Ausbildung
Thema: Brennwert-Heizungstechnik
Seit September 2015 dürfen Kesselanlagen, die nach dem „Heizwertprinzip“ arbeiten, nur noch in bestimmten Ausnahmesituationen eingebaut werden. Grund ist die ErP-Richtlinie, eine europäische Vorschrift. Sie stellt Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von technischen Geräten und so auch an die Heizungstechnik. Heizgeräte müssen Energieeffizienzgrenzwerte einhalten.
Wärmeerzeuger bis 70 kW werden mithilfe des Energieeffizienzlabels nach Energieeffizienzklassen ähnlich wie Elektrogeräte geordnet. Diese reichen von grün (A++) bis rot (G). Nach dieser Klassifizierung kommen z.B. Niedertemperaturkessel, die nach dem Heizwertprinzip mit höheren Abgastemperaturen arbeiten, nur in die Klasse C oder D. Öl- und Gas-Brennwertgeräte erreichen die Klasse A, Wärmepumpen A+ oder A++ und Kraftwärmekopplungsanlagen bis A+. Die EU-Richtlinie gibt vor, dass die „jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz“ mindestens 86% erreichen müsse, was Heizwertgeräte nicht erreichen können. Daraus ergibt sich, dass bei fossilen Brennstoffen (Öl und Gas) i.d.R. die Brennwerttechnik oder Kraft-Wärmekopplung zur Anwendung kommen muss.
Unterschied zwischen Brennwert und Heizwert
Bei jedem Verbrennungsprozess entsteht Wasserdampf (H2O). Der kann mit den Abgasen über die Abgasanlage ins Freie abgeleitet werden. Dann spricht man von einem Heizwertgerät. Die Energie, die bei der Verbrennung aufgebracht wurde, ist so verloren bzw. an die Umwelt abgegeben. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Abgase kontrolliert soweit abzukühlen, dass der Wasserdampf kondensiert. Das erfolgt bei einem Brennwertgerät im Wärmeerzeuger selbst.
Heizwert Hi
Der Heizwert bezeichnet die Wärmemenge eines Brennstoffes, die bei vollkommener Verbrennung frei wird und der entstandene Wasserdampf im Abgas gasförmig vorliegt bzw. abgeleitet wird. Wenn die bei der Verbrennung entstehenden Abgase mit über z.B. 100°C in einem Heizgerät soweit heruntergekühlt werden (25°C), dass der Kondensationsprozess in dem Gerät erfolgt und die dabei entstehende Kondensationswärme (latente Wärme) zum Heizen in Brennwertkessel nutzbar gemacht wird, spricht man vom Brennwert Hs.
Brennwert Hs
Der Brennwert bezeichnet die Wärmemenge eines Brennstoffes, die bei vollkommener Verbrennung frei wird und der entstandene Wasserdampf im Abgas flüssig vorliegt. Die in den Abgasen enthaltene Verdampfungswärme kann zu Heizwecken genutzt werden. Die Differenz ergibt sich aus der Energiemenge, die im Auskondensieren des Wasserdampfes enthalten ist.
Die Energiedifferenz zwischen Heizwert und Brennwert richtet sich nach dem Wasserstoffanteil des Brennstoffs. Bei Heizöl können bis ca. 6% und bei Erdgas ca. 11% mehr Energie gewonnen werden. Der Brennwert wird in kWh/kg, kWh/m³ oder kWh/l Brennstoff angegeben. Der Brennwert von leichtem Heizöl liegt bei 9,5 kWh/l bzw. 11,4 kWh/kg. Erdgas hat einen Brennwert von 10,83 kWh/kg bzw. 8,8 kWh/m³. Holzpellets haben bei 6% Feuchtigkeit einen Brennwert von 4,9 kWh/kg.
Oft wird für die Brennstoffe der Heizwert angegeben, der geringer als der Brennwert ist. Daraus ergibt sich, dass der Wirkungsgrad eines Brennwertgerätes über 100% liegt – bei Ölbrennwert z.B. 106% und bei Erdgas z.B. 111%.
Kondensationspunkte
Der genaue Taupunkt hängt einerseits vom Brennstoff, andererseits von den Verbrennungsbedingungen (Temperaturen, Brennstofffeuchte) ab. Erdgas und Heizöl besitzen unterschiedliche Temperaturpunkte (Taupunkte), bei denen die Abgase am Abgaswärmeübertrager des Gerätes kondensieren. Bei Heizöl liegt er bei ca. 47°C und bei Erdgas bei ca. 56°C. Um den Brennwerteffekt optimal ausnutzen zu können, müssen die Heizungsrücklauftemperaturen unter der Taupunkttemperatur der Abgase bzw. Rauchgase liegen.
Je größer deren Temperaturdifferenz, desto höher ist der Effekt und die Menge des Kondensates. Je Liter Heizöl fallen bis zu 0,9 l und je m³ Erdgas ca. 1,5 l Kondensat an, das abgeleitet werden muss. Geht man z.B. von einem Brennwertgerät von 20 kW und ca. 1700 Betriebsstunden aus, so fallen bei Erdgas ca. 4,5 m³ und bei Heizöl ca. 3 m³ Kondensat jährlich an.
