IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 19/2000, Seite 34 ff.

HEIZUNGSTECHNIK

Wartungs- und Überprüfungsbedarf bei modernen Gasfeuerungsanlagen

Prof. Dr.-Ing. Rudolf Rawe* • Dipl.-Ing. Björn Gropengießer*

Dipl.-Ing. Achim Wirth* • Dr. rer. nat. Theo Wember**

Mangels ausreichender Erfahrung wird der Wartungsbedarf moderner Gasfeuerstätten in Deutschland derzeit unterschiedlich beurteilt. Dies führt dazu, dass die Überprüfung durch das Schornsteinfegerhandwerk in den einzelnen Bundesländern unterschiedlich geregelt ist. Während in einigen Bundesländern gar nicht überprüft wird, finden in anderen Bundesländern Überprüfungen in ein- oder zweijährigen Abständen statt.

Vor diesem unbefriedigenden Hintergrund beauftragte der Bundesverband des Schornsteinfegerhandwerks die Fachhochschule Gelsenkirchen mit der Durchführung eines Gutachtens über die Notwendigkeit von wiederkehrenden Überprüfungstätigkeiten an korrekt installierten

Das Gutachten wurde begleitet von einem Gesprächskreis der deutschen Gaswirtschaft, bestehend aus Vertretern der Verbände, der Gasversorger, der Geräteindustrie sowie des Zentralheizungs- und des Schornsteinfegerhandwerks.

1) C3-Geräte: Gasfeuerstätten, bei der die Verbrennungsluftzuführung und Abgasabführung senkrecht über Dach erfolgt.

2) B2-Geräte: Gasfeuerstätten ohne Strömungssicherung.

3) C6-Geräte: Gasfeuerstätten, die an eine nicht mit der Gasfeuerstätte geprüfte Verbrennungsluftzu- und Abgasabführung angeschlossen ist.

Vorgehensweise

Im Rahmen der Bearbeitung wurden zunächst in der Praxis aufgetretene Schadensfälle analysiert. Dazu wurde ein Prüfstand errichtet, um die Auswirkungen typischer, in der Praxis vorgefundener Schadensfälle auf die Sicherheit des Anlagenbetreibers zu beurteilen.

Die Erkenntnisse belegen, dass eine Gefährdung des Anlagenbetreibers oftmals nur durch ein Zusammentreffen mehrerer Mängel gegeben ist. Um die Wahrscheinlichkeit des Auftretens mehrerer voneinander unabhängiger Störungsfälle zu ermitteln, wurde eine bundesweite repräsentative statistische Erhebung an 31.773 Geräten durchgeführt. Aufgrund der hieraus gewonnenen Erkenntnisse werden abschließend Überprüfungstätigkeiten/-Intervalle empfohlen.

Bild 1: Ablagerungen in Verbindungsstücken aus Aluminium.

Mangelhafte Anlagen in der Praxis

Die Rückmeldungen aus der Praxis sollten bundesweit das Spektrum möglicher Störungsfälle und zudem Hinweise auf die Ursachen aufzeigen. Sie bilden den Ausgangspunkt für die nachfolgend beschriebenen Laboruntersuchungen. Es wurden bei allen Gerätekategorien festgestellt:

Die Korrosionen lassen sich in drei Erscheinungsformen unterteilen:

Bild 2: Riefenförmiger Abtrag des Aluminiums.

Die Ablagerungen infolge von fehlendem Gefälle sowie der Aluminiumabtrag durch Kondensat wurde sowohl bei raumluftabhängigen als auch bei raumluftunabhängigen Brennwertfeuerstätten vermehrt festgestellt. Die Perforationen wurden vereinzelt an raumluftabhängigen Brennwertfeuerstätten vorgefunden.

