Fragen & Antworten
Brennwert
Die Wärmeerzeugung durch Verbrennung im Heizkessel läuft nicht
ohne energetische Verluste ab. Neben dem Auskühlverlust über
die Kesseloberfläche gehört der nur während der Brennerlaufzeiten
auftretende Abgasverlust zu den beiden energetischen Verlustarten des
Heizkessels. Der Abgasverlust wird vom Bezirksschornsteinfegermeister
mit der jährlich stattfindenden Emissionsmessung kontrolliert und
fließt in die Bestimmung des Wirkungsgrades des Heizkessels ein.
Die 1. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (1. BImSchV) legt für die verschiedenen Kesselgrößen und Installationszeitpunkte maximale Grenzwerte fest, z. B. 12% für Heizkessel mit 4 bis 25 kW Leistung, die ab dem 01.10.1988 errichtet wurden. Ab 01.11.1998 gilt für Heizkessel derselben Leistung ein Grenzwert von 11%. Moderne Heizkessel weisen selten Abgasverluste von mehr als 7 bis 8% auf.
In Zentralheizungsanlagen wird heute vorwiegend Heizöl oder Erdgas als Brennstoff verwendet. Daneben werden Fernwärme, Strom und Kohle sowie regenerative Energieträger (z. B. Solarenergie) eingesetzt.
Die Eigenschaften der Brennstoffe resultieren aus ihrer chemischen Zusammensetzung. Die wesentlichen Bestandteile der Brennstoffe Erdgas und Heizöl Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H) und bei Heizöl zusätzlich noch in geringen Mengen Schwefel (S) werden bei der Verbrennung oxidiert, d.h. sie verbinden sich mit dem Luftsauerstoff (O) zu Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) und bei Heizöl zusätzlich noch zu Schwefeldioxid (SO2). Bei dieser chemischen Reaktion wird Wärme frei, die etwa zur Hälfte unmittelbar von der Flamme an den Brennraum abgestrahlt wird. Die andere Hälfte ist in den heißen Verbrennungsgasen (Heizgasen) als fühlbare (sensible) Wärme gespeichert. Der hierbei in den Heizgasen enthaltene Wasserdampf stellt durch die gespeicherte Verdampfungswärme ein besonderes Energiepotential dar, das als latente Wärme bezeichnet wird.
Während bei der Heizwert -Nutzung des Brennstoffes der im Heizgas enthaltene Wasserdampf nicht kondensiert und mit den Abgasen ungenutzt über den Schornstein abgeführt wird, kondensiert bei der Brennwert-Nutzung der Wasserdampf zumindest zum Teil. Die Zahlenwerte in der Tabelle spiegeln diesen Sachverhalt wieder. So entspricht die Differenz zwischen Brennwert und Heizwert eines Brennstoffes der Kondensationswärme des Wasserdampfes.Aufgrund der bei der Kondensation von Heizgasen aus Ölfeuerungen freiwerdenden Schwefelsäure (Schwefeldioxid im Abgas), den damit verbundenen Problemen bei der Wahl des Heizkesselwerkstoffes sowie dem geringeren Unterschied von Brennwert zu Heizwert findet die Brennwertnutzung heute fast ausschließlich bei Gasfeuerungen Anwendung.
Zusammensetzung |
Heizöl Gew.-% |
Erdgas LL Vol.-% |
Erdgas E Vol.-% |
Kohlenstoff (C) |
86 |
||
Wasserstoff (H) |
13 |
||
Stickstoff (N) |
0,5 |
14 |
1 |
Schwefel (S) |
0,3 |
||
Methan (CH4) |
82 |
93 |
|
Kohlenwasserstoffe (CxHy) |
3 |
5 |
Heizöl Gew.-% |
Erdgas LL Vol.-% |
Erdgas E Vol.-% |
|
Brennwert |
12,6 kWh / kg |
9,8 kWh/m³ |
11,5 kWh/m³ |
Heizwert |
11,9 |
8,8 |
10,4 |
Kondenswassermenge maximal |
1,1 |
1,4 |
1,7 |
Brennwert/Heizwert |
1,063 |
1,107 |
1,107 |
Wasserdampftaupunkt °C |
46 |
56 |
56 |
Der Brennwert-Heizkessel arbeitet wie auch der Niedertemperatur-Heizkessel mit gleitender Betriebstemperatur, wobei die Kondensation des im Heizgas enthaltenen Wasserdampfes nicht unterbunden, sondern bewußt gefördert wird.
