Brennwerttechnik

Ein Brennwertkessel ist ein Heizkessel für Warmwasserheizungen, der den Energieinhalt (Brennwert) des eingesetzten Brennstoffes nahezu vollständig nutzt. Der Unterschied zu konventionellen Kesseln besteht darin, dass Brennwertkessel auch die Kondensationswärme des Wasserdampfes im Abgas nutzen. Brennwertgeräte gibt es für Pellets, Gas- und Ölfeuerungen. In Nicht-Brennwertkesseln kann die Kondensationswärme nicht genutzt werden. Dadurch entsteht ein sogenannter latenter Abgasverlust von ca. 6 Prozent bei Heizöl EL und ca. 11 Prozent bei Erdgas.

Geschichte

Die Gas-Voll-Brennwertkesseltechnik gilt seit Beginn der 1990er Jahre als Stand der Technik. Die Öl-Brennwerttechnik hat sich seit Mitte der 90er Jahre durchgesetzt. Dabei waren es zunächst eher kleinere Unternehmen wie Bomat oder ROTEX, die auf die Brennwerttechnik setzten. Die Branchengrößen wie Weishaupt, Viessmann, Buderus usw. zogen erst nach, als am Markt immer mehr Öl-Brennwerttechnik verlangt wurde. Der erste serienmäßig hergestellte Gas- Brennwertkessel Serie FSM-RK wurde 1978 für die Firma Fröling in Overath-Untereschbach vom Gaswärmeinstitut in Essen (Herrn Jannemann heute DVGW) geprüft und zugelassen. Der Leistungsbereich war 130–1000 kW. Der erste Brennwertkessel „mit Gasbrenner ohne Gebläse“ wurde 1980 von der Gasgerätegesellschaft (GGG) aus Bochum auf der ISH in Frankfurt vorgestellt. Der Leistungsbereich war 8–20 kW.

Technik

Durch die Nutzung der Kondensationswärme des Wassers im Abgas wird eine erhebliche Verbesserung des verbrennungstechnischen Wirkungsgrades erreicht. Das spart Geld, fossile (= erdliche) Brennstoffe und erspart der Umwelt CO2 und saure Abgaspartikel (s. u.).Das bei der Verbrennung anfallende Kondensat ist "sauer" (= niedriger pH-Wert) und greift deshalb unedle Werkstoffe an. Früher verwendete Kesselmaterialien und Kaminrohre waren hierfür nicht korrosionsfest genug. Durch die Kesselkonstruktion und durch hohe Betriebstemperaturen (> 70 °C) wurde die Kondensation im Kessel absichtlich verhindert. Um die Kondensatbildung (Versotten) im Abzug zu verhindern, soll die Abgastemperatur rund 120 °C nicht unterschreiten.

Da Brennwertfeuerungen mit 60 °C betrieben werden, muss man seinen alten Kamin umbauen: nämlich ein Rohr (wahlweise temperaturbeständiges Polypropylen-S bis 120 °C, Teflon, PTFE bis 160 °C oder druckdichtes Edelstahlrohr) in den Kamin einziehen, das die Abgase nach außen leitet. An der Innenwand des dichten Rohres können die Kondensate des Abgases nach unten zurücklaufen und werden mitsamt des Kondensats des Wärmeübertragers abgeleitet. Die Säureanteile werden durch geeignete Einrichtungen neutralisiert und können dann im Rahmen der gesetzlichen Vorschriften in das Abwassernetz abgeleitet werden. So wird außerdem verhindert, dass die Säureanteile in die Atmosphäre gelangen und als saurer Regen niedergehen.

Je höher der Wasserstoffanteil eines Brennstoffes ist, desto höher ist die Menge an Wasserdampf, die nach der Verbrennung des Brennstoffes im Abgas enthalten ist. Insbesondere bei solchen Brennstoffen ist es also möglich, die im Abgas enthaltene Kondensationswärme zu nutzen. Brennwertkessel vermögen entsprechend ihrer Qualität und abhängig von den Betriebsbedingungen einen mehr oder weniger großen Anteil der Kondensationswärme zu nutzen.

