IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 20/2002, Seite 34 ff.

Brennwerttechnik mit Heizöl EL

Dipl.-Fachwirt Heinz-W. Hilberg · Dipl.-Ing. Andreas Jeromin*

Die Öl-Brennwerttechnik ist auf dem besten Weg, sich einen festen Platz in der Heizgerätetechnik zu erobern. Diese Entwicklung zeichnete sich schon mit der ISH 2001 ab und hat sich, wie die diesjährigen regionalen SHK-Messen gezeigt haben, weiter verstärkt. Kleine kompakte wandhängende Geräte erobern den Markt, bodenstehende Öl-Brennwertkessel sind längst Stand der Technik. Gerade im Zusammenhang mit der Diskussion um heutige und zukünftige Energieeinsparungen gehen die Bestrebungen in der Heiztechnik dahin, den eingesetzten Brennstoff optimal auszunutzen und so Ressourcen und Umwelt zu schonen. Daher wird die Brennwerttechnik auch in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen.

Betrachtet man nun im Detail die Ölheizung, so fällt auf, dass die Brennwerttechnologie lange auf sich hat warten lassen. Die Gründe dafür sind schnell und leicht zu finden:

Einige Stationen in der Entwicklung der Öl-Brennwerttechnik

1963:

Erste Patente zur Brennwerttechnik

1985:

Keramischer Wärmeübertrager wird patentiert

1993:

Ölbrennwerttechnik mit nachgeschalteten Wärmetauschern kommt auf den Markt

1999:

Erste Ölbrennwert-Wandgeräte werden angeboten

2001:

Ein Hauptthema auf der ISH: Öl-Brennwerttechnik

2002:

Normentwurf zur DIN 51603-1: Anforderungen an schwefelarmes Heizöl EL werden definiert

Brennwerttechnik und Modernisierung

Bei der Modernisierung einer Ölheizungsanlage lassen sich je nach Alter durch die Brennwerttechnik bis zu 40% Energie einsparen. Selbst im Vergleich mit der heute üblichen Niedertemperaturtechnik wird noch eine Einsparung von bis zu 10% erreicht.

Der Einsatz der Brennwerttechnik ermöglicht also eine bessere Ausnutzung der eingebrachten Energie. Der daraus resultierende geringere Energieverbrauch führt zwangsläufig auch zu geringeren Schadstoffemissionen.

Prinzip der Brennwertnutzung

Mit der heute üblichen Niedertemperaturtechnik wird eine Energieausnutzung von über 90%, bezogen auf den Heizwert, erreicht. Der dabei zum Einsatz kommende Niedertemperatur-Heizkessel ist ein Heizkessel, der kontinuierlich mit einer Eintrittstemperatur von 35 bis 40°C betrieben werden kann und in dem es unter bestimmten Umständen zur Kondensation des in den Abgasen enthaltenen Wasserdampfes kommt.

Eine noch effizientere Energieausnutzung wird erreicht, wenn auch die latente Wärme der Abgase (Kondensationswärme) genutzt wird. Dem bei der Verbrennung entstehenden Abgas wird also nicht nur die Energie aus der Temperaturdifferenz entzogen (fühlbare bzw. sensible Wärme), das Abgas wird soweit abgekühlt, dass es zu einer Kondensation des im Abgas enthaltenen Wasserdampfes kommt. Die dabei frei werdende Kondensationswärme wird zusätzlich genutzt.

Technisch realisiert wird das heute durch Öl-Brennwertkessel bzw. Öl-Brennwertsysteme, die für die Kondensation eines Großteils des in den Abgasen enthaltenen Wasserdampfes konstruiert sind. Um diese Kondensation zu erreichen und damit ein Freiwerden der latenten Wärme zu ermöglichen, muss das Abgas soweit abgekühlt werden, dass es zur Unterschreitung der Taupunkttemperatur kommt. Die Taupunkttemperatur ist abhängig vom Wasserstoffgehalt des Brennstoffes sowie vom Luftüberschuss der Verbrennung. Bei Heizöl EL liegt die Taupunkttemperatur bei ungefähr 47°C.

Im Folgenden werden die z.Zt. üblichen Techniken der Brennwertnutzung mit dem Energieträger Heizöl EL vorgestellt.

Bild 1: Brennwertkessel mit interner Kondensation.

Brennwertkessel mit Rücklaufkühlung (interne Kondensation, Bild 1)

Hierbei wird die sensible und latente Wärme des Abgases innerhalb des Kesselkörpers auf das Rücklaufwasser des Heizungssystems übertragen. Dabei bewirken große Wärmetauscherflächen oder mehrzügige Abgasführung, dass die Abgase bis unter Taupunkttemperatur abkühlen. Dem Abgas wird dabei umso mehr Energie entzogen, je geringer die System- bzw. Rücklauftemperatur ist.

