IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 8/2004, Seite 60 ff.

HEIZUNGSTECHNIK

Moderne Öl-Heiztechnik

Heizölqualitäten, Geräteprinzipien, Kennzeichnung

Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Rogatty*

Heizölqualitäten wie schwefelarmes, Standard- und Superheizöl, unterschiedliche Kesselkonstruktionen mit integriertem oder nachgeschaltetem Wärmetauscher zur Brennwertnutzung, rot/grüne Geräteaufkleber und grüne Füllrohrverschlüsse ohne oder mit rotem Anhänger - die ehemals überschaubare Öl-Heiztechnik ist seit einiger Zeit deutlich vielschichtiger geworden. Bis vor einigen Jahren gab es lediglich Konstant- und Niedertemperatur-Heizkessel, die einträchtig das gleiche Heizöl verbrannten. Doch mit der Einführung der Öl-Brennwerttechnik sind solche Kessel hinzugekommen, die ausschließlich schwefelarmes Heizöl verbrennen, während andere mit allen am Markt verfügbaren Heizölen betrieben werden dürfen. Damit jeder Kessel das zu ihm "passende" Heizöl erhält, sollen alle Anlagen entsprechend gekennzeichnet werden. Eine zuverlässige Orientierung ist damit gar nicht mehr so schwierig.

Folgende Heizöle sind zur Zeit auf dem Markt erhältlich:

Zu beachten ist, dass alle angebotenen Heizölqualitäten den Anforderungen der DIN 51603-1 genügen müssen. Diese Norm unterscheidet ihrerseits aber lediglich zwischen Standard- und schwefelarmem Heizöl EL. Bei dem schwefelreduzierten Heizöl und den Super- oder Premiumheizölen handelt es sich um Heizöle, die - je nach ihrem Schwefelgehalt - einer der beiden in der Norm definierten Qualitäten zugeordnet werden können.

Heizöl EL, Standard

Das "altbekannte" extra leichte Heizöl heißt seit der letzten Überarbeitung der DIN 51603-1 im September 2003 nun offiziell "Heizöl EL, Standard". Dieses Heizöl enthält über 50 mg/kg und maximal bis zu 2000 mg/kg (0,2 Prozent Massenanteil) Schwefel. In der Praxis hat das im Handel erhältliche Heizöl EL Standard etwa 1300 bis 1400 mg/kg Schwefel.

Heizöl EL, schwefelarm

Schwefelarmes Heizöl EL wurde in die überarbeitete Fassung der DIN 51603-1 als neue Öl-Qualität aufgenommen. Danach darf schwefelarmes Heizöl EL maximal 50mg/kg Schwefel enthalten. Dieses Heizöl hat in Deutschland den Weg für eine weite Verbreitung der Öl-Brennwerttechnik freigemacht, denn sein geringer Schwefelgehalt macht es für die Brennwertnutzung ideal: Je nach dem Schwefelgehalt eines Brennstoffs befinden sich im Kondenswasser von Brennwertkesseln mehr oder weniger große Mengen schwefeliger Säure und Schwefelsäure. Diese Säuren können zu Schäden im öffentlichen Abwassersystem führen, wenn das Kondenswasser nicht vor der Einleitung neutralisiert wird. Dem geringen Schwefelanteil entsprechend enthält das Kondensat aus der Verbrennung von schwefelarmem Heizöl nur sehr wenig Säure.

Schwefelreduziertes Heizöl

Bei dem auf dem Markt angebotenen "schwefelreduzierten Heizöl" handelt es sich nach den Maßstäben der DIN 51603-1 eigentlich um Standard-Heizöl EL, denn es enthält über 50 mg/kg Schwefel. Der Handel hat bei diesem Heizöl den Schwefelgehalt auf maximal 500 mg/kg begrenzt, um die Schwefelemissionen zu verringern und so die Umwelt zu schonen.

Super- oder Premiumheizöl

Bei den so genannten "Superheizölen" oder Heizölen der "Premiumqualität" handelt es sich um Heizöle nach DIN 51603-1, die je nach ihrem Schwefelgehalt einer der beiden in der DIN-Norm definierten Qualitäten zuzuordnen sind. Diesen Heizölen wurden bestimmte Additive beigemischt, um deren Eigenschaften zu verbessern. So sollen diese Zusätze unter anderem den Alterungsprozess verzögern und die Bildung von Sedimenten im Öltank vermeiden sowie Ablagerungen im Ölvorwärmer und in der Öldüse entgegenwirken.

