Nebenluftvorrichtungen in Abgasanlagen

Fachgerechte Auswahl und Anwendung

Dipl.-Ing. Erwin Postenrieder*

Nebenluftvorrichtungen für Abgasanlagen werden nach DIN 4795 geprüft und zugelassen. Diese Norm regelt die sicherheitstechnischen Anforderungen in Bezug auf Aufbau, Funktion und Regelverhalten der Geräte. Die Voraussetzungen für einen optimalen Betrieb werden jedoch erst durch die Kenntnis der Technik, der Auswahl und der Montage sowie der richtigen Einstellung einer Nebenluftvorrichtung geschaffen.

Bauarten und Funktion

Je nach Funktion und Anwendung wird zwischen drei Bauarten unterschieden:

Selbsttätige Nebenluftvorrichtungen (Zugbegrenzer) die in Abhängigkeit von der Druckdifferenz eine Öffnung freigeben. Um den Auftrieb konstant zu halten, strömt Luft durch die Nebenluft in die Abgasanlage ein (Bild 1).

Beim Einsatz eines Zugbegrenzers wird den heißen Abgasen in der Abführung automatisch so viel kühle Luft vom Aufstellungsraum zugemischt, bis durch den verminderten thermischen Auftrieb und den erhöhten Strömungswiderstand der zu hohe Unterdruck auf den gewünschten Wert abgebaut ist. Zusammen mit der erhöhten Geschwindigkeit der Abgas-/Luftmenge sowie dem geringeren Temperaturgefälle zwischen dem Inneren der Abgasanlage und der Umgebung wird die Tendenz zur Kondensatbildung gemindert. Darüber hinaus wird bei einem Auftrieb über dem Einstellwert des Zugbegrenzers eine Durchlüftung der Abgasleitung durch einströmende Raumluft während der Stillstandszeit der Feuerstätte sichergestellt.

Bild 1: Zugbegrenzer nach DIN 4795, Typ Z 130.

Zwangsgesteuerte Nebenluftvorrichtungen, die durch Hilfsenergie (Motorsteuerung) während der Stillstandszeit der Feuerstätte eine Öffnung freigeben. Zur Durchspülung strömt die Nebenluft in die Abgasleitung ein (Bild 2).
Die typische Ausführung einer zwangsgesteuerten Nebenluftvorrichtung findet sich in der Kombination mit einer motorisch gesteuerten Abgasklappe nach DIN 3388 Teil 2. Bei geschlossener Absperrscheibe wird durch eine direkte Kopplung zwangsläufig die Verschlussklappe für den Eintritt der Nebenluft geöffnet.

Bild 2: Zwangsgesteuerte Nebenluftvorrichtung mit Abgasklappe, Typ MOK - ADN.

Kombinierte Nebenluftvorrichtungen mit der Funktion eines Zugbegrenzers und einer zwangsgesteuerten Nebenluftvorrichtung, sodass sowohl der konstante Auftrieb als auch die Durchlüftung der Abgasanlage gegeben sind (Bild 3).

Bild 3: Kombinierte Nebenluftvorrichtung, Typ Z 180 mit Motorsteuerung M 130/180 S 1.

Bei der kombinierten Nebenluftvorrichtung wird die durch die Regelscheibe des Zugbegrenzers gebildete Öffnung als zwangsgesteuerte Nebenluftöffnung verwendet. Eine Motorsteuerung bringt hier die Regelscheibe in Offenstellung, sodass eine optimale Durchlüftung für die Anlage erzielt wird.

Zwangsgesteuerte und kombinierte Nebenluftvorrichtungen sind in der Regel für Feuerstätten mit festen Brennstoffen nicht zulässig. Außerdem dürfen Nebenluftvorrichtungen nach DIN 4795 grundsätzlich nur in Abgasanlagen eingesetzt werden, die nach DIN 4705 bestimmungsgemäß im Unterdruck betrieben werden.

