Optimierter BetriebZugbegrenzer schaffen gleichbleibende Druckverhältnisse in der Abgasanlage

Der in Pa angegebene Zugbedarf einer Feuerstätte ist der notwendige Förderdruck, den der Schornstein am Übergang zur Verbindungsleitung (Kessel- oder Ofenstutzen) leisten muss. Der Schornsteinzug stellt sicher, dass die Heizgase ordnungsgemäß durch die Feuerstätte geführt werden. Geschieht das nicht in ausreichendem Maße, kann es zu einem Abgasstau im Wärmeerzeuger und in der Folge zu Verbrennungsstörungen sowie gefährlichem Abgasaustritt in den Aufstellraum kommen. Umgekehrt entsteht bei zu hohem Schornsteinzug und einer daraus resultierenden großen Geschwindigkeit des Heizgases ein zu schneller Abbrand des Brennstoffes. Dies hat speziell bei Festbrennstoff-Feuerstätten eine zu heiße Verbrennung zur Folge, der Schmiedefeuereffekt entsteht. Die Abgastemperatur wird zu hoch und damit steigt auch die Brandgefahr, etwa durch ein glühendes Ofenrohr oder eine Verbindungsleitung. Zusätzlich erlauben die hohen Strömungsgeschwindigkeiten keinen optimalen Wärmeübergang an die Wärmetauscherflächen bzw. Trägermedien der Feuerstätte. Die Folge: Schlechter Wirkungs- bzw. Jahresnutzungsgrad.

Amortisationszeiten von Zugbegrenzern in Abhängigkeit vom Schornsteinzug und dem Brennstoffverbrauch.

Der konstante Zug sorgt für eine Brennstoffeinsparung.

Wirkungsvolle Lösung
Konstante Druckbedingungen in der Abgasstrecke sind also die Voraussetzung für eine gleichbleibende Verbrennungsgüte und für einen hohen Jahresnutzungsgrad der Feuerungsanlage. Erreicht wird dies durch fachgerecht eingebaute Zugbegrenzer. Sie sorgen für eine ständige Druckanpassung der Abgasführung an die Erfordernisse der Feuerstätte, indem sie eine kontrollierte Beimischung von Nebenluft in die Abgasanlage vornehmen. Im Ergebnis verbessern selbsttätig arbeitende Nebenluftvorrichtungen sogar den feuerungstechnischen Wirkungsgrad von modernen Feuerstätten, die beispielsweise mit Holzpellets betrieben und automatisch beschickt werden. Zu diesem Ergebnis kommt Prof. Dr. Rudolf Rawe von der Fachhochschule Gelsenkirchen nach ausführlichen Untersuchungen.

Die Zugbegrenzer lassen sich an verschiedenen Stellen einbauen.

Das Energieeinsparpotenzial liegt – je nach vorhandener Druckdifferenz – zwischen 3 und 6 %. Damit amortisiert sich der Einsatz eines normgeprüften Zugbegrenzers in der Regel schon nach ein bis drei Heizperioden. Je nach Funktion und Einsatzbereich wird zwischen mehreren Bauarten von Nebenlufteinrichtungen unterschieden.
Selbsttätige Nebenlufteinrichtungen (Zugbegrenzer)

Sie geben in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Aufstellraum der Feuerstätte und Abgassystem eine Öffnung frei, durch die Nebenluft in die Abgasanlage einströmt. Der Unterdruck wird dadurch konstant gehalten. Beim Einsatz eines Zugbegrenzers wird den heißen Abgasen in der Abführung so viel kühle Luft vom Aufstellungsraum zugemischt, dass durch den verminderten thermischen Auftrieb und den erhöhten Strömungswiderstand der zu hohe Unterdruck auf den gewünschten Wert abgebaut wird. Zusammen mit der erhöhten Geschwindigkeit der Abgas-Luftmenge sowie dem geringeren Temperaturgefälle zwischen dem Inneren der Abgasanlage und der Umgebung wird die Taupunkttemperatur des Abgases gesenkt und die Tendenz zur Kondensatbildung gemindert.

Der ZUK 150 S kennzeichnet sich durch eine hohe Regelgenauigkeit sowie temperatur- und kondensatbeständige EPDM-Dichtung für leisen Betrieb.

Zwangsgesteuerte Nebenlufteinrichtungen
Sie dienen der Durchlüftung von Abgasanlagen in den Stillstandszeiten und als Starthilfe für den Brenner. In den Betriebsphasen nimmt diese Art der Nebenlufteinrichtung keinen Einfluss auf die im Abgassystem vorhandenen Druckbedingungen. Zwangsgesteuerte und kombinierte Nebenlufteinrichtungen sind eine wirkungsvolle „Starthilfe“ für Heizungsanlagen mit Gebläsebrennern und einer langen Abgasführung. Aufgrund der permanenten Durchlüftung der Abgasleitung wird während der Stillstandszeiten eine Strömung beibehalten, die den Start des Brenners wesentlich erleichtert.

Des Weiteren sollte der Lüftungseffekt und die damit einhergehende leichte Trocknung, die eine kombinierte Nebenlufteinrichtung mit Motorsteuerung für die Abgasführung bietet, nicht unterschätzt werden. In der EN 13384 Teil 1 Ausgabe 2002 ist im Abschnitt 6 ein Rechenverfahren aufgeführt, mit dem der Einfluss einer Nebenlufteinrichtung auf die Abgasanlage und den Taupunkt ermittelt werden kann.

ZUK 250 SG – dieser Zugregler wurde speziell für Großanlagen entwickelt.