Es wird damit nicht nur die sensible (fühlbare), sondern auch die latente (im Wasserdampf gebundene) Energie des Brennstoffes zur Heizwassererwärmung im Kessel genutzt. Die Höhe dieses Anteils ist abhängig vom Brennstoff und macht für Heizöl ca. 6% und für Erdgas fast 11% der im Brennstoff enthaltenen Wärmeenergie aus. Wieviel letztendlich wirklich durch Kondensation an latenter Wärme gewonnen wird, hängt von den tatsächlich herrschenden Betriebsbedingungen und damit zu einem großen Teil von den Betriebstemperaturen ab.
Zeigt der Niedertemperatur-Heizkessel am durchschnittlichen Arbeitspunkt einen Nutzungsgrad von ca. 92%, so erreichen Brennwert-Heizkessel mit der Heizkurve 75/60°C ca. 105% und mit der Heizkurve 40/30°C bis 109%. Die Technik des Brennwert-Heizkessels ist vor allem auf niedrige Abgastemperaturen (möglichst unter 55°C) und die damit verbundene hohe Kondensatausbeute ausgerichtet. Dem Abgasverlust von 7 bis 8% (sensibel) plus 11% (latent) des Niedertemperaturheizkessels stehen nur noch 2 bis 5% des Brennwertkessels gegenüber.
Da sich durch die Kondensation des Heizgases aus Ölfeuerungen aufgrund des sich einstellenden Schwefelsäureanteils im Kondensat technologische Probleme ergeben und der Energiegewinn nur etwa halb so groß ist wie bei Erdgas, wird der Brennstoff Öl bevorzugt bei Niedertemperaturheizkesseln eingesetzt. Der Brennstoff Erdgas findet zunehmend in Brennwert-Heizkesseln Anwendung.
Ein Niedrigenergiehaus weist einen Jahresheizwärmebedarf von weniger als 70 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr auf. Der Heizwärmebedarf liegt etwa 30 Prozent unter den von der Wärmeschutzverordnung von 1995 geforderten Werten. Erreicht wird dies durch verschiedene Maßnahmen, wie z. B. Reduzierung der Außenflächen durch eine kompakte Bauweise, guter Wärmeschutz der Außenbauteile, Nutzung der passiven Sonnenenergie durch Wärmeschutzverglasung oder Wintergärten, ein dem Gebäude angepaßtes Heizsystem. Ein Beispiel für die Realisierung eines Niedrigenergiehauses ist das von Buderus mitunterstützte Projekt "Övolution".
Informationen zur Anlagentechnik im Niedrigenergiehaus enthält der Sonderdruck "Herausforderung Niedrigenergiehaus?".
Der Brennwert bezeichnet die bei vollständiger Verbrennung eines
Brennstoffes, z. B. Erdgas oder Heizöl freiwerdende Energie einschließlich
der im Wasserdampf gespeicherten Kondensationswärme. Bei Brennwertkesseln
wird der in den Heizgasen enthaltene Wasserdampf im Unterschied zur Heizwert-Nutzung
des Brennstoffes vollständig oder teilweise kondensiert und damit
als Heizwärme genutzt. Mit Heizgas bezeichnet man die zur Heizwassererwärmung
genutzten gasförmigen Verbrennungsprodukte. Sie werden mit Temperaturen
nur wenig oberhalb der Heizwasserrücklauftemperatur (ca. 25 bis 60°C)
in den Schornstein abgeführt. Der Abgasverlust ist damit deutlich
geringer als beim Heizwert-Betrieb.
Anhaltswerte für den Brennwert von Brennstoffen:
| Heizöl | Erdgas LL | Erdgas E | |
| Brennwert |
12,6 kWh/kg | 9,8 kWh/m³ | 11,5 kWh/m³ |