Aufgaben und Zweck

Jede Feuerstätte erzielt nur bei dem sogenannten "Mindest-Zugbedarf" ihren optimalen Wirkungsgrad. Dieser Wert wird auf dem Typenschild oder in den technischen Unterlagen angegeben. Da eine Abgasanlage stets so ausgelegt wird, dass die sichere Funktion auch bei ungünstigsten (Witterungs-)Bedingungen gewährleistet werden kann, liegt der Auftrieb zu fast allen Betriebszeiten höher, als er für die Feuerstätte notwendig ist. Die Folge ist ein zu hoher Abgasverlust.

Des Weiteren erhöhen sich durch einen zu großen Auftrieb auch die Stillstandsverluste der Heizungsanlage. Ein Zugbegrenzer oder eine kombinierte Nebenluftvorrichtung sorgen für konstante Zugverhältnisse und damit weitgehend gleichbleibende Betriebsbedingungen der Feuerstätte. Eine optimierte Einstellung des Brenners kann vorgenommen werden, ohne ein witterungsbedingtes "umkippen" zu riskieren.

Zwangsgesteuerte und kombinierte Nebenluftvorrichtungen sind darüber hinaus sehr wirkungsvoll als "Starthilfe" für Anlagen mit Gebläsebrennern und einer langen Abgasführung. Aufgrund der Durchlüftung der Abgasleitung während der Stillstandszeiten wird eine Strömung beibehalten, die den Start des Brenners wesentlich erleichtert.

Nicht zu unterschätzen ist der Trocknungseffekt, den kombinierte Nebenluftvorrichtung mit Motorsteuerung für die Abgasführung bieten. In der DIN 4705 Teil 1 Ausgabe 1993 ist im Abschnitt 12 ein Rechenverfahren aufgeführt, mit dem der Einfluss einer Nebenluftvorrichtung auf die Abgasanlage und den Taupunkt ermittelt werden kann.

Auswahl und Größenbestimmung

Nebenluftvorrichtungen werden nach Luftleistung, abhängig von einem vorgegebenen Differenzdruck in Gruppen 1 (kleinste Luftleistung) bis 6 (größte Luftleistung) eingeteilt. Dabei bestimmt die Höhe, der Querschnitt sowie die Bauart der Abgasanlage, aber auch in begrenztem Umfang die Heizleistung des Wärmeerzeugers, die Einsatzgrenze. Die Hersteller von Nebenluftvorrichtungen ermöglichen die richtige Auswahl durch Tabellen, Diagramme oder Auswahlschieber (Bild 4).

Bild 4: Diagramm zur Auswahl der Nebenluftvorrichtung.

Sind in Großanlagen beim Anfahren des Brenners Druckschläge zu erwarten, so muss ein Zugbegrenzer mit Überdruckklappe eingesetzt werden. Ab einer Schornsteinhöhe von ca. 20 Metern sollte die Regelscheibe einer Nebenluftvorrichtung zusätzlich mit einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung versehen werden (Bild 5).

Hinweise für den Einbau

In der Regel dürfen Nebenluftvorrichtungen nur in den Aufstellräumen der Feuerstätten angeordnet werden. Ausnahmen sind mit entsprechendem Funktionsnachweis gem. DIN 4705 Teil 1 oder Teil 3 sowie bei einem entsprechenden Verbrennungsluftverbund möglich. Bei der Auswahl des Montageortes ist darauf zu achten, dass der Zugbegrenzer im Bereich oder hinter dem "Nullpunkt" der Abgasanlage angeordnet wird. Bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb darf hier kein Überdruck auftreten. Die Anordnung in einem Verbindungsstück muss also immer nach Umlenkungen oder dem Schalldämpfer erfolgen.

Bild 5: Zugbegrenzer für Großanlagen, Typ ZUK 250 SG.

Der zweckmäßigste Einbauort für eine Nebenluftvorrichtung wird im Wesentlichen von deren Aufgabenstellung beeinflusst. Als Montageort (Bild 6) kommt das Verbindungsstück gleich nach dem Abgasstutzen (Pos. 1) oder kurz vor der Einmündung in den senkrechten Teil der Abgasanlage (Pos. 2) in Frage. Die Wandung des Schornsteins oberhalb des Verbindungsstückes (Pos. 3) bzw. unterhalb der Einführung (Pos. 4) bietet eine weitere Möglichkeit zur Platzierung.