Laboruntersuchungen

Raumluftabhängige Brennwertfeuerstätten mit Abgasleitung im Schacht

Raumluftabhängige Gasgeräte der Art B2 ohne besondere Dichtigkeit entnehmen die Verbrennungsluft dem Aufstellraum, der über eine Zuluftöffnung mit dem Freien verbunden ist. Die gebläseunterstützte Abgasführung erfolgt über horizontale und vertikale Abgasleitungen, die für Überdruck ausgelegt sind. Außerhalb des Aufstellraumes muss die vertikale Abgasleitung in einem Schacht verlegt werden. Dieser muss hinterlüftet sein, um eventuell austretendes Abgas gefahrlos über Dach abzuführen.

Bild 3: Perforationen an Aluminiumabgasleitung.

Aufgrund von Undichtigkeiten im Abgasweg kann im Aufstellraum eine Anreicherung der Raumluft mit Abgas stattfinden. Ursachen für derartige Undichtigkeiten sind zum Beispiel:

Mit Hilfe von Laboruntersuchungen sollte der Einfluss verschiedener Parameter (Raumgröße, Luftwechsel, Leckagequerschnitt) auf den CO-Gehalt der Raumluft bei unterschiedlichen Randbedingungen aufgezeigt werden. Als Beispiel stellen die folgenden Diagramme den Einfluss des Luftwechsels dar.

Bild 4: Einfluss des Luftwechsels bei einem CO-Gehalt im Abgas von 40 ppm und 5 Pascal Überdruck; Leckagequerschnitt 2,7 cm2 , Raumvolumen 25,7 m3.

Die Randbedingungen 40 ppm CO-Gehalt im Abgas bei 5 Pascal Überdruck entsprechen den mittleren Betriebszuständen neuer Gasfeuerstätten (Bild 4). In der Praxis können durch Korrosionsprodukte hervorgerufene Querschnittsveränderungen zu erhöhtem Überdruck führen. Das vom Brenner angesaugte, ausgetretene Abgas bewirkt dann eine vermehrte CO Bildung bei der Verbrennung, sodass hoher Überdruck in Verbindung mit hohem CO-Gehalt auftreten kann. Deshalb wurden auch Ergebnisse für Betriebszustände mit 1000 ppm CO im Abgas bei 20 Pa Überdruck dargestellt (Bild 5), die in der Praxis bei älteren Geräten vorgefunden werden.

Raumluftunabhängige Brennwertfeuerstätten

Bild 5: Einfluss des Luftwechsels bei einem CO-Gehalt im Abgas von 1000 ppm und 20 Pascal Überdruck; Leckagequerschnitt 2,7 cm2, Raumvolumen 25,7 m3.

Raumluftunabhängige Feuerstätten mit konzentrischer Verbrennungsluftzuführung und Abgasleitung im Schacht (Bild 6) entnehmen die Verbrennungsluft über ein geschlossenes System dem Freien. Bei Brennwertfeuerstätten, die über einen längeren Zeitraum nicht im Kondensationsbereich (TAbgas > TTaupunkt) betrieben werden, kann es zum Austrocknen des internen Siphons (Sperrwasser zwischen Abgas und Aufstellraum) kommen. Das im Wärmeerzeuger unter Überdruck stehende Abgas kann dann in den Aufstellraum austreten.

Bild 6: C6-Brennwertgerät mit Abgasleitung mit separatem Siphon.

Abgasaustritt über den Siphon wurde vermehrt an Brennwertfeuerstätten festgestellt, die in den Sommermonaten ausschließlich der Brauchwasserbereitung dienen. Dies wurde insbesondere bei folgenden Randbedingungen angetroffen:

Das Ausmaß der Taupunktüberschreitung wird entsprechend der Verschmutzung der Wärmetauscherfläche erhöht.

