Bei Wasser beträgt sie 333 kJ (Kilo Joule).
Führt man weiter Energie zu, so wird das Wasser langsam wärmer,
bis es 100°C erreicht. Dann (in Wirklichkeit aber schon früher) bildet
sich Dampf. Während das Wasser verdampft, hält es seine Temperatur
von 100°C, bis auch der letzte Tropfen Wasser zu Dampf geworden ist (idealisiert).
Die nötige Energie zum Verdampfen eines Liters Wasser beträgt
ca. 2260 kJ. Dies ist ca. die fünffache Menge Energie, die zum Erhitzen
der gleichen Menge Wasser von 0°C auf 100°C notwendig ist! Es stellt also
einen nicht unerheblichen "Energiespeicher" dar!
Phasenübergänge, fühlbare und latente Wärme:
Wie schon gesagt, macht ein Stoff beim Schmelzen oder Verdampfen einen
Phasenübergang durch, während dem sich seine Temperatur nicht
ändert. Die Wärmemengen, die man für Phasenübergänge
braucht, scheinen sich also, nachdem man sie zugeführt hat, in dem
Stoff zu "verstecken", denn wärmer oder kälter wird
der Stoff ja durch sie nicht. Deshalb nennt man diese Wärme auch
latente Wärme, da latent das lateinische Wort für verborgen
ist. Im Gegensatz dazu spricht man bei Wärmemengen, die die Temperatur
eines Körpers verändern, von fühlbarer Wärme (nicht
zu verwechseln mit "gefühlter Wärme") , weil sie eben
fühlbar ist, denn sie macht einen Körper wärmer
oder kälter.
Aber wo geht denn dann die Wärme hin? Sie wird dazu benötigt,
die Molekülbindungen (Wasserstoffbrückenbindungen) zu lösen
und alle Wassermoleküle auseinander zu zerren. Da dies "leichter"
(energetisch günstiger) ist, als die Bewegungsenergie (Wärme)
der Wassermoleküle in flüssiger Form ab einem gewissen Punkt
weiter zu erhöhen, vollzieht sich eben ein Phasenwechsel. Erst wenn
alle Wassermoleküle separiert wurden (alles gasförmig), kann
jedem einzelnen wieder mehr Bewegung, also "Wärme" zugeführt
werden (idealisiert).
Abschließend soll noch erwähnt werden, dass es sich hierbei
nicht um zwei physikalisch verschiedene "Wärmen" handelt.
Mit den erwähnten Adjektiven fühlbar und latent will man nur
die eine Art der Wärme (physikalisch betrachtet die Bewegung
der Atome) in ihrer verschiedenen Einsatzform aufzeigen.
Kondensation in Gemischen:
Alle Stoffe können also schmelzen und verdampfen und umgekehrt auch
erstarren ("fest werden") und kondensieren ("flüssig
werden"). Ob Wasser aus einem Gasgemisch kondensiert, hängt
ausschließlich von der relativen Feuchtigkeit des Gemisches ab.
Diese wiederum hängt ab vom Gasdruck des Gemisches, welcher sich
aus den Partialdrücken der sich im Gas befindlichen Stoffe zusammensetzt.
Das Abgas ist eine Mischung aus den verschiedensten Gasen, wie z.B. Stickstoff
( 64 %), Kohlendioxid ( 13 %), Sauerstoff (4 %) und anderen.
Bei "normaler" Luft liegt der Taupunkt fuer 100g Wasser pro
m^3 Luft (dies entspricht etwa der Menge dampfförmigen Wassers im
Abgas) bei einer Temperatur von etwa 53 Grad (durch den höheren CO2-Anteil
wird der Taupunkt um wenige Grad reduziert, durch den Schefelgehalt wieder
etwas erhöht).
Je geringer der Luftüberschuß (bzw. je höher der CO2-Wert
ist), desto höher (und damit einfacher zu erreichen) ist die Taupunkttemperatur
des Abgases und desto größer wird die Ausbeute an Kondensationswärme.
Dies liegt daran, dass ein Abgas mit geringerem Luftüberschuß
natürlich weniger Wasser aufnehmen/halten kann und die Kondensation
deshalb schon bei höheren Temperaturen beginnt.
