Brennpunkt 68/11 - Erdöl-Vereinigung

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Wie lässt sich das Vergleichen von falschen Zahlen vermeiden? Die Zusammenhänge von Wirkungsgraden und Kondensationstechnik Brennwertkessel sind heute die Norm und der Installateur ist mit der Funktionsweise derselben bestens vertraut. Ein Aspekt sorgt aber immer wieder für Verwirrung: Ist es wirklich möglich, dass es Brennwertkessel mit einem Wirkungsgrad von über 100% (!) gibt? Und die Anschlussfrage: Arbeiten Ölbrenner weniger effizient als Gasbrenner, nur weil sie zwingend einen tieferen Wirkungsgrad aufweisen? Wir geben Ihnen die Antwort darauf. (Quelle: Informazout, Belgien) Definitionen Zum besseren Verständnis der Zusammenhänge sind einige grundsätzliche Erklärungen erforderlich. Brennwert H s und Heizwert H i: Jeder fossile Brennstoff enthält einen bestimmten Anteil an Wasserstoff, aus dem bei der Verbrennung Wasserdampf entsteht. Die im Wasserdampf enthaltene thermische Energie lässt sich durch Kondensation zurückgewinnen. Der Brennwert H s (früher oberer Heizwert H o) fasst die gesamte thermische Energie zusammen, die bei der Verbrennung einer bestimmten Menge Brennstoff verfügbar ist, also inklusive der Kondensationswärme (auch als latente Wärmeenergie bezeichnet). Beim Heizwert H i (früher unterer Heizwert H u) hingegen ist letztere nicht berücksichtigt. Aufgrund der unterschiedlichen Wasserstoffanteile liegt der Brennwert H s beim Heizöl rund 6% und beim Erdgas rund 11% über dem Heizwert H i. Der Verbrennungsprozess in einer vereinfachten Darstellung. Verbrennungswirkungsgrad: Dabei handelt es sich um einen Wert, der in Funktion der verbleibenden Menge an Sauerstoff in den Abgasen und der nutzbaren Temperaturdifferenz bei der Verbrennung (Temperatur im Brennraum minus Temperatur der Abgase) ermittelt wird. Er gibt demnach den direkt bei der Verbrennung entstandenen Verlust an. 110% 100% 90% 80% Nutzungsgrad: Der Nutzungsgrad gibt das Verhältnis zwischen der durch den Brenner freigesetzten Energie (Produkt aus Heizwert H i bei konstantem Druck und Brennstoffverbrauch pro Zeiteinheit) und der effektiv an die Heizungsanlage abgegebenen Wärmeenergie an. Einfacher gesagt: Man misst die effektiv an die Heizungsanlage abgegebene Wärmeenergie im Verhältnis zur thermischen Energie, die der Brenner freisetzt – und zwar auf der Basis des Heizwerts H i. Basis: Heizwert Hi Basis: Brennwert Hs Heizöl Erdgas Heizöl Erdgas 13% 93% 4 Brennpunkt – Nr. 68/ Februar 2011 4% 102% 18% 93% 4% 107% 110% 100% 13% 4% 96% 87% 80% 84% NT BW NT BW NT BW NT BW NT: moderner nicht genutzter Energieinhalt Niedertemperaturkessel des Brennstos BW: moderner typischer Kesselwirkungsgrad Brennwertkessel im Bezugssystem 90% Vergleich Heizwert/Brennwert für Heizöl und Erdgas. dem Heizsystem zugeführte Wärme-Energie Nutzungsgrad = durch den Brenner freigesetzte Energie Für die Brennwertkessel geben die Hersteller je nach Vor-/Rücklauftemperatur zwei verschiedene Wirkungsgrade an: einen bei 50/300C und einen anderen bei 80/600C. Die dabei angegebenen Werte können für Verwirrung sorgen, da das Resultat bei 50/300C mehr als 100% und bei 80/600C weniger als 100% beträgt. Das hat seine Logik, weil oberhalb des Taupunkts keine Kondensation stattfindet und die latente Wärmeenergie (Kondensationswärme) demnach nicht zurückgeführt wird. Ein Wirkungsgrad von mehr als 100%? Wer die Verkaufsunterlagen von Brennwertkesseln konsultiert, findet immer Wirkungsgrade von mehr als 100%. Dabei kann es sich aber nur um den Nutzungsgrad handeln, da der Wirkungsgrad bei der Verbrennung physikalisch gesehen nie über 100% liegt. Die Ursache dieses Widerspruchs liegt in der Tatsache, dass sich die Normen, die den Wirkungsgrad von Heizungen beschreiben, ausschliesslich auf den Heizwert H i des Brennstoffs beziehen. Dabei geht man davon aus, dass aus einem Kilogramm Heizöl maximal 11,86 kWh Wärmeenergie erzeugt werden können, und setzt diesen Wert als 100% ein. Bei einem Nutzungsgrad von 104% suggeriert man demnach, dass an die Heizungsanlage 12,33 kWh abgegeben 16% 4% 96% 100%
