Die Energieeffizienz liegt in den Abgasen

Was für das Auto die Abgasuntersuchung ist, ist für einen Heizkessel die Abgasanalyse. Mit ihr kann über verschiedene Parameter festgestellt werden, aus welchen Bestandteilen sich das Abgas zusammensetzt, bzw. wie sauber es ist und wie gut und betriebssicher die Heizungsanlage arbeitet. Nur das passende Gas-Luft-Verhältnis stellt den energieeffizienten Betrieb der Heizungsanlage sicher.

15 – 20 % der Heizkosten – in Einzelfällen bis zu 35 % je nach Alter und Zustand des Wärmeerzeugers – lassen sich mit dem Einbau eines neuen Kessels sparen. Doch trotz steigender Energiepreise und dem Wissen um die energieeffizienten Heizungsanlagen stagniert der Absatz von neuen Wärmerzeugern. Seit Jahren liegt er für Öl-, Gas- und Festbrennstoffkesseln und Wärmepumpen bei knapp 600 000 bis zuletzt (2013) 687 000 Geräten inklusive Neubau.
Laut Bundesumweltministerium gibt es in Deutschland insgesamt rund 30 Mio. Kleinfeuerungsanlagen. Die Hälfte davon sind Öl- und Gasheizungen. Der Rest sind Anlagen für Festbrennstoffe, die sich nochmals in etwa 1 Mio. Heizkessel für Holz und etwa 14 Mio. Einzelraumfeuerungsanlagen wie Kaminöfen oder Kachelöfen unterteilen. Ergo ergibt sich ein großes Ener­gieeinsparpotenzial bei den Heizungen im Bestand, wenn sie denn kontinuierlich
auf ihren technisch einwandfreien Zustand mit regelmäßigen Inspektionen geprüft würden. Doch tun sich Eigentümer und Vermieter schwer, ihre Heizung freiwillig und regelmäßig warten und checken zu lassen, unabhängig von gesetzlichen Vorgaben zur Prüfung der Abgaswerte von Heizungen. Diese Nachlässigkeit ist wohl auch der Unwissenheit der Verbraucher geschuldet, dass eine Heizungsanlage ein komplexes technisches Gerät ist, dessen Komponenten gepflegt werden müssen und einem natürlichen Verschleiß unterliegen.
Indikatoren für einen effizienten Betrieb von Wärmeerzeugern, wie auch für das Maß der Umweltbelastung, finden sich in den Analyseergebnissen von Abgasen. Daher fordert der Gesetzgeber in unterschiedlichen Richtlinien eine Überprüfung der Werte. Maßgebend dafür ist die Erste Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (1. BImSchV), die im März 2010 novelliert wurde. Für Wärme, die durch die Abgase ungenutzt verloren geht, sind folgende Grenzwerte festgelegt:

• bei Feuerstätten mit einer Nennwärmeleistung von 4 bis 25 kW sind es maximal 11 % Abgasverluste,
• bei 25 bis 50 kW sind es 10 %,
• über 50 kW nur noch 9 %.

Die Grenzwerte gelten unabhängig vom eingesetzten Brennstoff. Dieser bestimmt allerdings die Überprüfungsintervalle. Gas- und Ölfeuerstätten müssen, je nach Alter und Technik der Anlage, alle zwei bis fünf Jahre kontrolliert werden. Feuerstätten für feste Brennstoffe (ausgenommen Einzelraumfeuerstätten wie Kaminöfen) sind generell alle zwei Jahre zu inspizieren. Brennwertgeräte sind aufgrund ihrer hohen Energieeffizienz von dieser Messung ausgenommen. Selbst neu installierte Gas- oder Ölkessel müssen vor Inbetriebnahme einer feuerungstechnischen Überprüfung und Einstellung unterzogen werden, damit die optimalen Verbrennungswerte erreicht werden.
Besonders unkompliziert und wirtschaftlich werden die Abgasverluste regelkonform mit Messgeräten festgestellt, die den Arbeitsprozess auf die reine Messdatenerfassung reduzieren. Eine Messsonde wird in die dafür vorgesehene Öffnung des Abgasrohres eingeführt und im Kernstrom positioniert. Bei üblichem Heizungsbetrieb werden über 30 Sekunden permanent Abgastemperatur, Restsauerstoffgehalt und Verbrennungslufttemperatur ermittelt. Aus den Einzelwerten und brennstoffabhängigen Konstanten ist der Abgasverlust zu errechnen. Moderne Messgeräte führen diese Rechnung automatisch aus und haben die Konstanten der verschiedenen Brennstoffe zur Auswahl hinterlegt.