Welches Öl für welchen Kessel

Welcher Heizkessel für welche Heizöl-Qualität geeignet ist, hängt vom jeweiligen Kessel- bzw. Brennertyp ab. Dazu kann im Internet unter der Adresse www.schwefelarmes-heizoel.de eine umfangreiche Übersicht aufgerufen werden, in der die Eignung der einzelnen Ölkessel bzw. Brenner angegeben wird. Für die korrekten Angaben in diesen Listen ist der jeweilige Kesselhersteller verantwortlich, da die Daten direkt von ihm selbst aktualisiert werden (Bild 1).

Bild 1: Auszug aus einer im Internet unter www.schwefelarmes-heizoel.de veröffentlichten Liste.

Geräteprinzipien

Der Heizkessel ist für die Funktion und die wirtschaftliche Betriebsweise der gesamten Heizungsanlage von wesentlicher Bedeutung, denn kein anderer Anlagenteil hat einen ähnlich großen Einfluss auf den Heizbetrieb. Insbesondere wegen des Preisanstiegs aufgrund der beiden Ölkrisen zu Beginn der 70er-Jahre und wegen des gestiegenen Umweltbewusstseins wurden neue Kesselbauarten entwickelt, die infolge der konsequenten Anwendung von neuen Erkenntnissen der Heizkesseltechnik ein Optimum an Wirtschaftlichkeit und Umweltschonung bieten.

Bild 2: Moderner Niedertemperatur-Öl-Heizkessel.

Niedertemperaturtechnik

Moderne Niedertemperatur-Heizkessel (NT-Kessel) werden mit gleitend abgesenkter Kesselwassertemperatur betrieben, die jeweils dem Wärmebedarf des Gebäudes angepasst wird. Die hohen Nutzungsgrade moderner NT-Kessel von über 90% werden dadurch erreicht, dass die Oberflächenverluste nur 2 bis 3% betragen. Entscheidend für die geringen Verluste ist das gleitend abgesenkte Temperaturniveau des Heizkessels, zusätzlich wirkt sich die hochwirksame Verbund-Wärmedämmung moderner Heizkessel positiv aus.

Ein Betrieb mit bedarfsgerecht abgesenkter Kesselwassertemperatur setzt den Einsatz einer modernen, witterungsgeführten Regelung voraus, um den jeweils aktuellen Wärmebedarf zu ermitteln und als Führungsgröße für die Kesselwassertemperatur einzusetzen.

Eine Kondensation des im Heizgas enthaltenen Wasserdampfes ist bei NT-Kesseln unerwünscht, da Heizkessel und Schornstein feucht würden. Deshalb ist bei Niedertemperatur-Heizkesseln eine Mindestabgastemperatur einzuhalten, die oberhalb des Taupunktes liegt (Beginn der Wasserdampfkondensation bei der Verbrennung von Heizöl bei 47°C).

Um die Wasserdampfkondensation an den heizgasberührten Kesselwandungen zuverlässig zu verhindern, wird an ausgesuchten Stellen der Heizflächen der Wärmeübergang gezielt gebremst und so die Temperatur zuverlässig oberhalb des Taupunktes gehalten. Wie bei der bekannten Wärmeschutzverglasung geschieht dies auch bei den Heizflächen durch eine wärmeisolierende Zwischenschicht (Bild 3).

Bild 3: Wärmeisolierende Zwischenschichten schützen beim Fenster wie bei der bifferalen Verbundheizfläche von Viessmann vor unerwünschter Kondensation.

Brennwerttechnik

Bei der Brennwerttechnik ist dagegen die Kondensation des Wasserdampfes ausdrücklich erwünscht, um die im Wasserdampf enthaltene latente (verborgene) Wärme nutzen zu können. Dazu wird das Heizgas soweit abgekühlt, bis der durch die Verbrennung entstandene Wasserdampf kondensiert. Die freiwerdende Verdampfungswärme wird - je nach Verfahren - entweder dem Heizwasser oder der Verbrennungsluft zugeführt und so nutzbar gemacht. Der Einsatz der Brennwerttechnik ermöglicht damit eine bessere Ausnutzung der eingebrachten Energie.