Konventionelle Feuerstätten der Art C3

Bei diesen Geräten (Bild 8) erfolgt die Luft-/Abgasführung über Dach in konzentrischen Doppelrohren, wobei im Innenrohr Abgas gebläseunterstützt abgeführt wird und das äußere Rohr im Gegenstrom dem Gerät Verbrennungsluft zuführt. Abstände der verbrennungsluftumspülten, abgasführenden Teile zu brennbaren Bauteilen sind nicht erforderlich, wenn bei Nennwärmeleistung der Feuerstätte an Bauteilen keine höheren Temperaturen als 85°C auftreten können und dies in der Einbauanleitung der Hersteller angegeben ist.

Bild 7: C3-Brennwertgerät mit kurzer Abgasleitung.

Undichtigkeiten im Abgasweg können zu örtlichen Oberflächentemperaturen von über 85°C führen (Brandgefahr). Derartige Leckagen können durch Verrutschen abgasführender Teile aufgrund von mechanischen Einwirkungen, Windeinflüssen über Dach und Materialermüdung an Manschetten hervorgerufen werden.

Die experimentelle Ermittlung der Oberflächentemperatur bei

ergab bei den Laboruntersuchungen Oberflächentemperaturen von bis zu 150°C. In der Praxis wurden Oberflächentemperaturen von max. 130°C vorgefunden.

Bild 8: Konventionelle Feuerstätte der Art C3.

Statistische Erhebung

Um Auskunft über Mängelhäufigkeiten zu erhalten, wurde eine repräsentative Studie durchgeführt. Die Studie beschränkte sich auf fünf Bundesländer, in denen das Schornsteinfegerhandwerk wiederkehrend überprüfend tätig ist und somit Datenmaterial verfügbar ist.

Grundgesamtheit und Stichprobenplan

Die Grundgesamtheit besteht aus der Menge aller wiederkehrend durch das Schornsteinfegerhandwerk im Jahr 1997 geprüften Gasfeuerungsanlagen der betrachteten Gerätekategorien.

Die Mindestanzahl pro Gerätekategorie sollte 1.000 nicht unterschreiten. Damit können Defektwahrscheinlichkeiten im Promillebereich geschätzt werden. Eine im Vorfeld durchgeführte Studie (31 Kehrbezirke) ergab, dass ca. 50% der Brennwertgeräte als C3-Anlage, ca. 40% raumluftunabhängig und ca. 10% raumluftabhängig betrieben werden. Mit den angestrebten 10.000 Brennwertgeräten in der Gesamtstichprobe ergeben sich damit auch in der am schwächsten besetzten Gruppe (raumluftabhängige Brennwertgeräte) mehr als 1.000 Geräte in der Stichprobe. Die Stichprobenziehung erfolgte über die Kehrbezirke, die streng zufällig gezogen wurden.

Bei den aufgeführten fünf Bundesländern (Tabelle 1) wurde proportional ein Stichprobenumfang (bezogen auf Brennwertgeräte) gezogen.

Bild 9: Anzahl geprüfter Geräte pro Kategorie.

Aufgrund des höheren Marktanteils ergab sich für die Kategorie der C3-Heizwertgeräte zwangsläufig eine höhere Anzahl, sie betrug 21852 Geräte.

Gerätekollektiv

Die Häufigkeitsverteilung der untersuchten Geräte wurde bezüglich folgender Kriterien ausgewertet:

Zusammenfassung aller Gefährdungssituationen

In der Tabelle 2 werden für drei Gerätekategorien alle Gefährdungssituationen aufgeführt. Dies sind sowohl Einzelmängel, als auch Gefährdungssituationen, die erst durch das gleichzeitige Auftreten mehrerer Einzelmängel zum Tragen kommen. Der prozentuale Anteil von kombinierten Gefährdungssituationen wird durch Multiplikation der jeweiligen Einzelmängel bestimmt. Die Gefährdungssituationen sind durchnummeriert und die jeweiligen Anteile mit den dazugehörigen Vertrauensbereichen (= Konf) fett hervorgehoben. Bei der Auswertung der Erfassungsbögen wurden sogenannte Doppelmängel (z.B. Auseinanderrutschen der Luft-/Abgasleitung und gleichzeitig O2-Reduzierung im Ringspalt) nur einem Mängelpunkt zugeordnet. Die aufgeführten Anteile sind also voneinander unabhängig zu betrachten.