Heizungs-Check als zusätzliche Dienstleistung
Die gleiche Messung ist auch Bestandteil des Heizungs-Checks nach DIN EN 15378. Er ist einmalig bei Anlagen über 20 kW und ab einem Alter von 15 Jahren vorgeschrieben. Ziel der Untersuchung ist es, die Potenziale zur Effizienzsteigerung zu ermitteln. Ergänzt wird die Ermittlung der Abgasverluste um die Messung der Ventilationsverluste. Allein diese beiden Parameter können im Protokoll des Heizungs-Checks mit 20 von 100 Bewertungspunkten zur Verbesserung der Energieausnutzung beitragen. Weitere Punkte ergeben sich aus der Untersuchung der Wärmeverteilung und Wärmeübergabe.
Zur Ermittlung der Ventilationsverluste wird, wie bei der Abgasverlustmessung, an gleicher Stelle in das Abgasrohr eine Sonde eingeführt. Sie erfasst 30 Sekunden nach Brennerschluss die Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur im Restkernstrom. In Abhängigkeit zur Querschnittsfläche der Abgasleitung sowie zu den Temperaturen der Außenluft und der Innenluft des Heizungsraums kann so errechnet werden, wie viel Energie durch das Strömungsverhalten der Heizungsanlage verloren geht. Messgeräte, die für den Heizungs-Check ausgelegt sind, erstellen diese Berechnung per Knopfdruck und präsentieren das Ergebnis verbrauchergerecht grafisch.
Außerdem sind sie dafür ausgelegt, den dritten Energieverlustfaktor der Wärmeerzeugung zu ermitteln: die Wärmestrahlung, die über die Oberfläche des Heizgerätes abgegeben wird. Dazu werden die Teilflächen des Gehäuses mit einem Temperaturfühler abgetastet. Das Messgerät addiert die Werte, setzt sie ins Verhältnis zur Nennwärmeleistung und gibt den normierten Wert als Endergebnis aus. Einige Geräte zeigen sogar direkt die Punkte an, bei denen Verbesserungspotenzial aus der Untersuchung von Abgas-, Ventilations- und Strahlungsverlusten gemäß der Systematik des Heizungs-Checks besteht. Solche Messungen können energiesparende Optimierungen oder Reparaturen aufzeigen, beispielsweise beschädigte oder fehlende Abgasklappen. Manchmal besteht die Energieeffizienzmaßnahme aber auch einfach nur in der Optimierung der Verbrennungsluftzufuhr.

Brenner-Optimierung über den Restsauerstoffgehalt
Ob eine Anlage den jeweiligen Energiewert eines Brennstoffes optimal nutzt, lässt sich im Rahmen einer Heizungswartung durch die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in den Abgasen herausfinden. Dieser Wert wird im Übrigen auch für die Bemessung der Abgasverluste ermittelt. Daher ist die Vorgehensweise der Messung identisch.
Lässt sich in den Abgasen kein Sauerstoff nachweisen, ist er mit dem im Brennstoff gebundenen Kohlenstoff vollständig zu Kohlendioxid verbrannt – eine theoretisch perfekte Umwandlung des Energiewertes in Wärme. In der Praxis ist allerdings ein Luftüberschuss für eine saubere Verbrennung notwendig. Um zu beurteilen, wann der Restsauerstoffgehalt im Abgas – je nach Brennstoff – auf eine ineffiziente Verbrennung hinweist, rechnen entsprechende Messgeräte den Wert in die Luftverhältniszahl „Lambda“ (?) um. Ein Lambda-Wert von „1“ würde also die vollständige Verbrennung des gebundenen Sauerstoffs ausdrücken. Als optimal gelten allerdings bei atmosphärischen Gasfeuerstätten Lambda-Werte von 1,3 bis 1,5, bei Gas- und Öl-Gebläsefeuerungen zwischen 1,1 und 1,4. Messgeräte mit grafischem Display zeigen den Verlauf des Lambda-Wertes als Messspur an, sodass durch die Regelung der Verbrennungsluftzufuhr der Brenner leicht in den energiesparenden Optimalbereich eingestellt werden kann.