Doch damit nicht genug. Nicht nur, dass sich die Temperatur an sich verändert,
eine Kondensation erstreckt sich bei realen Gasen auch über einen
gewissen Temperaturbereich, während sich die Phase vorher (in reinen
Stoffen) bei einer ganz gewissen Temperatur änderte (horizontale
Streckenabschnitte im obigen Bild). In der Physik sagt man "die Kondensation
verläuft entlang der Sättigungskurve im Mollier-Diagramm"
und die erstreckt sich über einen bestimmten Temperaturbereich. Auf
den Fall der Brennwerttechnik angewendet bedeutet das also, dass der erste
Wasserdampf unterhalb von ca. 50°C (Ölbetrieb) auskondensiert,
während der "letzte Tropfen" aber vielleicht erst bei 30°C
ausfällt. (Die Werte dienen nur der Verdeutlichung und können
von den wirklichen abweichen).
Wie erklären sich die oft genannten
10% Minderverbrauch gegenüber NT-Anlagen bei Ölbetrieb?
Rein "Kesselwirkungsgradtechnisch" gehen bei einem Voll-Brennwertkessel
mit Ölfeuerung ca. 5% der Ersparnis auf die niedrigere Abgastemperatur
und ca. 2-3%* auf die Nutzung von Kondensationswärme. Es hat sich jedoch
herausgestellt, dass eine weitere große Einsparung auf die Raumluftunabhängigkeit
des Systems zurückzuführen ist. Diese Effekte zusammen sind für
die zitierten 10% Einsparungen verantwortlich, wobei dies sogar noch eine
vorsichtige Schätzung ist! In der Praxis werden nicht selten größere
Einsparungen erzielt.
Wie immer wieder betont, hängt der Kondensationsgewinn und damit der
latente Abgasverlust von der Aussentemperatur ab. Deshalb kann man einen
für das ganze Jahr verbindlichen Wert nicht angeben. In der folgenden
Grafik wird der Wirkungsgrad dreier verschiedener Heizsysteme bei Ölbetrieb
anhand von Beispieldaten miteinander verglichen. Bitte hierbei den Wirkungsgrad
nicht mit einer Brennstoffeinsparung gleichsetzen. Letztere ist meist
deutlich größer! Als Bezugsgrößen wurde einmal der untere Heizwert
("Heizwert", blau) und einmal der obere Heizwert ("Brennwert",
grün) gewählt. Zu beachten ist, dass z.B. die beiden Wirkungsgrade beim
Konstanttemperaturkessel sich um 4 Prozentpunkte unterscheiden, obwohl
die latente Wärme ca. 6% des Heizwertes ausmacht. Dies liegt daran, dass
bei Umrechnung vom unteren auf den oberen Heizwert die Prozentskala "gedehnt"
und nicht einfach "verschoben" wird (beide Skalen beginnen
ja identisch bei 0%):
*abhängig von der Außentemperatur
In der Praxis bedeutete das, das ein Voll-Brennwertkessel (hier beispielhaft)
momentan (bei Prüfstandbedingungen) 8% gegenüber einer
NT-Heizung weniger verbrauchen würde, um die gleiche Energie an
das Kesselwasser zu übergeben. Aufgrund der Tatsache, dass der
Wirkungsgrad jedoch nur das momentane Verhältnis von Nutzen zu
Aufwand beschreibt, und aufgrund von Erfahrungen kann man in der Praxis
durchaus mit erheblich höheren
Einsparungen von deutlich mehr als 8% gegenüber einem NT-System
bei Ölfeuerung
rechnen (->Erfahrungsbericht
Jürgen Möller). Der dort gemessene Minderverbrauch
ist zwar nicht allein dem Vollbrennwertsystem zuzuschreiben, er zeigt
jedoch
die Einsparmöglichkeiten,
wenn viele günstige Effekte mit dieser Technik zusammenwirken!
Dass die Einsparungen in der Praxis ohne Probleme die hier theoretisch
begründeten
Werte überschreiten, wird auch dadurch belegt, dass sich
in der Praxis Minderverbräuche eines (Voll-) Brennwertkessels
im Vergleich zu einer 20 Jahre alten Heizung von mehr als 30% einstellen
(siehe Rubrik Messdaten)!
