125 Jahre IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 17/1997, Seite 52 ff.

Das System entscheidet über den Erfolg

Dipl.-Ing. Hans-Georg Kring

Die Brennwerttechnik nimmt in der Heizungstechnik einen immer größeren Stellenwert ein. So ist der Marktanteil der Brennwerttechnik in den letzten beiden Jahren nahezu explodiert. Marktforscher sagen voraus, daß im Jahr 2000 fast jeder vierte gasbefeuerte Wärmeerzeuger ein Brennwertkessel sein wird.

Was macht die Brennwerttechnik für Planer, Heizungsfachfirmen und Verbraucher so interessant? Die wichtigsten Merkmale sind:

es handelt sich um eine Zukunftstechnologie, die durch inzwischen etwa 400000 installierte Geräte in Deutschland eine hohe Marktreife erreicht hat,
gegenüber einem neuen Niedertemperaturkessel kann die eingesetzte Energie um ca. 10 bis 12%-Punkte besser ausgenutzt werden; damit reduziert sich der Brennstoffverbrauch für den Betreiber um den gleichen Betrag,
es wird ein großer Beitrag zum Umweltschutz geleistet, da die CO₂-Emissionen analog dem Brennstoffverbrauch ebenfalls um 10 bis 12% sinken,
die Kosten moderner Brennwertanlagen liegen bei gesamtheitlicher Betrachtung im Leistungsbereich bis ca. 40 kW in der Größenordnung moderner Niedertemperaturkessel.

Entscheidend für den Erfolg sind die Möglichkeiten des Systems

Wie jedes Heizsystem besteht auch die Brennwertanlage aus mehreren Komponenten wie dem Regelsystem, der Abgasanlage und dem Warmwasserspeicher. Ebenso spielt die richtige hydraulische Einbindung in das Heizungsnetz eine wichtige Rolle. Daher ist es für den Planer oder die Heizungsfachfirma entscheidend, welche Systemlösung ein Hersteller für die optimale und wirtschaftliche Problemlösung bietet. Denn nur ein System, in dem alle Komponenten aufeinander abgestimmt sind, ist in der Lage, energiesparend und zur Zufriedenheit des Betreibers zu arbeiten. Dazu sind einige Kriterien zu hinterfragen:

Welcher Leistungsbereich kann mit den Produkten abgedeckt werden?
Gibt es für jede Problemlösung das richtige Abgassystem?
Bietet das System die Voraussetzungen für einen ganzjährigen wirtschaftlichen Heiz- und Warmwasserbetrieb?
Wie erfolgt die hydraulische Einbindung in das Heizsystem?
Kann das Regelsystem die Anlage wirtschaftlich und umweltschonend betreiben?

Nachfolgend werden die einzelnen Fragen im Detail näher betrachtet.

Bild 1: Verlauf des CO₂-Gehaltes im Abgas in Abhängigkeit vom Modulationsgrad.

Frage 1:

Welcher Leistungsbereich kann mit den Produkten abgedeckt werden?

In der Praxis treten die unterschiedlichsten Bedarfsfälle auf: vom Einfamilienwohnhaus nach der Wärmeschutzverordnung ’95 mit einem Wärmebedarf von 6 bis 10 kW über den Renovationsfall bis zum Mehrfamilienwohnhaus. Zusätzlich muß Warmwasser bereitet werden. Der Aufstellort variiert von der Keller- über die Dachmontage bis zum Einsatz in der Etage oder im Arbeitsraum. Ein gutes Brennwertsystem bietet für alle Anforderungen eine durchgängige Lösung an:

Lösungen für den Neubaubereich mit etwa 10 kW Leistung.
Produkte für den größeren Leistungsbereich bis ca. 40 kW.
Kaskadenschaltungen für größere Anlagen bis ca. 120 kW.
Größere Anforderungen über ca. 120 kW werden in der Regel mit bodenstehenden Wärmeerzeugern ausgeführt.

Aber auch ein kurzer Blick in die Brennwertgeräte lohnt sich. Denn im Gerät wird über den Erfolg der Brennwertnutzung entschieden. Brennwertgeräte lassen sich grob nach zwei unterschiedlichen Konstruktionsprinzipien unterscheiden:

a) Nutzungsgrad- und kostenoptimierte Produkte

Dieses Konstruktionsprinzip macht sich den Berechnungsalgorithmus des Normnutzungsgrades zunutze. Die Geräte erreichen so meßtechnisch noch relativ hohe Normnutzungsgrade von etwa 105 bis 106%, obwohl ein größerer Teil der Kondensationswärme ungenutzt bleibt. Das drückt sich in der relativ großen Temperaturdifferenz zwischen Abgas- und System-Rücklauftemperatur aus.

