Brennwertnutzung

Die Nutzung der Brennwerttechnik ist eine richtungsweisende Entwicklung auf dem Gebiet der Heizungstechnik. In den Verbrennungsabgasen ist immer ein gewisser Anteil Wasser enthalten. Werden diese Gase soweit abgekühlt, daß dieser Wasserdampf zu Wasser umgewandelt wird (kondensiert), wird Wärme frei. Diese zusätzlich zur Verbrennungswärme anfallende Wärme wird in Brennwertgeräten durch einen zusätzlichen Wärmetauscher genutzt. Im Vergleich zu „normalen" Verbrennungsanlagen gibt das Brennwertgerät bei gleichem Brennstoffeinsatz zusätzlich Wärme ab, die für die Heizung genutzt wird. Das Verhältnis zwischen nutzbarer Wärme und eingesetzter Brennstoffenergie (Wirkungsgrad) ist größer als bei herkömmlichen Heizungsanlagen. Auf dem Markt sind sowohl Brennwertthermen als auch Brennwertkessel erhältlich. Während mit Erdgas betriebene Brennwertgeräte bereits in größerem Umfang eingesetzt werden, gewinnen Öl-Brennwertgeräte mit der Entwicklung neuer Werkstoffe und Technologien in jüngster Zeit an Bedeutung. Bei der Verbrennung von Öl entsteht zum einen weniger Wasserdampf, weshalb weniger Kondensationswärme genutzt werden kann als bei der Verbrennung von Gas. Zum anderen müssen bei Öl-Brennwertgeräten bedingt durch das schwefelhaltige Heizöl besonders säurebeständige Wärmetauschermaterialien eingesetzt werden. Außerdem muß das stark saure Kondensat vor Einleitung in die Kanalisation generell neutralisiert werden. Aus diesen Gründen sind Öl-Brennwertgeräte teurer als Gas-Brennwertgeräte.

Einsatzbereich

Brennwertgeräte übernehmen wie herkömmliche Heizkessel die zentrale Beheizung von Wohnungen sowie von Ein- und Mehrfamilienhäusern und können auch mit Einrichtungen für die Warmwasserbereitung kombiniert werden. Sie können je nach Ausführung im Keller, in der Wohnung oder im Dachgeschoss installiert werden. Bis zu einer Nennwärmeleistung von 50 kW ist kein eigener Heizraum erforderlich. Eine Installation des Heizkessels innerhalb des beheizten Gebäudebereichs ist wegen der Nutzung der Abwärme (Wärmeverluste) empfehlenswert.

Bauarten von Brennwertgeräten

Heizkessel mit nachgeschaltetem Wärmetauscher. Der Wärmetauscher ermöglicht die im Verbrennungsgas enthaltene Kondensationswärme zu nutzen. Er wird in diesem Fall hinter der Brennkammer (Heizkessel) angeordnet. Das Verbrennungsgas (Abgas) passiert den nachgeschalteten Wärmetauscher (Abgaswärmetauscher). Dabei kondensiert der enthaltene Wasserdampf aus. Abgaswärmetauscher eignen sich auch für die Nachrüstung von Niedertemperaturkesseln.

Brennwertgerät mit integriertem Wärmetauscher. Bei diesem Gerät befindet sich der Wärmetauscher zur Nutzung der Kondensationswärme innerhalb der Brennkammer. Hierfür müssen die Brennkammer und der Wärmetauscher aus korrosionsbeständigem Material gefertigt sein. Diese Bauart ist in verschiedenen Varianten (z. B. auch mit waagerechter oder schräg geneigter Verbrennungsgasführung) am häufigsten verbreitet.

Brennwertgerät mit integriertem Warmwasserspeicher. Diese Variante der Brennwertnutzung ist besonders für Gebäude mit sehr niedrigem Heizwärmebedarf, wie z. B. Niedrigenergiehäuser geeignet. In diesem Kompaktgerät wird auch bei der Warmwasserbereitung ein hoher Wirkungsgrad durch die Nutzung der Kondensationswärme erreicht. Die Heizwärme wird über einen Wärmetauscher aus dem Warmwasserspeicher bereitgestellt.

Abgasschornstein

Da Brennwertgeräte nicht an einen herkömmlichen Hausschornstein angeschlossen werden dürfen, empfiehlt es sich, zunächst mit dem Bezirksschornsteinfegermeister oder mit uns zu sprechen. In der Regel werden spezielle Abgasleitungen aus Kunststoff, Aluminium oder Edelstahl in den bestehenden feuchtigkeitsempfindlichen Schornstein eingezogen. Auch ein geeigneter Schacht (Feuerwiderstandsklasse F 90) kommt für die Verlegung der Abgasleitung in Frage. Ferner besteht die Möglichkeit, die Abgasleitung außen an der Fassade oder unter bestimmten Bedingungen direkt durch das Dach zu verlegen. Die abgasführenden Einrichtungen müssen dicht und korrosionsbeständig sein und über eine bauaufsichtliche Zulassung verfügen. Es empfiehlt sich deshalb, nur Abgasleitungen zu verwenden, die auf das Brennwertgerät abgestimmt sind. Der direkte Anschluss an einen feuchtigkeitsunempfindlichen Schornstein ist ebenfalls durch den Bezirksschornsteinfegermeister zu überprüfen. Bei dem sog. raumluftunabhängigen Betrieb wird die Verbrennungsluft nicht dem Aufstellort entnommen. Hierfür bieten sich Luft-Abgas-Schornsteine (LAS) sowie verschiedene Möglichkeiten der getrennten Luft- und Abgasführung an.