Abgasanlage

Durchfeuchtete Schornsteine, teilweise mit gravierenden Schäden am Mauerwerk, sind die häufigste Folge einer unsachgemäß durchgeführten Umrüstung auf Brennwerttechnik. Brennwertgeräte benötigen deshalb eine feuchte- und säureunempfindliche Abgasanlage. Dies kann relativ einfach und kostengünstig durch den Einbau eines Kunststoffrohres (hochtemperaturbeständiges Polypropylen-PP, PTFE) oder Edelstahlrohres in den vorhandenen Schornstein realisiert werden.

Zu beachten ist hier, dass Kunststoffrohre nur eingeschränkte Temperaturbeständigkeit haben.Ferner sind wegen der niedrigen Abgastemperaturen und dem damit verbundenen geringen Auftrieb des Abgases bei atmosphärischen Brennern Abgasventilatoren nötig, um einen sicheren Abzug des Abgases zu gewährleisten.

Notwendige Änderungen/Voraussetzungen an Heizungsanlagen

Prinzipiell können Brennwertgeräte in jeder Heizungsanlage eingesetzt werden. Allerdings muss die Ableitung des Kondensats sichergestellt sein, d. h. der Kessel muss mit dem Abfluss verbunden werden. Eine manuelle Entleerung per Eimer ist auch bei Einfamilienhäusern in der Regel – aufgrund der anfallenden Wassermenge – nicht praktikabel. Das Kondensat darf nur in den Abfluss geleitet werden, wenn es keine Säure enthält, was bei Heizöl durch den Betrieb mit schwefelarmem Heizöl sichergestellt ist. Andernfalls muss es vor Einleitung ins Abwasser durch einen besonderen Filter neutralisiert werden.

Bei den Hochtemperatur-Brennwertkesseln (siehe oben) ist der Brennwert nicht last- oder rücklauftemperaturabhängig. Es gibt hier deshalb keine Einschränkungen, weder für Fußboden- oder andere Heizungen. Das gilt auch für die Abgasanlage. Da für den sicheren Abzug des Abgases aufgrund der niedrigen Abgastemperaturen Abgasventilatoren nötig sind, gibt es hier auch für die Länge und Höhe der Abgasrohre theoretisch keine Einschränkungen.

Bei den Niedrigtemperatur-Brennwertkesseln ist der Brennwert last- und rücklauftemperaturabhängig, zu hohe Rücklauftemperaturen vernichten den Brennwert. Damit erhöhen niedrige Rücklauftemperaturen dort die Effektivität. Eine Kombination mit entsprechend groß dimensionierten Heizflächen, z. B. Fußbodenheizungen, ist daher sinnvoll, jedoch nicht zwingend. In der Regel sind die vorhandenen Heizkörper nach Modernisierungsmaßnahmen am Gebäude (z. B. Fensteraustausch) groß genug dimensioniert, um ausreichend geringe Rücklauftemperaturen aufzuweisen. Die Wärmeleistung, die ein Heizkörper an den Raum abgeben muss, sinkt zudem drastisch bei ansteigenden Außentemperaturen. Je weniger Heizwärme vom Heizkörper abgegeben werden muss, desto höher ist die Rücklauftemperatur des Heizkörpers.

Hydraulischer Abgleich

Wichtig ist es aber auch, in der Heizungsanlage einen hydraulischen Abgleich durchzuführen. Hierbei wird für jeden Heizkörper die Durchlaufmenge des Heizwassers auf die Menge begrenzt, welche zur Erreichung der Heizleistung notwendig ist (Heizlastberechnung muss vorliegen). Nur so ist sichergestellt, dass ein nah an der Heizungsanlage montierter Heizkörper nicht die Rücklauftemperatur anhebt und damit den Brennwerteffekt vernichtet. Eine Studie der Verbraucherzentrale weist nach, dass an der großen Mehrzahl der Heizungsanlagen kein hydraulischer Abgleich durchgeführt wurde und dass in diesen Anlagen kein zufriedenstellender Brennwerteffekt erzielt wird.[4]