Aber auch dem CO₂-Gehalt im Abgas muß Beachtung geschenkt werden. Je höher der CO₂-Gehalt im Abgas ist, desto früher wird der Taupunkt unterschritten, und es kommt zum zusätzlichen Wärmegewinn aus dem Abgas. Wichtig ist auch, daß der CO₂-Gehalt im Abgas über den gesamten Leistungs- bzw. Modulationsbereich gleichbleibend hoch ist, gerade auch im Teillastbereich. Das wirkt sich positiv auf den Jahresnutzungsgrad der Anlage aus, weil im Teillastbetrieb der größte Anteil der Jahresheizarbeit geleistet wird (Bild 1).

b) Geräte für den maximalen Kondensationsbetrieb

Geräte dieses Konstruktionsprinzips sind für eine maximale Kondensationsleistung ausgelegt. Durch großzügig dimensionierte Wärmeaustauscherflächen ist auch bei hoher Anlagenlast noch Kondensationsbetrieb möglich. Typische Kennzeichen solcher Produkte sind:

eine sehr geringe Temperaturdifferenz zwischen Abgas und Rücklauftemperatur, z.B. unter 3 K bei 50°C Rücklauftemperatur,
ein konstanter CO₂-Gehalt im Abgas auch bei niedriger Modulationsleistung,
Normnutzungsgrade von 109% oder höher bei 40/30°C, wie z.B. beim Domoplus DPSM von Schäfer (Bild 2).

Bild 2: Brennwertkessel Domoplus DPSM - entwickelt für den maximalen Kondensationsbetrieb.

Frage 2:

Gibt es für jedes Problem die passende Abgasabführung?

In vielen Fällen entscheidet sich an den Möglichkeiten der Verbrennungsluftzu-/Abgasabführung der Erfolg eines Systems. Denn in der Praxis trifft der Planer oder Installateur bei der Renovierung nicht selten auf eine Bausubstanz, die eine vom Standardfall abweichende Lösung verlangt. Im Neubaubereich stellt sich sofort die Frage nach dem Standort des Gerätes. Hier sind z.B. Lösungen gefragt, die eine Montage des Gerätes im Dachgeschoß oder auch im Wohnbereich ermöglichen. Gleichzeitig stellt sich die Frage nach der Betriebsart:

Wird die Anlage raumluftunabhängig oder raumluftabhängig betrieben?
Wie und von wo erfolgt die Verbrennungsluftzufuhr?
Wie und wo werden die Abgase abgeführt?

Bild 3 faßt die wichtigsten Einbaumöglichkeiten der Verbrennungsluft-/Abgassysteme zusammen.

An Abgasanlagen werden folgende Grundanforderungen gestellt:

Die Abgasleitungen müssen entweder eine CE-Kennzeichnung als bautechnische Einheit mit dem Brennwertgerät oder eine eigene bauaufsichtliche Zulassung des DIBT besitzen.
Die Abgasleitung muß luftumspült sein. Damit werden eventuell auftretende Abgas-Leckmengen sicher abgeführt.
Die Abgasführung sollte in der Regel über Dach erfolgen.
Die Abgasanlage muß der Temperaturklasse der Feuerstätte entsprechen.
Die Abgasanlage muß dicht sein gegen Abgas und Kondenswasser.
Die verwendeten Baustoffe müssen korrosionsbeständig gegen Abgas und Kondenswasser sein.

In der Praxis werden Abgasanlagen für Brennwertfeuerstätten aus Aluminium, Kunststoff oder Edelstahl ausgeführt.

Bild 3: Übersicht über die wichtigsten Möglichkeiten der Verbrennungsluft-/Abgasabführung.