Kondensatabführung

Das bei der Brennwertnutzung anfallende Wasser (Kondensat) kann über die öffentliche Kanalisation abgeführt werden. Kondensat aus Gas-Brennwertgeräten, die für Ein- und Zweifamilienhäuser eingesetzt werden, kann in der Regel unbehandelt (ohne Neutralisation) in die Kanalisation eingeleitet werden. In Einzelfällen ist jedoch eine Genehmigung durch die untere Wasserbehörde erforderlich. Bei Öl-Brennwertgeräten ist generell eine Neutralisation des sauren Kondensats erforderlich. Die Entwässerungsleitungen müssen bei allen Brennwertgeräten korrosionsbeständig sein (z. B. aus Steinzeug, PVC oder Polyethylen).

Integration der Brennwerttechnik in ein Heizsystem

Um die im Abgas vorhandene Kondensationswärme nutzen zu können, ist eine niedrige Rücklauftemperatur aus dem Heizungssystem erforderlich. Je niedriger die Rücklauftemperatur ist, desto mehr Wasserdampf kann aus den Verbrennungsgasen freigesetzt werden. Deshalb erreichen Brennwertkessel ihren höchsten Wirkungsgrad in Verbindung mit Niedertemperatur-Heizflächen (z. B. Fußbodenheizung) sowie in der Übergangszeit. Auch die in der Regel überdimensionierten Heizkörperflächen älterer Heizungssysteme sind überwiegend für die Brennwertnutzung geeignet. Wird ein alter Heizkessel gegen einen Brennwertkessel ausgetauscht, so ist jedoch darauf zu achten, daß evtl. vorhandene Einrichtungen zur Rücklauttemperaturanhebung (Überströmventile, Mischer) aus dem Heizkreis entfernt werden.

Glossar: Brennwert, Heizwert, Nutzungsgrad über 100 %

Bei Brennstoffen unterscheidet man zwei Wärmewerte: den Brennwert und den Heizwert. Der Brennwert gibt die gesamte Wärmemenge an, die bei der Verbrennung frei wird, also auch die im Wasserdampf gebundene Wärme. Der Heizwert dagegen berücksichtigt nur die Wärmemenge, die ohne Abgaskondensation nutzbar ist. Da bei der Verbrennung von Gas mehr Wasserdampf entsteht als bei anderen Brennstoffen wie z. B. Öl, lohnt sich hier die Brennwertnutzung besonders. (Abgastemperaturen: ca. 55 °C bei Erdgas bzw.  45 °C bei Heizöl)

Der Nutzungsgrad ist eine wichtige Größe, um die Wirksamkeit (Effizienz) zu beschreiben. Er gibt den Anteil der eingesetzten Energie in Prozent an, der schließlich als nutzbare Wärme an das Heizsystem abgegeben wird. Er wird oft auch als Wirkungsgrad bezeichnet. Der Nutzungsgrad darf jedoch nicht mit dem feuerungstechnischen Wirkungsgrad verwechselt werden. Der feuerungstechnische Wirkungsgrad gibt das Verhältnis zwischen der momentan vom Wärmeerzeuger abgegebenen Energie und der dem Wärmeerzeuger momentan zugeführten Energie an. Er ist eine Momentaufnahme. Im Gegensatz dazu werden zur Bestimmung des Nutzungsgrades die Energiezufuhr (Brennstoff) und die Energieabgabe (Wärme) über einen bestimmten Zeitraum betrachtet. Der Jahresnutzungsgrad eines Wärmeerzeugers wird ermittelt, indem die eingesetzte Energiemenge um die Abgas- und Abstrahlungsverluste in der Betriebsphase sowie um die Auskühlungsverluste in der Stillstandsphase vermindert wird. Er wird zur Beschreibung einer installierten Heizungsanlage verwendet, ist allerdings für einen Vergleich von Niedertemperatur- oder Brennwertkesseln (z. B. zur Kaufentscheidung) aufgrund der Temperaturabhängigkeit der o. a. Verluste wenig geeignet. Der Normnutzungsgrad hingegen ist eine aussagekräftige Entscheidungshilfe für den Vergleich von Heizkesseln verschiedener Fabrikate. Zur Ermittlung des Normnutzungsgrades werden unterschiedliche Betriebsbedingungen, die während einer Heizperiode auftreten, auf einem Prüfstand im Labor nach genauen Vorschriften simuliert. Brennwertgeräte wandeln nahezu die gesamte nutzbare Energie des Brennstoffes, den Brennwert, in Heizenergie um. Herkömmliche Wärmeerzeuger können dagegen nur den Heizwert nutzen. Der im Vergleich zum Brennwert niedrigere Heizwert dient jedoch als Bezugspunkt für die Angabe der Nutzungsgrade. Auch bei Brennwertgeräten gibt man den Jahres- bzw. Normnutzungsgrad auf der Basis des niedrigen Heizwertes an. Deshalb erreichen Brennwertgeräte -trotz Abzugs aller Verluste- Nutzungsgrade von mehr als 100 %. Herkömmliche Niedertemperatur-Heizkessel erreichen auf der Basis des Heizwertes Nutzungsgrade von ca. 95 %.

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