Ausreichende Verbrennungsluft bei Einzelraumfeuerstätten sicherstellen
Im Kampf gegen steigende Energiekos­ten sind vielen Hauseigentümern effiziente Heizungsanlagen oftmals nicht mehr genug. Deshalb wird in immer mehr Haushalten zusätzlich ein Ofen für Festbrennstoffe installiert, der zusätzlich ein Gefühl von Behaglichkeit vermittelt.
Eine Abgasanalyse wie bei Zentralheizungen ist bei Einzelraumfeuerungsstätten zwar nicht erforderlich – hier genügt in der Regel eine Herstellerbescheinigung, die die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte bestätigt. Doch immer mehr Häuser verfügen über eine kontrollierte Wohnraumlüftung. Daher ist sicherzustellen, dass Öfen, die ihre Verbrennungsluft aus dem Wohnraum beziehen, stets ausreichend versorgt werden. Selbst eine starke Dunstabzugshaube im gleichen oder angrenzenden Raum kann bei geschlossenen Außentüren und Fenstern einen gefährlichen Unterdruck erzeugen, der Abgase in das Zimmer zieht. Somit muss bei einer Neuinstallation unbedingt der sogenannte 4-Pa-Test durchgeführt werden.
Dem Test liegt eine Differenzdruckmessung zugrunde: Im Raum darf maximal ein Unterdruck von 4 Pa im Vergleich zur Außenluft herrschen. Um zu messen, ob das gewährleistet ist, werden der Kamin­ofen und die Wohnraumbelüftung und/oder die Dunstabzugshaube im Dauerbetrieb auf volle Leistung gebracht. Fenster und die Türen zu anderen Nutzungsbereichen sind zu schließen. Auch Sicherungseinrichtungen an den luftabsaugenden Geräten, die die Leistung drosseln könnten, müssen außer Kraft gesetzt werden.
Für den Messvorgang ist ein Kapillarschlauch vom Messgerät nach außen zu legen – beispielsweise durch ein Schlüsselloch oder eine Fensterdichtung – und ein zweiter in den Aufstellungsraum des Ofens. Zum Start des 4-Pa-Tests wird zunächst ein Fenster oder eine Tür für 30 Sekunden geöffnet. Dabei ermittelt das Messgerät die ausgeglichenen Druckverhältnisse, dargestellt in einer Nulllinie. Anschließend werden über einen Zeitraum von 4 Minuten abwechselnd eine Tür oder ein Fenster für jeweils 30 Sekunden geschlossen und geöffnet. Im Messverlauf darf bei abgeschlossenem Raum in keinem Fall ein Unterdruck größer als 4 Pa erreicht werden. Bei raumluftunabhängigen Festbrennstoff-Feuerstätten gilt der Grenzwert von 8 Pa.

Hohes Effizienzpotenzial
Die Industrie reagiert mit neuen, technisch immer komplexer werdenden Heizgeräten und Regelsystemen zur Reduzierung der Energiekosten – und die Verbraucher immer häufiger mit der Installation vergleichsweise einfacher Öfen und Kamine als zusätzliche, vermeintlich kostengüns­tigere Wärmequelle. Diese Entwicklung wirkt sich unmittelbar auf die verschiedenen Handwerksdisziplinen rund um die Wärmeerzeugung aus.
Moderne Heizungsanlagen und Einzelraumfeuerstätten, die häufig noch von verschiedenen Gewerken geprüft und gewartet werden, gehören aus Sicht der Kunden zusammen. Die Verbraucher wünschen sich einen zentralen, kompetenten Ansprechpartner in Sachen energieeffizientes Heizen. Fachhandwerker sind daher dreifach gefordert: Es gilt, technisches, handwerkliches und rechtliches Wissen über verschiedene Wärmeerzeuger zu erweitern und ganzheitlich auf die ineinandergreifenden Aspekte Energieeffizienz und Schadstoffausstoß anzuwenden. Hochentwickelte Messgeräte unterstützen das Fachhandwerk dabei, aktuelle Regelwerke korrekt anzuwenden und im Sinne der Kunden Energieverschwendung auf die Spur zu kommen. Das wird an zwei Praxisbeispielen deutlich: An der Wechselwirkung zwischen modernen Wohnraumlüftungsanlagen und raumluftabhängigen Wärmeerzeugern sowie an der Abgasanalyse – egal ob bei hocheffizienten Brennwert-Heizgeräten oder alten Kesseln.
Feldanalysen des Mess- und Kehrgeräteherstellers Wöhler haben ergeben, dass bei 99 % der ausgewerteten Heizgeräte der Abgasverlustgrenzwert nach 1. BImSchV zwar nicht überschritten wurde, aber bei mehr als der Hälfte der Anlagen der Abgasverlust über 8 % lag. Dort existiert somit ein hohes Einsparungspotenzial. Wird der Abgasverlust reduziert, ist nicht nur der Umwelt gedient, sondern der Endkunde spart beim Heizen auch eine Menge Geld.
Die finanziell spürbaren Effekte einer optimal arbeitenden Heizung können den Betreiber zusätzlich zu einer jährlichen Dia­gnose motivieren – ergänzend zu den teils langen Überprüfungsintervallen gemäß 1. BImSchV oder zum einmaligen Check älterer Anlagen nach DIN EN 15378. Nicht vergessen werden darf: Selbst Brennwertgeräte unterliegen einem natürlichen Verschleiß.

Autoren:
Christian Beyerstedt: Bereichsleiter Produkt­management und Marktentwicklung bei Wöhler Mess- und Kehrgeräte GmbH, Bad Wünnenberg

Dietmar Stump, freier Journalist mit Pressebüro, Worms