Ableiten des Kondensats
Die große Menge an Kondensat muss abgeleitet werden. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass das Kondensat auch Verbrennungsrückstände enthält. Dazu zählen beispielsweise Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, Schwefeloxide, Stickoxide, Chlorwasserstoffe. Diese Stoffe bilden im Wasser/Kondensat Säuren (Kohlensäure, schweflige Säure, Schwefelsäure, salpetrige Säure, Salpetersäure bzw. Salzsäure). Dies bedeutet, dass das Kondensat einen pH-Wert von 1,5 bis 3,5 aufweist und damit als sauer zu bezeichnen ist.
Wird das Kondensat in ein Abwassersystem aus z.B. Beton abgeleitet, kann bei ungenügender Verdünnung der Werkstoff angegriffen und aufgelöst werden. Auch metallische Werkstoffe wie Kupfer, Zink werden angegriffen. Deshalb sind in Gebäuden Kunststoffleitungen zur Ableitung von Kondensat zu verwenden.
In einem Gebäude fällt Abwasser an, das durch Beimengungen von Seifenresten basisch ist. Der pH-Wert liegt über 7,0. Kommen basisches Abwasser und saures Kondensat zusammen, hat das Mischwasser im Idealfall einen neutralen pH-Wert. Aufgrund dessen darf das saure Kondensat aus Kleinanlagen (bis 25 kW) direkt oder mithilfe einer Kondensatpumpe an das öffentliche Kanalsystem eingeleitet werden. Bei größeren Anlagen (bis 200 kW) sind die Abwasserleitungssysteme auf Unbedenklichkeit zu prüfen. Bei Anlagen mit mehr als 200 kW ist das Kondensat über eine Neutralisationseinrichtung zu führen. Vor dem Einbau eines Brennwertgerätes sollten bei dem zuständigen Bauamt oder dem Abwasserverband die Modalitäten oder Einschränkungen geklärt werden.
Anforderungen an die Abgasanlage
Wird ein Heizwertgerät gegen ein Brennwertgerät ausgetauscht, muss i.d.R. die gesamte Abgasanlage umgebaut werden. Denn die bestehenden Schornsteine sind zu groß und zu rau. Auch besitzen die abgeführten Brenngase immer noch eine Restfeuchte, die bei den geringen Abgastemperaturen von z.B. unter 60°C kondensiert, was zur Versottung des Altabgaskamins führen würde. Für ein Brennwertgerät werden deshalb in die bestehenden Schornsteine kondensatsichere Abgasleitungen aus Kunststoff oder Edelstahl eingesetzt. Meist werden diese als Zuluft- und Abgassystem kombiniert.
Da die Abgase stark abgekühlt sind, besitzen sie keinen nennenswerten Auftrieb mehr. Deshalb müssen sie mithilfe eines Abgasventilators durch das Brennwertgerät und die Abgasanlag geführt werden.
Die Geräte und das dazugehörige Abgassystem müssen eine Zulassung besitzen. Die Abgasleitungen sind auf die entsprechenden Geräteleistungen abgestimmt und deren maximal zulässigen Gesamtlängen bzw. maximalen Strömungsgesamtwiderstände dürfen nicht überschritten werden. Dies ist auch bei einem späteren Austausch der Geräte, z.B. wegen Erweiterung der Heizfläche oder bei größerer oder geringerer Wärmleistung wegen Wärmedämmmaßnahmen, zu beachten. Da es sich um ein geschlossenes System mit mechanischer Unterstützung (Ventilator) handelt, müssen die Abgasleitungen dicht ausgeführt werden.
Kombination aus Brennwertgerät und Solarthermie
Das EEWärmeG (Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz) schreibt für einen Neubau vor, dass 15% des Energiebedarfs über Erneuerbare Energien zu decken sind. Daher ist eine Kombination aus Brennwert und Solarthermie eine Möglichkeit, die Vorgaben zu erfüllen. Im Idealfall deckt der Brennwertkessel den Wärmebedarf im Winter. In den Übergangszeiten sowie den Sommermonaten deckt die Solarthermieanlage den Bedarf.
Kombination aus Brennwertgerät und Wärmepumpe
Es kann geprüft werden, ob zur Erfüllung der gesetzlichen Vorgaben (15% Alternativenergie) der Einbau einer Brauchwasserwärmepumpe sinnvoll ist. Ein Nebeneffekt wäre, dass sie dem Aufstellungsort wie einem Keller auch Feuchte entziehen kann.
Förderprogramme für Immobilienbesitzer
Es gibt verschiedene Fördermittel, z.B. von der KfW (Förderbank des Bundes), vom BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle). Diese reichen von einem Zuschuss von 10% ab einem Kostenaufwand von 3000 Euro für den Einbau eines Brennwertgerätes und weiteren Zuschüssen von z.B. bei gleichzeitigem Einbau einer Solarthermieanlage. Ein Gewinner ist neben dem Nutzen durch ersparte Heizkosten die Umwelt, da umweltschädliche Stoffe wie Staub und CO2 vermieden bzw. reduziert werden.