1. Senkrechte Dachdurchführung - Schrägdach - raumluftunabhängig
2. Senkrechte Dachdurchführung - Flachdach - raumluftunabhängig
3. Senkrechte Dachdurchführung - Geschoßdurchführung - raumluftunabhängig
4. Abgasführung an der Außenwand - raumluftunabhängig
Abgasführung an der Außenwand für Kaskadenbetrieb bis 4 Brennwertkessel im Überdruckbetrieb - raumluftunabhängig
5. Außenwandanschluß - raumluftunabhängig
6. Abgasanlage im Schacht bzw. im Schornstein mit Verbrennungsluftansaugung von außen - raumluftabhängig
7. Abgasanlage im Schacht bzw. im Schornstein - raumluftabhängig
Abgasanlage im Schacht bzw. im Schornstein für Kaskadenbetrieb bis 4 Brennwertkessel im Überdruckbetrieb - raumluftabhängig
8. Abgasanlage im Schacht bzw. im Schornstein - raumluftunabhängig
Abgasanlage im Schacht bzw. im Schornstein für Kaskadenbetrieb bis 4 Brennwertkessel im Überdruckbetrieb - raumluftunabhängig
9. Anbindung an LAS-Systeme (feuchteunempfindlich) Einzelbelegung - raumluftunabhängig
Mehrfachbelegung - raumluftunabhängig

Frage 3:

Bietet das System die Voraussetzungen für einen ganzjährigen wirtschaftlichen Heiz- und Warmwasserbetrieb?

a) Modulierende Betriebsweise bedeutet optimalen Heizbetrieb

Wandhängende Gas-Brennwertkessel sind für die Montage im Wohnraum konzipiert. Um wenig Platz zu verbrauchen, ist eine kompakte und gewichtsparende Konstruktion wichtig. Das bedeutet automatisch einen geringen Kesselwasserinhalt.

Die modulierende Betriebsweise ist daher besonders bei diesen Geräten von großem Vorteil, um die schnelle und genaue Anpassung an den Wärmebedarf zu erreichen. Zusätzlich wird der Nutzungsgrad erhöht. Wichtig ist auch ein möglichst großer Modulationsbereich. Denn im Heizbetrieb kann der Kessel mit geringer Last laufen. Er besitzt aber für den Warmwasserbetrieb genug Reserven, um in möglichst kurzer Zeit den Warmwasserspeicher nachladen zu können.

b) Warmwasserbetrieb

Ein Vorteil der kompakten Bauweise ist die sehr schnelle Temperaturbereitschaft der Kessel. Das bedeutet eine große Dynamik und Betriebsschnelligkeit. Als Folge davon ergeben sich kurze Nachladezeiten im Warmwasserbetrieb. Für die Praxis bedeutet dies, daß auch platzsparende Warmwasserlösungen im Design des Gerätes mit z.B. 80 Liter Speicherinhalt dargestellt werden können (Bild 4). Für einen Zweipersonenhaushalt ist das völlig ausreichend. Darüber hinaus sind größere Warmwasserspeicher erforderlich. Die zu installierende Speichergröße hängt in starkem Maß von der Personenzahl, von den Komfortansprüchen der Bewohner und von der installierten Geräteleistung ab.

Entscheidend ist daher ein durchgängiges Angebot von Warmwasserspeichern. Erforderlich sind Speicher von 80 bis etwa 500 Liter Inhalt in einer praxisgerechten Abstufung. Dabei muß die Leistung des Gerätes und der Wärmeaustauscherfläche im Speicher in der richtigen Relation zueinander stehen. Ist die Heizschlange zu klein, wenn z.B. aus Kostengründen Fremdspeicher eingesetzt werden, kommt der Kessel bei der Warmwasserbereitung ins Takten. Zum anderen sollte der Einsatz von aufwendigen Hochleistungsspeichern gut überlegt werden. Für den Betreiber bedeutet das einen erhöhten finanziellen Aufwand, ohne daß sich der wirtschaftliche Nutzen einstellt.

Bild 4: Brennwertkessel DE und 80-Liter-Warmwasserspeicher DLU im Design des Gerätes.

Frage 4:

Wie erfolgt die hydraulische Einbindung in das Heizsystem?

Der geringe Wasserinhalt bedingt im Wärmeerzeuger eine schnelle Temperaturanstiegsgeschwindigkeit, wenn während der Brennphase kein oder nur sehr wenig Wasser durch den Kessel gefördert wird. Von daher ist es im Interesse eines optimalen Betriebes sinnvoll, dafür zu sorgen, daß eine, wenn auch nur geringe, Wassermenge durch den Wärmeerzeuger fließt. In der Praxis geschieht das am einfachsten durch den Einbau eines Überströmventiles.