Die beste Begrenzung des Auftriebs in der Abgasanlage wird am Einbauort Pos. 1 am Verbindungsstück erzielt. Hier reicht bereits eine verhältnismäßig geringe Luftmenge aus, um den überschüssigen Unterdruck abzubauen. Bei geräuschempfindlichen Anlagen ist diese Position jedoch nicht zu empfehlen, da bei geöffneter Regelscheibe ein Teil der Verbrennungsgeräusche in den Raum austritt.

Bild 6: Mögliche Einbaupositionen für Nebenluftvorrichtungen.

Eine gute Austrocknung der Abgasanlage ist am Montageort Pos. 3 etwa 20 cm unterhalb der Decke zu erwarten. An dieser Stelle strömt die warme Raumluft mit dem geringsten Widerstand ein. Außerdem ist hier der Auftrieb und damit der Differenzdruck besonders hoch, wodurch die Luftleistung der Nebenluftvorrichtung ansteigt. Sollte sich eine mehrschalige Abgasleitung nachträglich nur schwierig öffnen lassen, so kann Pos. 2 als Alternative gewählt werden.

Die Position 4 ist für Anlagen, die mit festen Brennstoffen betrieben werden, vorzuziehen, um eine Versottung des Zugbegrenzers, beispielsweise durch Teer, zu vermeiden.

Abgasanlagen im Überdruck

Zum Einsatz in Überdruck-Abgasleitungen sind herkömmliche Nebenluftvorrichtungen nach DIN 4795 nicht zulässig. Bei schwierigen Betriebsbedingungen, großer wirksamer Höhe, Windeinfall oder im Teillastbetrieb kann es jedoch auch bei diesen Anlagen zu unerwünschten Druckverhältnissen kommen. Abhilfe schafft hier ein druckabhängig, motorisch gesteuerter Zugbegrenzer (Bild 7). Er verfügt über eine dichtschließende Verschlussklappe, die bei Unterdruck, über eine Druckdose gesteuert, öffnet. Durch die einströmende Nebenluft wird der Druck in der Abgasanlage auf den vorgegebenen Wert stabilisiert. Ohne Druckdosen wird das Gerät als zwangsgesteuerte Nebenluftvorrichtung eingesetzt, die als Starthilfe für den Brenner dient.

Bild 7: Kombinierte Nebenluftvorrichtung ZDM 180 für Abgasleitungen im Überdruck.

Einstellung der Nebenluftvorrichtung

Um die optimalen Betriebsbedingungen zu erzielen, ist der Zugbegrenzer auf den Mindest-Zugbedarf des Wärmeerzeugers einzustellen. Wenn nicht anders angegeben, reicht bei atmosphärisch betriebenen Gasfeuerstätten oder Heizkesseln kleiner Leistung ein Zugbedarf (Auftrieb) von 10 Pa aus. Die Einstellung des Zugbegrenzers erfolgt im Betriebszustand der Anlage durch Verstellen von Gewichten nach den Angaben des Herstellers. Befindet sich der Zugbegrenzer am Verbindungsstück kurz hinter der Messöffnung, so ist der Einstellwert identisch mit dem Zugbedarf der Feuerstätte. Beim Einbau in der Wandung der Abgasanlage ist der Zugbegrenzer um den Druckverlust zwischen Abgasstutzen und Einbauort der Nebenluftvorrichtung höher einzustellen.

Fazit

Nebenluftvorrichtungen schaffen gleichbleibende Druckverhältnisse in der Abgasanlage, die einen optimierten Betrieb des Wärmeerzeugers ermöglichen. Die Störanfälligkeit, verursacht durch Witterungseinflüsse, wird minimiert und in vielen Fällen kann das Startverhalten von Gebläsebrennern durch den Einsatz eines Zugbegrenzers nachhaltig verbessert werden. Nebenluftvorrichtungen arbeiten in der Regel störungs- und wartungsfrei und rechtfertigen somit den verhältnismäßig geringen Investitionsaufwand.

* Dipl.-Ing. Erwin Postenrieder, technischer Berater bei Kutzner + Weber, Maisach

* B i l d e r : Kutzner + Weber, Maisach

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