Wirkungsgrad und Nutzungsgrad des Brennwertkessels

Der Wirkungsgrad eines Gerätes sagt aus, welcher Teil der eingesetzten Leistung genutzt werden kann. Wirkungsgrade stellen stets eine Momentaufnahme dar (z. B. Messung im Beharrungszustand bei 70 °C Kesselwassertemperatur und Nennleistung) und beziehen sich auf das Verhältnis von zugeführter zu abgeführter Leistung. Für die energetische Bewertung eines Kessels reicht dies jedoch nicht aus, da die so genannten Bereitschaftswärmeverluste nicht berücksichtigt werden. D. h., es werden lediglich die Verluste berücksichtigt, die bei laufendem Brenner anfallen. Die Strahlungsverluste bei Brennerstillstand gehen beispielsweise nicht mit ein. Diese werden lediglich bei der Ermittlung des Kessel-Nutzungsgrades miteinbezogen.

Der feuerungstechnische Wirkungsgrad, der im Schornsteinfegerprotokoll ausgewiesen wird, gibt beispielsweise an, welcher Anteil der in Form von Brennstoff dem Kessel zugeführten Leistung nach Abzug der trockenen (oder auch sensiblen) Abgasverluste übrig bleibt. Von diesem Anteil müsste nun korrekterweise noch der latente Abgasverlust abgezogen werden, der aufgrund der nicht oder nicht vollständig genutzten Kondensationswärme des Abgases entsteht.

Eine vollständige energetische Bewertung von Kesseln kann nur mit Hilfe des Kessel-Nutzungsgrades erfolgen. Der Kessel-Nutzungsgrad ist das Verhältnis aus der in einem bestimmten Zeitraum in Form von Brennstoff zugeführten Energiemenge und der vom Kessel an das nachgeschaltete Heizungsnetz bzw. an den Warmwasserspeicher abgegebenen Nutzenergie. Die Angabe des Kessel-Nutzungsgrades berücksichtigt im Gegensatz zur Kessel-Wirkungsgradangabe auch die im Betrieb anfallenden Bereitschaftwärmeverluste des Kessels, die beispielsweise durch die Abgabe von Strahlungswärme an den Aufstellraum während des Brennerstillstands erfolgen.

Bei Wirkungs- und Nutzungsgradangaben ist stets anzugeben, ob diese sich auf den Heizwert Hi (früher Hu) des eingesetzten Brennstoffes oder auf den Brennwert Hs (früher Ho) beziehen. Um die Wirkungs- und Nutzungsgrade von Kesseln, die mit verschiedenen Brennstoffen betrieben werden, vergleichen zu können, eignen sich lediglich brennwertbezogene Angaben, da nur diese die gesamte im Brennstoff enthaltene Energie nennen. Die theoretisch erreichbaren Wirkungs- und Nutzungsgrade liegen bei Öl-Brennwertkesseln bei 100 % wenn mit Hs und 106 % wenn mit Hi gerechnet wurde. Bei Gas-Brennwertkesseln werden maximal 100 % mit Hs und maximal 111 % mit Hi berechnet erreicht.

Die heizwertbezogene Betrachtung ignoriert die latenten Wärmeverluste (Kondensationswärme).

Auch der elektrische Stromverbrauch einer Heizung ist zu berücksichtigen.

Überprüfung durch den Schornsteinfeger (Deutschland) / Kostenvorteile

Das Prüfintervall bei gasbefeuerten Brennwertgeräten liegt in Deutschland bei zwei Jahren statt bei einem Jahr, wie es bei den meisten Heizwertgeräten üblich ist. Es wird bei einem Brennwertgerät keine Tätigkeit nach BImSchV (Abgasverlustbestimmung), sondern eine wiederkehrende Tätigkeit nach Kehr-und Überprüfungsordnung durchgeführt. Diese Überprüfung beinhaltet die Bestimmung des CO-Gehaltes im Abgas (Abgasmessung) und eine Abgaswegeprüfung.

Dies bedeutet einen nicht unerheblichen Kostenvorteil für Brennwertgeräte.

Wir empfehlen: Brenner & Heizsysteme