In vielen Beiträgen zu diesem Thema ist beschrieben worden, welche negativen Folgen sich durch den Einbau eines Überströmventiles ergeben. Praxismessungen haben gezeigt, daß der Einfluß auf den Jahresnutzungsgrad bei richtiger Einstellung maximal 1 bis 1,5% beträgt.

Viel wichtiger ist es für den Praktiker, daß das Gerät die einfache und fehlerlose Einbindung in das Heizsystem erlaubt. Folgende Fragen sollten hierzu beantwortet werden:

Sind in den Unterlagen der Hersteller ausführliche hydraulische Beispiele für die unterschiedlichsten Problemlösungen aufgeführt?
Müssen bestehende Anlagen einem größeren Umbau unterzogen werden?
Können Anlagen mit zwei Heizkreisen - ein Heizkreis ohne und ein Heizkreis mit Mischer - ohne hydraulischen Ausgleich eingebunden werden?
Gibt es hydraulische Lösungen für den Kaskadenbetrieb?

Hier liegen Potentiale für Kosteneinsparungen, aber auch für hydraulische Fehler, die sich viel stärker negativ auf den Jahresnutzungsgrad auswirken als die Forderung nach einer geringen Umlaufwassermenge.

Bild 5: Ein Regelsystem, das alle Regelaufgaben im Bereich der Brennwerttechnik löst.

Frage 5:

Kann das Regelsystem die Anlage wirtschaftlich betreiben?

Auch bei Brennwertanlagen gilt: Das Brennwertsystem ist nur so gut wie sein Management. Dem Regelsystem kommt demnach eine entscheidende Bedeutung für die wirtschaftliche und umweltschonende Betriebsweise des Gesamtsystems zu. Deshalb sollte das Regelsystem einige Leistungsmerkmale enthalten:

Funktionen zum umweltschonenden Heiz- und Warmwasserbetrieb.
Möglichkeit des nachträglichen Umschaltens zwischen raum- und außentemperaturgeführter Betriebsweise ohne Austausch der Regler.
Regelung von Kaskadenanlagen.
Erleichterung der Einstellung durch integrierte Servicefunktionen.

Schließlich noch Merkmale zur Übersichtlichkeit:

Möglichst wenige Regelgeräte für all diese Funktionen.
Eine einheitliche und durchgängige Bedienphilosophie.

Der Praktiker fordert ein Regelsystem, an dem er nur noch in geringem Umfang Anpassungseinstellungen vornehmen muß. Auch an dieser Stelle zeigt sich in der Praxis sehr deutlich, daß durch nicht angepaßte Regelungen der Brennwertnutzen viel stärker gemindert wird als durch die Optimierung der letzten Details (Bild 5).

Zusammenfassung

Sicher gibt es genügend Punkte, die bei der Konstruktion von wandhängenden Gas-Brennwertkesseln noch im Detail optimiert werden können. Für die Hersteller und den Käufer bedeutet das in der Regel jedoch höhere Kosten, ohne das der Nutzen im gleichen Verhältnis steigt. Dagegen lohnt sich der Blick auf das System. Hier scheidet sich die Spreu vom Weizen. Denn nur durch die optimale Abstimmung aller Komponenten wie Wärmeerzeuger, Abgasanlage und Warmwasserspeicher, gepaart mit einem Regelsystem, das in der Lage ist, den Betrieb zu optimieren, kann eine wirklich gute Brennwertanlage errichtet werden. Wenn dazu noch die hydraulische Einbindung einfach und praxisgerecht erfolgen kann, wird die Anlage umweltschonend und zur Zufriedenheit des Kunden arbeiten. Bei allen Überlegungen muß der Blick auf das installierende Handwerk im Mittelpunkt stehen. Einfache, sichere und schnelle Montage, geringer Wartungsaufwand bei guter Zugänglichkeit und Servicefreundlichkeit stehen an erster Stelle.

B i l d e r : Schäfer Heiztechnik, Neunkirchen

L i t e r a t u r :

[1] Jannemann, T.: Kompendium der Gas- Brennwert-Technik. Vulkan Verlag, Essen.
[2] Kring, H. G.: Brennwertkessel bis 50 kW - Wie werden sie hydraulisch sinnvoll eingebunden? IKZ-HAUSTECHNIK, 18/96.

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