Aufgrund der Kondensation im Kessel werden, wegen der Kondensatzusammensetzung bei Heizöl EL, an den Kesselwerkstoff besonders hohe Anforderungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit gestellt.

Brennwertnutzung mit nachgeschaltetem Wärmeübertrager (externe Kondensation)

Bei diesem Prinzip wird hinter einem konventionellen Heizkessel ein Wärmeübertrager angeordnet. Er wird vom Heizungswasser vor dem Eintritt in den Kessel durchflossen. Die Abgase treten aus dem Kessel in den Wärmeübertrager ein und werden dort über das Rücklaufwasser bis unter die Taupunkttemperatur abgekühlt, sodass es zur Kondensation kommt.

Bei diesem System sind niedrige Rücklauftemperaturen erforderlich, sodass es bei der Fußbodenheizung oder der Warmwasserbereitung mit Speicherladesystemen Anwendung finden kann.

Durch einen nachgeschalteten Wärmeübertrager wird die Brennwertnutzung auch für moderne Öl-Niedertemperaturkessel möglich.

Bild 2: Brennwertkessel mit Verbrennungsluftvorwärmung.

Brennwertkessel mit Verbrennungsluftvorwärmung (interne Kondensation, Bild 2)

Bei diesen Geräten wird zunächst die Wärme an das Kesselwasser abgeführt. Die in den Abgasen enthaltene und nicht mehr auf das Kesselwasser übertragbare Wärme wird dann auf die angesaugte Verbrennungsluft übertragen. Das Abgas wird dabei durch einen Luft-Abgas-Wärmeübertrager bis unter die Taupunkttemperatur abgekühlt, sodass es zur Kondensation (Brennwertnutzung) kommt; die Verbrennungsluft wird auf diese Weise vorgewärmt.

Brennwertkessel mit Verbrennungsluftvorwärmung haben den Vorteil, dass sie von den Vor- und Rücklauftemperaturen des Heizungssystems unabhängig sind. Die in den Abgasen enthaltene latente Wärme wird nicht auf das Heizungswasser übertragen, sondern auf die Verbrennungsluft. Diese wird dadurch vorgewärmt. Das hat den Vorteil, dass die Kondensationswärme über die gesamte Heizperiode nutzbar ist. Im Gegensatz dazu können systemtemperaturabhängige Brennwertgeräte bei hohen Rücklauftemperaturen (niedrige Außentemperaturen) die Kondensationswärme nicht oder nur teilweise nutzen (Bild 3).

Bild 3: Einfluss der Heizsystemtemperatur auf die Kondensation.

Brennwertnutzung mit Luft-Abgas-System (externe Kondensation, Bild 4)

Im Gegensatz zum konventionellen Raumluftverbund werden auch Geräte mit Luft-Abgas-System (LAS) angeboten. Deren raumluftunabhängige Betriebsweise erlaubt mit Blick auf die Anforderungen der Energieeinsparverordnung auch die Aufstellung innerhalb der thermischen Hülle. Die Kondensation findet größtenteils im LAS statt und wird zur Vorwärmung der Verbrennungsluft genutzt.

Brennwertkessel mit Verbrennungsluftvorwärmung bzw. LAS sind von den Vor- und Rücklauftemperaturen des Heizungssystems relativ unabhängig. Somit können diese Geräte auch bei hohen System- bzw. Rücklauftemperaturen (z. B. 70/50°C) Anwendung finden und sind daher für den Bereich der Modernisierung geeignet.

Bild 4: Wandhängendes raumluftunabhängiges Öl-Brennwertgerät.

Im Allgemeinen werden die o. a. Prinzipien der Brennwertnutzung vielfach nicht voneinander abgegrenzt, die unterschiedlichen Systeme finden häufig gleichzeitig Anwendung. So können beispielsweise viele Geräte, die für eine interne Kondensation im Kessel ausgelegt sind, auch über ein Luft-Abgas-System raumluftunabhängig mit Verbrennungsluft versorgt werden. In dem Luft-Abgas-System kann dann eine weitere Kondensation des Abgases erfolgen.

Kondensat aus Öl-Brennwertanlagen

Heizöl EL enthält in geringem Maße Schwefel, der bei der Verbrennung zu SO2 (Schwefeldioxid) oxidiert und bei der Kondensation in H2SO3 (schweflige Säure) und H2SO4 (Schwefelsäure) übergeht. Das Kondensat liegt daher mit pH-Werten zwischen 2 und 3 im sauren Bereich.