Tabelle 1: Heizölqualitäten im Überblick.

Grundsätzlich lassen sich zwei Arten von Öl-Brennwertanlagen unterscheiden:

Kesselintegrierte oder nachgeschaltete Wärmetauscherflächen

Öl-Brennwertkessel dieser Bauart sind so aufgebaut, dass kesselintegriert oder in einem nachgeschalteten Wärmetauscher die gewonnene Kondensationswärme direkt auf das Heizwasser übertragen wird. Bei Geräten, die nur einen Wärmetauscher aufweisen, wird die Kondensationswärme direkt im Heizkessel (kesselintegriert) gewonnen (Bild 4). Diese Geräte entsprechen den seit vielen Jahren etablierten Gas-Brennwertkesseln.

Bild 4: Öl-Brennwertkessel mit integrierten Wärmetauscherflächen.

Kesselintegrierte Wärmetauscher, an denen eine Kondensation stattfindet, sind nicht nur den hohen Temperaturen der Flamme ausgesetzt, sondern auch durch unvermeidbare Ablagerungen u.a. - aufgrund des Schwefelanteils im Heizöl - belastet. Deshalb ist es notwendig, diese Wärmetauscher brennwertgerecht zu konstruieren und korrosionsbeständige Werkstoffe wie z.B. Edelstahl zu verwenden.

Tabelle 2: Randbedingungen für Brennwertkessel mit integriertem bzw. nachgeschaltetem Wärmetauscher.

Im Betrieb sollte schwefelarmes (<50 mg/kg) oder schwefelreduziertes (<500 mg/kg) Heizöl EL eingesetzt werden, um so die Ablagerungen zu reduzieren (Tabelle 2). Dann sind wie bei Gas-Brennwertkesseln einjährige Wartungsintervalle sinnvoll. Außerdem darf das Kondenswasser aus der Verbrennung von schwefelarmem Heizöl unter bestimmten Voraussetzungen ohne eine Neutralisation in das öffentliche Abwassernetz geleitet werden.

Bild 5: Öl-Brennwertkessel mit separatem Wärmetauscher zur Brennwertnutzung.

Alternativ zur kesselintegrierten Lösung besteht die Möglichkeit, einen separaten Wärmetauscher zur Brennwertnutzung nachzuschalten. In diesem Fall besteht der Brennwertkessel aus zwei Wärmetauschern: Im Brennraum wird das Heizgas am ersten Wärmetauscher auf Temperaturen oberhalb der Taupunkttemperatur abgekühlt. Das abgekühlte Heizgas durchströmt dann einen zweiten Wärmetauscher, der auf die Kondensation des Heizgases ausgelegt ist. Beide Wärmetauscher sind in den hydraulischen Heizkreis eingebunden (Bilder 5 und 6).

Bild 6: Ein nachgeschalteter Wärmetauscher bei einem Öl-Brennwertkessel.

Für nachgeschaltete Kondensations-Wärmetauscher kann auch Standard-Heizöl EL (bis 2000 ppm) zum Einsatz kommen, da Verbrennung und Kondensation räumlich getrennt voneinander ablaufen. Die entstehenden Verbrennungsrückstände, die auch die Reaktionsprodukte des Schwefels enthalten, lagern sich hauptsächlich an den Wärmetauscherflächen im Brennraum an. Dort entsteht aber aufgrund der angepassten Temperaturführung im Heizkessel kein Kondenswasser. Erst im nachgeschalteten Wärmetauscher findet ein ablagerungsarmer Kondensationsprozess statt.

Sowohl für integrierte als auch für nachgeschaltete Wärmetauscher gilt: Damit die Wärme des Heizgases effizient auf das Heizwasser übertragen werden kann, muss ein intensiver Kontakt des Heizgases mit der Heizfläche stattfinden. Um außerdem eine möglichst wirkungsvolle Wärmeübertragung dauerhaft zu gewährleisten, muss das Kondenswasser ungehindert abfließen können. Brennwertgerechte Konstruktionen bieten dem Kondenswasser keine Möglichkeit sich anzusammeln, sodass die Aufkonzentration des Kondenswassers vermieden wird (Bild 7). Statt dessen entsteht ein Selbstreinigungseffekt, da das ungehindert abfließende Kondenswasser die Heizflächen abspült und somit sauber hält.