Obige Grafik soll zeigen, dass sich Werte von mehr als 6% (Differenz
zwischen Heizwert und Brennwert bei Öl) zwischen Niedertemperatur-
und (Voll-) Brennwerttechnik auch schon theoretisch untermauern lassen,
denn es ist ja neben der Kondensation vielmehr die deutlich geringere
Abgastemperatur, die die Einsparungen ausmacht. Das wird von Kritikern
der Ölbrennwerttechnik (ja, die soll es noch geben ;-) oft gerne
übersehen. In der Praxis ist es schließlich sogar so, dass die gemessenen
Einsparungen meist oberhalb der theoretischen Erwartung liegen. Jedenfalls
liegen sie garantiert über den nicht selten als maximal proklamierten
6% bei Ölfeuerung!
Warum ist die Verbrennungsluftvorwärmung
eine Kondensationswärmenutzung?
Ein weit verbreitetes Fehlurteil, vor dem auch mancher Fachmann auf
dem Gebiet der Brennwerttechnik oder der Energietechnik nicht verschont
bleibt, spiegelt sich in der des öfteren vernehmbaren Aussage wider: "Bei
der Voll-Brennwertechnik wird zwar kondensiert, aber die gewonnene Wärme
wird der Zuluft des Brenners zugeführt und nicht dem Heizwasser.
Deshalb kann in Wahrheit die zurückgewonnene Wärme gar nicht
genutzt werden."
Dabei stützen sich die diesem Fehlurteil bzw. Vorurteil unterliegenden
Leute auf die These, dass die erwärmte Zuluft am Brenner mit einer
Temperatur von 60°C ja "kühler" sei, als das Wasser,
dem die zurückgewonnene
Energie zugeführt werden soll. Dies ist zwar richtig, daraus zu
schliessen, dass die Kondensationswärme nicht genutzt werden könne,
ist jedoch falsch. Manche behaupten auch, dass die Energie durch die
vorgewärmte Luft durch eine entsprechend erhöhte Abgastemperatur nach
dem Stahlwärmetauscher wieder abgegeben werde. Auch dies lässt sich durch
Messungen leicht widerlegen.
Es ist also zu erklären, wie die Energie in der auf 50-60°C vorgewärmten
Luft an das Heizwasser übergeben werden kann, wo doch das Heizwasser
auf seiner ganzen Strecke immer eine Temperatur zwischen 60°C und 80°C
hat. Auf den ersten Blick scheint dies unmöglich und doch ist
es leicht zu erklären: Die Erwärmung der Verbrennungsluft
führt
nämlich
zu einer Erhöhung der
Enthalpie des Verbrennungsgases. Einfach ausgedrückt: Die Brennerflamme
ist heißer,
wenn mit vorgewärmter Luft (z.B. 50-60°C) verbrannt wird, als wenn
z.B. mit raumtemperaturwarmer Luft (ca. 20°C) verbrannt wird.
Bildlich gesprochen wird die auf einem zunächst niedrigeren Temperaturniveau
vorliegende Wärme (das zur Übertragung an das Heizwasser zu gering
wäre) durch die
Verbrennung auf ein höheres Temperaturniveau angehoben.
Nun befindet sich die durch die Vorwärmung
gewonnene Wärme (welche u.a. aus der Kondensation des Wasserdampfes
gewonnen wurde) auf einem Temperaturniveau (ca. 1200°C), auf dem sie
problemlos an das Heizwasser übergeben werden kann. Es soll jedoch
nicht unerwähnt
bleiben, dass ein Teil dieser gewonnen Wärme auch wieder mit einem
ebenfalls leicht wärmeren Abgas (als ohne die Zuluftvorwärmung)
aus dem System verloren geht. Es bleibt jedoch ein deutlich messbarer
Nutzen, der eindeutig auf
die Nutzung von Kondensationswärme zurückgeführt werden
kann. Der Kunststoffwärmetauscher
erhöht also deutlich die Nutzenergie und damit den Wirkungsgrad
des Kessels.
Etwas mathematischer finden sie diesen Sachverhalt auch
dargestellt in "Untersuchungen von Heizanlagen mit Abgaskondensation
unter besonderer Berücksichtigung des PAVE-Prozesses",
erschienen im VDI-Verlag (1996). Insbesondere Abbildung 3.5 zeigt deutlich
den Wirkungsgradunterschied mit und ohne Vorwärmung (zu diesem Zeitpunkt
wird der PAVE-Prozeß noch nicht betrachtet). Der reine Effekt durch
die Verbrennungsluftvorwärmung beträgt etwa 1,5-3% des Heizwertes
je nach Lambda-Wert des Abgases.