Das anfallende Kondensat wird in das öffentliche Abwassersystem eingeleitet. Dabei gelten, abhängig von der zuständigen Genehmigungsbehörde, die örtlichen Bestimmungen zur Einleitung von häuslichem Abwasser in die öffentliche Kanalisation. Hier sind die entsprechenden Grenzwerte und Bestimmungen für die Einleitung von Kondensat aus Öl-Brennwertanlagen festgelegt. Häufig werden die Richtwerte des ATV-Arbeitsblattes A 251 verwendet (ATV = Abwassertechnische Vereinigung). Um die Einhaltung dieser Grenzwerte zu gewährleisten, wird das Kondensat aus Öl-Brennwertanlagen über eine Neutralisationsanlage geleitet und so aufbereitet, dass es anschließend unbedenklich in die öffentliche Kanalisation eingeleitet werden darf.

Die Mineralölindustrie plant zur Zeit in enger Abstimmung mit den Geräteherstellern die flächendeckende Einführung des Produkts "Heizöl EL schwefelarm". Nach dem im März 2002 erschienenen Entwurf zur DIN 51603-1 kann sich ein Heizöl EL als schwefelarm bezeichnen, wenn der Schwefelgehalt 50 mg/kg (50 ppm) nicht überschreitet. Hauptziel der Einführung von Heizöl EL schwefelarm ist die Förderung der Öl-Brennwerttechnik. Es ist zu erwarten, dass beim Einsatz von schwefelarmen Heizöl die bislang vorgeschriebene Verpflichtung zur Neutralisation des Kondensats bei Öl-Brennwertanlagen entfällt, da das anfallende Kondensat aufgrund des geringen Schwefelgehaltes mit dem aus Gasbrennwertgeräten vergleichbar ist.

Bild 5: Kondensationsraten von Öl-Brennwertanlagen.

In der Praxis zeigt sich anhand der durch IWO in Feld- und Prüfstandsuntersuchungen festgestellten Kondensationsraten, dass insbesondere die Einbindung in das Heizungssystem und die Art der Brennwertnutzung den größten Einfluss auf die Effizienz des Heizgerätes besitzen (Bild 5). So wurden mit ca. 1 Liter Kondensat je Liter Heizöl die höchsten Kondensationsraten für einen Brennwertkessel mit Rücklaufkühlung, LAS und Fußbodenheizung realisiert. Geräte mit Verbrennungsluftvorwärmung haben sich bei Verteilungssystemen mit hohen Vor- und Rücklauftemperaturen ausgezeichnet. Diese Geräte ermöglichen auch eine Teilkondensation von ca. 0,2 Liter je Liter Heizöl bei der Trinkwassererwärmung.

Diese Ergebnisse wurden auch im Zusammenhang mit dem DGMK-Projekt 601 "Ermittlung eines technisch begründeten Grenzwertes für Schwefelgehalte im Heizöl EL zur Förderung des Einsatzes von Brennwerttechnologie in Ölheizungsanlagen" bestätigt. Das Projekt beinhaltete unter Mitarbeit des IWO ein umfangreiches Versuchsprogramm an verschiedenen Ölbrennwertkesseln mit Heizölen mit verschiedenen Schwefelgehalten. Die bei den Versuchen aufgetretenen Kondensationsraten schwankten je nach Kesseltyp, vorhandener Betriebsweise (systemabhängig oder systemunabhängig) sowie angeschlossenem Heizsystem (Vor- und Rücklauftemperaturen, Fußbodenheizung etc.). Der Schwefelgehalt im Heizöl EL hatte keinen wesentlichen Einfluss auf die Kondensationsraten. Eine ausführliche Veröffentlichung zu dem vorgenannten DGMK-Projekt ist im Herbst 2002 zu erwarten.

Resümee

Mit der neuen schwefelarmen Heizölqualität sind beste Voraussetzungen geschaffen, dass sich die Brennwerttechnik bei Öl-Heizkesseln weiter etablieren wird. Nachdem auch führende Hersteller nunmehr Öl-Brennwertgeräte anbieten, entwickelt sich diese Art der Wärmeerzeugung zum Standard. Damit wird noch weniger Brennstoff verbraucht und die Ölheizung gewinnt zusätzlich an Attraktivität.

 

*) Dipl.-Fachwirt Heinz-W. Hilberg, Regionalleitung West/Mitte des Instituts für wirtschaftliche Oelheizung e.V., Hamburg, Dipl.-Ing. Andreas Jeromin, Referent Technik, Institut für wirtschaftliche Oelheizung e.V., Hamburg

**) Im März 2002 ist ein Normentwurf zur DIN 51603-1 erschienen. Hier werden Anforderungen an ein schwefelarmes Heizöl EL festgelegt. Hauptziel der Einführung dieses neuen Produkts ist die Förderung der Öl-Brennwerttechnik. Erste Brennwertkessel, die den Einsatz schwefelarmen Heizöls erfordern, sind bereits auf dem Markt. Zu Heizöl EL schwefelarm lesen Sie bitte auch das Interview mit Dr. Christian Küchen ab Seite 40.

[Zurück]   [Übersicht]   [www.ikz.de]