Heizkessel

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Heizkessel mit Brenner

Ein Heizkessel dient der Umsetzung von chemisch gebundener in thermische Energie. Dabei wird durch einen Brenner die Brennkammer des Kessels erwärmt. Rund um die Kesselkammer befinden sich Rohrleitungen, in denen eine Flüssigkeit, in der Regel Wasser, die thermische Energie der Verbrennung aufnimmt und in das Heizsystem einspeist.

In privaten Haushalten sind Heizkessel zumeist in den Kellerräumen untergebracht. Dort wird in den meisten Fällen auch der Brennstoff gelagert, der zum Betrieb des jeweiligen Heizkessels und damit der Wärmeerzeugung notwendig ist. Gelegentlich werden Heizkessel bei Neubauten — zur Einsparung der Schornstein­baukosten — am Dachboden untergebracht.

Heizkesseltypen nach Brennstoff[Bearbeiten]

Farbliche Kennzeichnung der Wärmeerzeuger in den Grafiken unten
Gas Gas-
Brennwert
Heizöl Heizöl-
Brennwert
Biogene
Brennstoffe
Solar-
thermie
Wärme-
pumpen
Fern-
wärme
Strom Sonstige
Kesseltypen der Wärmeerzeuger in Deutschland 2008[1]
2008
       7,9 Millionen Gaskessel (41 %)            2,7 Millionen Gas-Brennwertkessel (14 %)
      6,0 Millionen Ölkessel (31 %)           0,2 Millionen Öl-Brennwertkessel (1 %)
     0,7 Millionen Biomassekessel (4 %)           1,3 Millionen Thermische Solaranlagen (7 %)           0,3 Millionen Wärmepumpen (2 %)
Beheizungssysteme in neuen Wohnungen, Deutschland [2]
Februar 2012
      Gas 49,4 %       Wärmepumpen 24,8 %       Fernwärme 15,8 %       Strom 1 %       Heizöl 2 %       Holz(pellets) 5,8 %       Sonstige 2,4 %
Energiequellen für Raumheizung in Österreich 2010 [3]
2010
      Gas 24 %       Fernwärme 11,6 %       Strom 4,5 %       Heizöl 24,9 %       biogene Brennstoffe 30,9 %
      Sonstige (Wärmepumpen, Solar, Erneuerbare Energie) 2,7 %
Brennstoffe bei Gebäudeheizungen in der Schweiz 2011[4]
Gas Öl Holz Sonstige
      Gas 251.887 Gebäude (15,2 %)       Heizöl 836.212 Gebäude (50,5 %)       Holz 199.246 Gebäude (12 %)       Sonstige 22 %
Gesamt: 1,656.864 Gebäude, dabei wurden insgesamt 1,290.522 Zentralheizungen
für jeweils ein Gebäude (77,9 %) und 145.129 Einzelofenheizungen (8,8 %) betrieben.
Biomasseheizkesssel mit stehenden Wärmetauscher eines Fernheizwerkes aus Österreich
Biomasseheizkessel mit 300 kW geeignet für Hackgut und Pellets

Gasheizkessel[Bearbeiten]

Gasheizkessel gewinnen Wärmeenergie aus der Verbrennung von Erdgas und transportieren die Wärmeenergie über den Wärmeträger Wasser. Bei veralteten Gasheizkesseln entstehen oftmals hohe Wärmeverluste und Kosten; durch moderne Brennwertkessel können Energiekosten gesenkt und der Schadstoffausstoß vermindert werden.

Ölheizkessel[Bearbeiten]

Ein Ölheizkessel nutzt den fossilen Brennstoff Öl zur Erzeugung von Wärmeenergie durch Verbrennung. Neben dem Heizkessel wird zur Lagerung des Brennstoffes ein Tank benötigt.

Ölheizungen verlieren in Deutschland zunehmend an Bedeutung. Durch volatile Rohstoffpreise in der Vergangenheit und die oftmals starke Umweltbelastung sind Ölheizkessel für Verbraucher immer uninteressanter geworden.

Holz-Heizkessel bzw. Holzkesselheizung[Bearbeiten]

Die Holzkesselheizung zählt zu den Biomasse-Heizkesseln, als Brennstoff wird Stück- bzw. Scheitholz verwendet. Aufgrund der hohen Öl- und Gaspreise ist das Heizen mit Biomasse wie Holz wieder zu einer Alternative für viele Hausbesitzer geworden.

Pellet-Heizkessel[Bearbeiten]

Pellet-Heizkessel zählen zu den Biomasse-Heizkesseln, als Brennstoff werden üblicherweise Pellets aus Holz verwendet. Holzpellets sind kleine Presslinge aus Sägemehl und haben durch ihre Verdichtung und meist geringere Feuchte einen höheren Energiewert als normales Scheitholz.