Im übrigen ist es bei der Brennwerttechnik "gefährlich", nur
mit Temperaturen argumentieren zu wollen, denn die Kondensationswärme
ist ja Energie, die aus "nicht fühlbaren" Quellen stammt. Deshalb
darf auch die Siegertsche Abgasverlustformel nicht auf die Brennwertkessel
angewendet werden, da sie nur für Temperaturen oberhalb des Taupunktes
gültig ist.
Fazit: Das Prinzip "Kondensationswärmenutzung durch Brennerluftvorwärmung"
funktioniert, und das sich dieses Prinzip auch in der Heizungstechnik
etablierte, geht auf einen Herrn Vetter zurück, der
dies schon vor 20 Jahren erkannte und der hier deshalb ehrenvoll
erwähnt werden soll.
Mittlerwereile sind die Probleme, die noch zu Zeiten von Herrn Vetter
vorhanden waren, beseitigt und die Voll-Brennwerttechnik kann als
ausgereift
betrachtet werden!
Vollbrennwerttechnik - Ein oft missverstandener Begriff:
Ich möchte hier die Gelegenheit nutzen, einer weit verbreiteten Fehlinterpretation
des Begriffes Voll-Brennwerttechnik zu begegnen. Man hört oft: "Die
Vollbrennwerttechnik nutzt überhaupt nicht den vollen Brennwert, da die
Abgase nicht auf die in der Norm festgesetzten 25°C gekühlt werden".
Oder es wird gesagt: "Durch die Zuluft kann ja gar nicht alle Kondensationswärme
aufgenommen werden, da die Wärmekapazität der Luft viel zu gering ist".
Alle diese Behauptungen wollen beweisen, dass bei der Vollbrennwerttechnik
nie der volle Brennwert genutzt werden kann. Sie werden vielleicht überrascht
sein, wenn ich Ihnen sage, dass die Behauptungen stimmen! Ich möchte hier
explizit sagen:
Bei der Vollbrennwerttechnik wird zu keiner Zeit der volle Brennwert
genutzt!
Jeder, der etwas anderes behauptet, ob Privatperson oder Firma, weiß
es entweder nicht besser oder sagt wissentlich aus den verschiedensten
Gründen die Unwahrheit! Darüber brauchen Sie jedoch nicht enttäuscht zu
sein, denn es handelt sich hierbei nur um ein "Begriffsproblem".
Dies ändert ja nichts an der Tatsache, dass es sich bei dieser Technik
trotzdem um die derzeit effektivste Art und Weise handelt, mit Öl oder
Gas auf universell einsetzbarem Temperaturniveau (80/60°C) zu heizen.
Ja, werden Sie nun sagen, warum gibt man einer Technik dann diesen Namen?
Recht haben Sie, auch mir gefällt diese Begriffsbildung nicht so sehr.
Aber im Laufe der Zeit hat sich dieser Name nun mal eingebürgert, da man
sich damals mit diesem Begriff von der "konventionellen Brennwerttechnik"
abheben wollte, die teilweise nur eine "Scheinbrennwerttechnik"
war und ist. So ist man heute in der unschönen Situation, viele Geräte
mit dem Begriff Brennwerttechnik zu belegen, die gar nicht kondensieren,
so dass man Geräten, die stets eine sehr gute Kondensationswärmetnutzung
vorweisen können, den Namen "Voll-Brennwerttechnik" geben musste,
um diese technische Weiterentwicklung auch begrifflich von der herkömmlichen
Brennwerttechnik unterscheiden zu können. Heute muss man mit diesem "Problem"
leben. Darum möchte ich hier und jetzt Klarheit schaffen und den bis dato
nicht genau definierten Begriff der sogenannten Voll-Brennwerttechnik
etwas erläutern. Was kann diese Technik und wo liegen die Grenzen der
Energieausnutzung?