Kombinierte Nebenlufteinrichtungen
Sie sorgen als Kombination mit dem Zugbegrenzer und einer zwangsgesteuerten Nebenlufteinrichtung in den Betriebspausen des Kessels für eine gewisse Abtrocknung von Kondensationsfeuchte an der inneren Oberfläche des Schornsteins. Bei dieser Variante wird die Regelscheibe des Zugbegrenzers in der Stillstandszeit mittels Stellantrieb geöffnet und beim nächsten Brennerstart wieder frei gegeben. Der Stellmotor ist während der Stillstandszeit des Brenners stromlos und benötigt keine elektrische Hilfsenergie.

Geschlossene Nebenlufteinrichtung
In modernen Gebäuden ist heute oft keine Durchströmung des Schornsteins oder der Abgasleitung während der Betriebspausen der Feuerstätte gewünscht. In diesem Fall kann der Zugbegrenzer in dieser Phase mechanisch geschlossen werden. Ein Raumwärmeverlust durch eine teilweise offene Regelscheibe wird so vermieden. Auch dabei verschließt der Stellmotor die Regelscheibe stromlos, sodass in der Stillstandsphase kein Einsatz von Hilfsenergie notwendig ist. Allerdings setzt diese Variante einen modernen feuchteunempfindlichen Schornstein oder eine Abgasleitung voraus.

Auswahl und Größenbestimmung
Nebenlufteinrichtungen werden nach Luftleistung, abhängig von einem vorgegebenen Differenzdruck, in Gruppen eingeteilt – von 1 (kleinste Luftleistung) bis 6. Dabei bestimmt die Höhe, der Querschnitt und die Bauart der Abgasanlage sowie auch in begrenztem Umfang die Heizleistung des Wärmeerzeugers die Einsatzgrenze. Die Hersteller von guten Nebenlufteinrichtungen ermöglichen die richtige Auswahl durch Tabellen, Diagramme oder Auswahlschieber. Eine zu klein dimensionierte Nebenlufteinrichtung erkennt man in der Regel daran, dass die Regelscheibe aufgrund des zu niedrig gewählten Querschnittes (im Verhältnis zur Abgasanlage) permanent offen steht oder dass sie innerhalb kürzester Zeit aufgrund der hohen mechanischen Belastung defekt ist.

Sind in Großanlagen beim Anfahren des Brenners Druckschläge zu erwarten, so muss ein Zugbegrenzer mit Überdruckklappe eingesetzt werden. Für Anlagen mit mehr als 300 kW Leistung und/oder einer wirksamen Schornsteinhöhe von über 20 m sollte die Regelscheibe zusätzlich mit einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung versehen werden.

Jede Feuerstätte erzielt nur bei dem sogenannten „Mindest-Zugbedarf“ ihren optimalen Wirkungsgrad. Er basiert auf den Messergebnissen, die der Hersteller des Wärmeerzeugers auf seinem Prüfstand unter für das Gerät optimalen Bedingungen ermittelt hat. Dieser Wert wird auf dem Typenschild oder auch in den technischen Unterlagen angegeben. Da eine Abgasanlage stets so ausgelegt wird, dass die sichere Funktion auch bei ungünstigsten (Witterungs-)Bedingungen gewährleistet werden kann (Berechnung nach EN 13384-1), liegt der natürliche Auftrieb zu fast allen Betriebszeiten höher als für den Betrieb der Feuerstätte notwendig. Ist der Förderdruck niedriger als der am Zugbegrenzer eingestellte Wert für den Öffnungsdruck, bleibt ein guter Zugbegrenzer geschlossen und beeinträchtigt die Druckverhältnisse im Schornstein nicht. Eine ordnungsgemäß funktionierende Nebenlufteinrichtung kann also niemals die Ursache für eine nicht oder schlecht funktionierende Feuerstätte bzw. Zugstörungen im Schornstein sein.

Richtige Montage
Die Montage von Nebenluftvorrichtungen an Feuerstätten, Verbindungsstücken oder Schornsteinen ist nur zulässig, wenn nach DIN 18160-1 bestimmte Vorgaben eingehalten werden. Dazu zählen u. a. die einwandfreie Ableitung der Abgase, kein Austritt der Abgase bei Stau oder Rückstrom sowie die ungehinderte Prüfung und Reinigung der Abgasanlage. Grundsätzlich dürfen Nebenlufteinrichtungen nur in den Aufstellräumen der Feuerstätten angeordnet werden. Ausnahmen sind mit entsprechendem Funktionsnachweis gemäß EN 13384-1 oder DIN 4705-3 sowie bei einem entsprechenden Verbrennungsluftverbund möglich.

Als Montageorte kommen infrage: Das Verbindungsstück gleich nach dem Abgasstutzen oder kurz vor der Einmündung in den senkrechten Teil der Abgasanlage sowie die Schornsteinwange oberhalb des Verbindungsstückes bzw. unterhalb der Einführung. Die beste Begrenzung des Auftriebs in der Abgasanlage wird am Verbindungsstück, nahe am Kesselstutzen, erzielt. Hier ist die im Verhältnis geringste Luftmenge nötig, um den überschüssigen Unterdruck abzubauen. Dabei wird das Bauteil nach Umlenkungen bzw. hinter einem Schalldämpfer platziert.

Die exakte Einstellung des Zugbegrenzers erfolgt im Betriebszustand der Anlage durch Verschrauben von Einstellgewichten nach den Angaben des Herstellers. Befindet sich die Nebenluftvorrichtung am Verbindungsstück kurz hinter der Messöffnung, so ist der Einstellwert identisch mit dem Zugbedarf der Feuerstätte. Beim Einbau in der Wange der Abgasanlage muss der Zugbegrenzer um den Druckverlust zwischen Abgasstutzen und Einbauort der Nebenluftvorrichtung höher eingestellt werden.

Text und Bilder: Kutzner + Weber, Maisach

www.kutzner-weber.de