werden, obwohl – um bei dem einen Kilogramm Heizöl zu bleiben – vom Brenner nur 11,86 kWh erzeugt werden können. Es versteht sich von selbst, dass ein Heizkessel nicht mehr Energie produzieren kann, als ihm zugeführt wird. Die Angabe eines Wirkungsgrades von über 100% hängt mit der Epoche zusammen, in der die Norm für diese Berechnungen festgelegt wurde. Zum damaligen Zeitpunkt war die Kondensationstechnik bereits bekannt, wurde aber in der Regel nicht angewandt. In der Folge legte man die Normen auf der Basis des Heizwerts H i und nicht auf derjenigen des Brennwerts H s fest – was leider bis heute der Fall ist. Wie kommt es, dass Brennwertkessel für Erdgas immer einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als diejenigen von Ölfeuerungen? Wenn man aufgrund des höheren Wirkungsgrades annimmt, die Kondensationstechnik sei beim Erdgas leistungsfähiger als beim Heizöl, so ist dies nicht korrekt. Ein konkretes Beispiel zeigt dies auf. Die nachstehende Berechnung basiert auf einem Heizkessel, der im ersten Fall mit einem Öl- und im zweiten Fall mit einem Gasbrenner arbeitet. Heizöl Annahme: Der Verlust liegt bei 2% durch die Verbrennung und 2% in den Abgasen. Der Brenner verbraucht 10 Liter/h. Auf der Basis des Heizwerts H i (1 Liter = 10 kWh) ergibt dies 100 kWh, mit dem Brennwert H s gerechnet sind es 106 kWh (1 Liter = 10,6 kWh). Bei einem Verlust von insgesamt 4% werden demnach rund 102 kWh an die Heizungsanlage abgegeben. Daraus errechnet sich auf der Basis des Heizwerts H i folgender Wirkungsgrad: 102 kWh Wirkungsgrad auf Basis des Heizwerts H i = = 102% 100 kWh Diese Angabe von 102% findet sich auf den Verkaufsunterlagen der Hersteller wieder. In Wirklichkeit müsste die gesamte Kalkulation auf der Basis des Brennwerts H s erfolgen: 102 kWh Wirkungsgrad auf Basis des Brennwerts H s = = 96% 106 kWh Erdgas Bei der Berechnung mit Erdgas entstehen im Heizkessel dieselben Verluste. Es werden also ebenfalls 102 kWh an die Heizungsanlage abgegeben. Die Energiemenge, die dem Brenner auf der Basis des Heizwerts H i zugeführt wird, beträgt in diesem Fall rund 96 kWh (rund 11 % Differenz zwischen Brennwert H s und Heizwert H i beim Erdgas). Die Berechnung des Wirkungsgrades auf der Basis des Heizwerts H i ergibt in diesem Fall: 102 kWh Wirkungsgrad auf Basis des Heizwerts H i = = 106% 96 kWh In den Verkaufsunterlagen der Hersteller erscheint derselbe, aber mit einem Gasbrenner ausgestattete Heizkessel mit einem Wirkungsgrad von 106%. Daraus könnte man schliessen, dass der Heizkessel mit Gasbrenner gegenüber demjenigen mit Ölbrenner effizienter arbeitet, obwohl die zugeführte Energiemenge und die an das Heizsystem abgegebene Energie identisch sind. Brennraum eines Ölbrennwertkessels. Bei der korrekten Berechnung auf der Basis des Brennwerts H s hingegen ergibt sich für beide Systeme dasselbe Resultat: 102 kWh Wirkungsgrad auf Basis des Brennwerts H s = = 96% 106 kWh Daraus lässt sich schliessen, dass diese Heizanlage, unabhängig vom verwendeten Brennstoff, dieselbe Energieeffizienz aufweist. Der Brennwert H s ist in Zukunft die einzige verlässliche und vergleichbare Berechnungsbasis Wirkungsgrad H s Wirkungsgrad H i Heizöl Erdgas 79 84,4 87,6 80 85,5 88,7 81 86,6 89,8 82 87,6 90,9 83 88,7 92,0 84 89,8 93,1 85 90,8 94,2 86 91,9 95,3 87 93,0 96,4 88 94,0 97,6 89 95,1 98,7 90 96,2 99,8 91 97,2 100,9 92 98,3 102,0 93 99,4 103,1 94 100,4 104,2 95 101,5 105,3 96 102,6 106,4 97 103,7 107,5 98 104,7 108,6 99 105,8 109,8 100 106,9 110,9 Wie lässt sich diese Tabelle einsetzen? Ein Beispiel: Wenn der Wirkungsgrad bei einer Ölheizung auf der Basis des Heizwerts H i mit 97,2% und bei einer Gasheizung mit 100,9% angegeben ist, so entspricht dies in beiden Fällen einem Nutzungsgrad von 91%. Daraus lässt sich ableiten, dass Heizöl gegenüber dem Erdgas weder über einen besseren noch über einen schlechteren Wirkungsgrad verfügt, auch wenn dieser Eindruck manchmal entsteht. Man kann also nur hoffen, dass die Wirkungsgrade künftig ausschliesslich auf der Basis des Brennwerts H s angegeben werden. Damit wäre die Voraussetzung geschaffen, um die effektive Leistungsfähigkeit des Brennkessels zu beurteilen, unabhängig von der Art des Brennstoffs. Und es hätte den Vorteil, dass die Systeme sowohl von Fachleuten als auch von den Endkunden auf einer transparenten, vergleichbaren Grundlage beurteilt werden können. ● Brennpunkt – Nr. 68/ Februar 2011 5 Foto: Viessmann
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Seite 3: Wie der WEC 2010 gezeigt hat, werde
Seite 7 und 8: Sanierung der technischen Installat

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