Dazu möchte ich erst einmal erklären, warum die Vollbrennwerttechnik
(wie auch keine andere Technik) zu keiner Zeit den vollen Brennwert nutzen
kann. Zum Verständnis ist zunächst nötig, den Begriff Brennwert zu erklären,
der in der DIN Norm 5499 § 2.1 genau definiert ist. Einfach ausgedrückt
nutzt man den Brennwert eines Brennstoffes dann, wenn die Zuluft- und
die Abgastemperatur 25°C beträgt und zudem alles Wasser auskondensiert
werden konnte. Kann man diese dadurch gewonnene Wärmemenge durch einen
Wärmetauscher komplett an das Heizwasser übergeben, so erreicht dieser
Wärmetauscher einen physikalischen Wirkungsgrad von 100%, denn mehr Energie
ist dem Brennstoff laut Definition nicht zu entnehmen (man könnte
jedoch durch irgendwelche anderen Maßnahmen das Abgas unter die Zulufttemperatur
abkühlen. Zum Beispiel durch Umspülen des Kunststoffwärmetauschers mit
Kaltwasser, bevor man dieses in den Warmwasserboiler leitet. In diesem
Fall wäre der energetische Nutzen größer als der Brennwert! Man muss sich
also immer vor Augen halten, dass alle diese energetischen Kenngrößen
nur Definitionen sind und keine physikalischen Grenzen einer Energieausnutzung
darstellen!). Bezieht man diese Nutzenergie auf den Heizwert, so werden
die oft missverstandenen Wirkungsgrade von 106,4% bei Ölfeuerung und ca.
111% bei Gasfeuerung erreicht.
Anhand dieser Darstellung wird es nun klar, warum kein Wärmetauscher
der Welt den vollen Brennwert des Brennstoffes nutzen kann (von meinem
Spezialfall abgesehen, der ja einen "äußeren" Eingriff in das
System darstellt, also nicht Teil einer "geschlossen arbeitenden"
Maschine ist!). Jede Heizungsanlage hat einen Abgasverlust, da die Abgastemperaturen
immer höher liegen als die Zulufttemperaturen (wenn man die Heizung als
"Black-Box" betrachtet und unter Ausschluss des angesprochenen
Spezialfalles). In der Praxis einer "geschlossen arbeitenden"
Maschine wird es niemals möglich sein, das Abgas auf die gleiche Temperatur
abzukühlen, wie die Temperatur der zugeführten Luft vorher war. Denn entweder
beträgt die Rücklauftemperatur bei konventioneller Brennwerttechnik ca.
30°C, wodurch keine Abgastemperaturen unterhalb dieses Wertes erreicht
werden können (in der Praxis treten sogar stets wesentlich höhere Abgastemperaturen
von ca. 50°C auf) oder die Zulufttemperatur kühlt das Abgas herunter (wie
bei der Vollbrennwerttechnik). Aber auch hier liegt die Abgastemperatur
notwendigerweise über der Zulufttemperatur vor Eintritt in die Heizung
(nicht zu verwechseln mit der Zuluft vor dem Brenner, siehe nächstes Kapitel).
Es ist prinzipiell unmöglich, sowohl in der Brennwerttechnik als auch
bei "normaler" Heiztechnik, den Brennwert völlig in Nutzenergie
umzuwandeln, wenn man ein geschlossenes Heizsystem betrachtet,
auch wenn man von allen weiteren Verlusten absieht. Denn nur nach einer
unendlich langen Wärmetauscherstrecke (bzw.unendlich langer Zeit) wäre
es möglich, mit einer Zuluft von 25°C, das Abgas ebenfalls auf 25°C abzukühlen
(ohne Betrachtung von Kondensationseffekten!), da eine Angleichung der
Temperaturen aufgrund des stetig schrumpfenden Temperaturgefälles zwischen
den beiden Strömungen immer schwieriger wird. (Dies kann man sich bei
Gleichstromwärmetauschern besser vorstellen, als bei Gegenstromwärmetauschern).
Neben diesen theoretischen Überlegungen gibt es in der Praxis zudem
ja auch die Abstrahlverluste während des Betriebs, die sich von
System zu System sehr unterscheiden können und den Wirkungsgrad
bei Heizsystemen ebenfalls um ca. 0,5% senken.