Da die Wärmetauscher von Brennwertkesseln mit Kondenswasser in Berührung kommen, spielt die Wahl eines geeigneten Werkstoffes eine besondere Rolle. Edelstahl Rostfrei kommt da z.B. in Frage. Dieser Werkstoff ist für Wärmetauscherflächen in der gesamten Brennwerttechnik besonders leistungsfähig.

Bild 7: Selbstreinigungseffekt bei einem Öl-Brennwertkessel mit Edelstahl-Wärmetauscher.

Verbrennungsluftvorwärmung

Die andere Variante der Öl-Brennwertnutzung beruht darauf, die Kondensationswärme nicht direkt an das Heizungswasser abzugeben, sondern für die Zuluftvorwärmung zu nutzen. Dabei sind Wärmetauscher und Wasserführung im Heizkessel so ausgelegt, dass keine Kondensation auftritt.

Bei Eintritt in das Abgassystem besitzen die Abgase deshalb noch eine Temperatur im Bereich von ca. 100°C. Das Abgas-/Zuluft-System ist bei diesen Anlagen koaxial ausgeführt, sodass das abströmende Abgas seine Wärme auf die im Gegenstrom zuströmende Zuluft übertragen kann. Wird dabei die Taupunkttemperatur unterschritten, so kondensiert das Abgas und kann auch latente Wärme auf die Zuluft übertragen und damit den Brennwert nutzbar machen.

Der Umfang der Brennwertnutzung ist bei diesen Systemen nicht allein vom Heizkessel, sondern auch von den Randbedingungen, z.B. der Länge des Abgas-/ Zuluft-Systems abhängig, weshalb richtigerweise von Brennwertsystemen statt von Brennwertkesseln gesprochen werden sollte.

Zu beachten ist, dass unabhängig von der jeweils eingesetzten Brennwerttechnik (kesselintegrierter oder nachgeschalteter Wärmetauscher bzw. Verbrennungsluftvorwärmung) bei der Verwendung von Standard- oder schwefelreduziertem Heizöl in jedem Fall eine Neutralisationspflicht besteht. Diese entfällt nur bei schwefelarmem Heizöl (<50 mg/kg) unter den in Tabelle 3 aufgeführten Bedingungen.

Tabelle 3: Neutralisationspflicht in Abhängigkeit von der Kesselleistung (Quelle: ATV-DVWK).

Kondenswasserbehandlung

Um einen Öl-Brennwertkessel ohne Neutralisationseinrichtung betreiben zu können, darf ausschließlich schwefelarmes Heizöl EL verwendet werden. Außerdem darf die Kesselleistung 200 kW nicht übersteigen. Für Kessel ab 25 kW ist eine weitere Voraussetzung, dass das Volumen der häuslichen Abwässer, die an gleicher Stelle eingeleitet werden, im Jahresmittel mindestens das 20-fache der Kondenswassermenge betragen muss. Festgelegt sind diese neuen Regelungen in dem Arbeitsblatt ATV-DVWK-A 251 der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (ATV-DVWK, früher Abwassertechnische Vereinigung).

Letztendlich entscheiden zwar die lokalen Betreiber über die Neutralisationspflicht des Abwassernetzes (üblicherweise die untere Wasserbehörde), diese stützen sich jedoch in der Regel auf das Arbeitsblatt der ATV-DVWK und übernehmen dessen Inhalte in ihre Bestimmungen. Das heißt für den Fachbetrieb bzw. für den Betreiber einer Brennwertanlage, dass in jedem Einzelfall beim jeweiligen Betreiber des Abwassernetzes (Kommunen, Landkreise usw.) nachgefragt werden muss, ob er den neuen Empfehlungen der ATV-DVWK folgt.