Bei den raumluftabhängigen Brennwertfeuerstätten führt nur eine Kombination von mindestens zwei Störungsfällen zu einer Gefährdungssituation, da im Gegensatz zu den raumluftunabhängigen Feuerstätten hier die Lüftung des Aufstellraums einer Anreicherung der Raumluft mit Abgas entgegenwirkt.

Bild 10: Altersverteilung der geprüften Brennwertgeräte-Kategorien in der Reihenfolge raumluftabhängiges Brennwertgerät, raumluftunabhängiges Brennwertgerät und C3-Brennwertgeräte.

Erforderliche Überprüfungstätigkeiten/Intervalle

Überprüfungsintervalle

Die Ergebnisse der Untersuchungen belegen, dass auch an modernen Gasfeuerstätten Gefährdungspotenziale vorgefunden werden. Dies gilt sowohl für raumluftabhängige als auch für raumluftunabhängige Anlagen. Das dabei ermittelte Gefährdungspotenzial liegt bei 1 - 2%.

Das Gefährdungspotenzial bei Überprüfungsintervallen, die größer als zwei Jahre sind, muss zwangsläufig höher werden. Da entsprechende Daten nicht verfügbar sind, kann jedoch über die konkrete Höhe keine Aussage gemacht werden.

Aufgrund der Altersstruktur der untersuchten raumluftunabhängigen Brennwertfeuerstätten mit sehr wenigen "alten" und vielen "jungen" Geräten ist in Zukunft eher noch mit einer Zunahme des Gefährdungspotenzials zu rechnen. Aus diesen Gründen sollte der in einigen Bundesländern schon bewährte Überprüfungszeitraum von zwei Jahren bei raumluftunabhängigen Geräten generell Anwendung finden.

Tabelle 2: Gefährdungssituationen bei unterschiedlichen Gerätekategorien

Bei den in den betrachteten Ländern jährlich überprüften raumluftabhängigen Brennwertfeuerstätten ist der prozentuale Anteil der Einzelmängel zwar erheblich höher als bei den raumluftunabhängigen. Infolge der Lüftung des Aufstellraums führt jedoch erst eine Kombination von mindestens zwei Störungsfällen zu einer Gefährdungssituation. Da das derart ermittelte Gefährdungspotenzial die gleiche Größenordnung von ca. 1 - 2% wie bei den raumluftunabhängigen aufweist, erscheint auch bei dieser Gerätekategorie eine Überprüfung alle zwei Jahre angemessen.

Überprüfungstätigkeiten

Aufgrund der Erkenntnisse an mangelhaften Anlagen in der Praxis, den in Laboruntersuchungen ermittelten Auswirkungen vorgefundener Störungsfälle hinsichtlich ihrer Gefährdung und den statistischen Erhebungen über Häufigkeiten/Wahrscheinlichkeiten der ermittelten Gefahrenpotenziale, sind folgende Überprüfungstätigkeiten in Abhängigkeit von der Gerätekategorie sinnvoll:

Generell:

Raumluftabhängige Brennwertfeuerstätten der Art B2 mit Abgasleitung im Schacht:

Raumluftunabhängige Brennwertfeuerstätten der Arten C3 und C6 mit Abgasleitung im Schacht:

Konventionelle Feuerstätten der Art C3:

*  Prof. Dr.-Ing. Rudolf Rawe, Dipl.-Ing. Björn Gropengießer, Dipl.-Ing. Achim Wirth, Fachhochschule Gelsenkirchen

*  Dr. rer. nat. Theo Wember, Diplom-Statistiker, Waltrop

[Zurück]   [Übersicht]   [www.ikz.de]