Für eine Öl-Vollbrennwertanlage lässt sich jedoch zeigen,
dass durch die Verbrennungsluftvorwärmung
aufgrund der relativ niedrigen Wärmekapazität der Luft nur
ca. 2-3 der maximal 6% (des Heizwertes) über die Erwärmung der Verbrennugsluft
an das Heizwasser übergeben
werden kann (ein weiterer Teil verbleibt durch Abstrahlung des KWT im
Aufstellraum und
ist daher zum Teil noch nutzbar, der Rest verlässt als Wasserdampf
im Abgas das Haus und ist als Verlust anzusehen).
Obwohl die Verbrennungsluft nachweislich nicht alle Wärme aus der Kondensation
des Wasserdampfes aufnehmen kann, muss man in diesem Zusammenhang darauf
hinweisen, dass die "Abstrahlverluste" einer (Voll-)Brennwertanlage
nicht wirklich in vollem Umfang einen Verlust darstellen. Da der Aufstellraum
aufgrund der raumluftunabhängigen Betriebsweise keine direkte Verbindung
zur Atmosphäre besitzt, kann die Abstrahlwärme nicht aus dem Haus entweichen.
Sie heizt damit also nicht nur den Aufstellraum, sondern auch zu einem
großen Teil die benachbarten Räume, da die Wärme durch Wände und Decken
in angrenzende Räume gelangt. Deshalb kommt man zu dem Schluss, das bei
raumluftunabhängigen Heizanlagen nur der Abgasverlust als einzig wahrer
Verlust anzusehen ist, während alle anderen "Verluste" größtenteils
im Haus verbleiben und damit eigentlich keine reinen Verluste, sondern
teilweise nutzbare Energiemengen darstellen, auch wenn dies die Definition
der Nutzwärme nicht vorsieht. Diesen Effekt kann man jedoch nicht der
Anlage (im Sinne einer Berücksichtigung dieses Effektes in der Definition
des Wirkungsgrades) zurechnen, da die Auswirkung dieses Effektes sehr
von den örtlichen Gegebenheiten der Anlage abhängt, der Wirkungsgrad jedoch
eine universelle Vergleichsgröße sein soll. Nichtsdestotrotz hat letztlich
der Anwender etwas davon, auch wenn dies auf dem Prüfstand unberücksichtigt
bleibt.
Die von einigen Leuten angeführte Behauptung, bei der Voll-Brennwerttechnik
handele es sich ja gar nicht um die volle Nutzung des Brennwerts, ist
also völlig korrekt. Als Argument gegen die Hersteller kann diese Aussage
allerdings nicht verwendet werden, da kein seriöser Anbieter von Voll-Brennwertsystemen
jemals behauptet hat, dass der volle Brennwert und damit der maximale
Wirkungsgrad von 106,4% bei Ölfeuerung durch diese Technik erreichbar
ist. Vielmehr wurde und wird mit "Jahreszeitunabhängiger und rücklauftemperaturunabhängiger
Dauerkondensation" geworben. Dies bedeutet soviel wie: "Unser
Kessel kondensiert unabhängig aller äußeren Umstände und in allen erdenklichen
Betriebssituationen", von einhundertprozentiger Kondensation ist
hier nicht die Rede. Man muss eben zwischen Dauerkondensation und "voller
Kondensation" (nicht zu verwechseln mit Voll-Kondensation!) unterscheiden.
So relativiert und nüchtern dies angesichts des Titels dieser Technik
letztlich auch klingen mag, dies ist eine Eigenschaft, die keine andere
Technik vorzuweisen hat. Es gibt neben der Voll-Brennwerttechnik keine
derzeit verfügbare Alternative, wenn man Kondensationswärme
auch bei Vor- /Rücklauftemperaturen von 80/60°C nutzen möchte,
also höchste Wirkungsgrade auch für die Warmwasserbereitung
wünscht oder für Heizkörper, die eine Vorlauftemperatur
von mehr als 40°C brauchen (was wohl auf die meisten zutreffen dürfte).
Dies allein rechtfertigt die Bezeichnung "Voll-Brennwerttechnik".
Dieser Begriff propagiert nicht die Nutzung des vollen Brennwerts, sondern
betont die Tatsache, dass dieses System ganzjährig im Bereich der
VOLL-Kondensation des jeweiligen Brennstoffs arbeitet und zwar in allen
Betriebssituationen! Und das ist, wie ich finde, eine hervorragende technische
Konzeption!
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