Kennzeichnung von Heizölanlagen

Damit sichergestellt ist, dass schwefelarmes bzw. Standard-Heizöl nur bei den vom Hersteller freigegebenen Niedertemperatur- bzw. Brennwertkesseln verwendet wird, wird zur Zeit ein Kennzeichnungssystem eingeführt. Das ist besonders für die Öl-Brennwertkessel wichtig, die ohne Neutralisationseinrichtung betrieben werden, damit nicht versehentlich das falsche Heizöl getankt wird. Zur eindeutigen Kennzeichnung erhalten solche Anlagen einen grünen Füllrohrverschluss für die Tankanlage mit dem eingeprägten Schriftzug "Heizöl EL schwefelarm". Außerdem wird der Kessel mit einem grünen Aufkleber gekennzeichnet und der Anlagenbetreiber erhält zusätzlich ein Informationsblatt (Bild 8).

Bild 8: Aufkleber und Füllrohrverschluss für Geräte, die laut Herstellerangabe nur mit Heizöl EL schwefelarm betrieben werden dürfen.

Bei Heizkesseln, die sowohl für den Betrieb mit schwefelarmem als auch mit Standard-Heizöl geeignet sind, erfolgt die Kennzeichnung am Öltank ebenfalls mit einem grünen Füllrohrverschluss, der auch den Schriftzug "Heizöl EL schwefelarm" eingeprägt hat. Zusätzlich erhält dieser Verschluss noch einen roten Anhänger mit der Einprägung "Auch für Heizöl EL Standard". Am Kessel selbst haftet ein rot/grüner Aufkleber (Bild 9).

Bild 9: Aufkleber, Anhänger und Füllrohrverschluss für Geräte, die laut Herstellerangabe sowohl mit Heizöl EL Standard als auch mit Heizöl EL schwefelarm betrieben werden dürfen.

Darf ein Kessel nur mit Heizöl EL Standard betrieben werden, erfolgt keine Kennzeichnung des Heizkessels oder Öltanks. Aufgrund dieser Regelung sollte ein Heizungsfachbetrieb seine Kunden, die einen Öl-Brennwertkessel ohne Neutralisationseinrichtung betreiben, darauf hinweisen, dass eine Kennzeichnung mit grünem Füllrohrverschluss schnellstmöglich erfolgen muss, um Fehlbefüllungen zu vermeiden.

Zusammenfassung

Für den Fachhandwerker, Heizöl-Lieferanten und den Anlagenbetreiber ist wichtig zu wissen, dass nur Heizöl mit maximal 50 mg/kg Schwefel als Heizöl EL schwefelarm bezeichnet werden darf. Diese Heizölqualität ist seit über einem Jahr im Markt eingeführt und deutschlandweit verfügbar.

Für die Befreiung von der Neutralisationspflicht ist der ausschließliche Betrieb des Wärmeerzeugers mit schwefelarmem Heizöl erforderlich. Nach der ersten Befüllung des Öltanks mit dieser Ölqualität muss daher ein entsprechender Hinweis am Einfüllstutzen und an der Tankanlage, bei Erdtanks an der Leitungsanlage angebracht werden.

Die Überprüfung einer bestehenden Öl-Kesselanlage auf die Eignung für schwefelarmes Heizöl sollte durch einen Heizungsfachbetrieb erfolgen. Anhand der Gerätedaten kann dieser die Eignung mit Hilfe der im Internet unter www.schwefelarmes-heizoel.de veröffentlichten Liste feststellen. Nach der Prüfung erfolgt die Kennzeichnung des Gerätes. Die Kundeninformation kann direkt aus dem Internet heruntergeladen und ausgedruckt werden. Über die gleiche Internetadresse können auch die Aufkleber kostenlos beim Institut für wirtschaftliche Ölheizung e.V. bestellt werden (www.iwo.de). Entsprechend gekennzeichnete Füllrohrverschlüsse sind im Handel erhältlich.

Für Neuanlagen werden die Aufkleber zur Kessel-Kennzeichnung - sofern der Kessel nicht ausschließlich Standard-Heizöl verbrennen darf - als Bestandteil der Herstellerunterlagen mitgeliefert. Die Installation des Füllrohrverschlusses erfolgt im Zuge der Anlageninstallation durch den Fachhandwerker.

Internetinformationen:
www.viessmann.de
www.schwefelarmes-heizoel.de
www.iwo.de

B i l d e r :   Viessmann Werke, Allendorf

* Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Rogatty, Viessmann Werke GmbH, Allendorf

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