Der Betrieb eines Pellet-Heizkessels erfordert einen Brennstoff-Lagerraum, aber weniger Platz als dies beim Heizen mit Scheitholz der Fall wäre. Die Befeuerung des Heizkessels mit Holzpellets erfolgt über Fördersysteme oftmals automatisch. Nachteile siehe Pelletheizung#Kritik

Heizkesseltypen nach Einsatzzweck[Bearbeiten]

Heizkessel werden z.B. für folgende Einsatzzwecke genutzt:

Energieverschwendung[Bearbeiten]

Zu Optimierung von Heizanlagen wird oft die gesamte Kette der Energiegewinnung, von der Förderung über Veredlung (in einer Raffinerie), Transport, Energieumwandlung und Wärmeverteilung berücksichtigt, viele Details werden einbezogen. Weil aber für Heizung, Warmwassererzeugung und Lüftung auf Herstellerangaben (Wärmeverluste bei Betrieb) zurückgegriffen wird[5][6] werden in der Praxis vorkommende Stillstandsverluste (die auch bei Neubauten gar nicht bekannt sein können) nicht bestimmt und somit nicht exakt ermittelt. Eine Erfassung derartiger Wärmeverluste wäre nur mit Wärmemengenzählern bei den Vorlauf­armaturen (Heizung und Warmwasser) und Abgleich mit Gasverbrauchszählern oder Ölzählern möglich (siehe dazu auch Nutzungsgrad).

Takten[Bearbeiten]

In der Fachliteratur und in Veröffentlichungen sind unterschiedliche Beurteilungen der Bereitschaftsverluste zu finden. Je nach Datenquelle und Brennstoff von „deutlich unter 1 %“[7] bis zu 40 % (bei Heizöl)[8] oder 50 %[9] des gesamten Brennstoffverbrauchs. Die Stillstandsverluste werden meist durch Luftspülung des Brennerraums vor und nach dem Brennerlauf hervorgerufen (um Verpuffungen von Brennstoffresten zu vermeiden). Sie entstehen beim „Takten“ (Ausschalten des Brenners, Ruhezeit mit Abkühlung, Start des Brenners mit zuerst instabiler Flamme und Laufzeit bis zum nächsten Ausschalten). Nicht unüblich sind dabei Werte von 30.000 Takten und mehr im Jahr und natürlich ebensovielen Brennerraum-Auskühlvorgängen. An 365 Tagen (inklusive der Warmwasserbereitung und -bevorratung) stehen 1.800 Stunden Brennerlaufzeit 6.960 Stunden „Bereitschaft“ (=Auskühlung) gegenüber[10]. Die Wärmeverluste der wärmegedämmten Heizkessel werden dann zum Großteil „zum Kamin hinausgeheizt“.

Das Takten wird meist verursacht, weil das Heizungswasser (der „Rücklauf“) zu schnell und zu heiss wieder zurückfließt und dann der Brenner — unabhängig von sonstigen Raumthermostat­abschaltungen — eine Notabschaltung macht (weil sonst die erzeugte Wärme nicht weggekühlt und abgeführt werden könnte). Sobald das Wasser im Heizkessel abgekühlt ist (Schaltzeit = Hysterese) springt der Brenner wieder an, um alsbald wieder abzuschalten. Die damit verbundenen regelmäßigen Brennerraum-Auskühlvorgänge summieren sich zu erheblichen Wärmeverlusten. Eine der häufigsten Ursachen des Taktens ist im Artikel Hydraulischer Abgleich erklärt, welche mit verhältnismäßig geringem finanziellen Aufwand unterbunden werden kann und somit Heizenergie/Heizkosten eingespart werden können.

Bei der regelmäßigen Messung der Abgasverluste gemäß der deutschen 01. BImSchV werden die Abgase von Heizkesseln im Regelbetrieb gemessen. Verluste bei der Abkühlung werden dadurch nicht erfasst.

Optimus Programm[Bearbeiten]

Bei dem von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) geförderten OPTIMUS-Programm wurden Einsparpotentiale bei Ein- und Mehrfamilienhäusern in der Praxis ermittelt. Die untersuchten Objekte hatten im Mittelwert folgende ungünstige Auslegung:

  • Überdimensionierung der Wärmeerzeugerauslegung um etwa 1,8 bezogen auf die nötige Gebäudeheizlast (Abhilfe: Modulierende Brenner)
  • Leistungsüberdimensionierung der Pumpen von etwa 3 bezogen auf die ausreichende elektrische Auslastung (Abhilfe: Drehzahlregelbare Pumpen)
  • Überdimensionierte Heizkörpernormleistung von etwa 1,7 bezogen auf die effektive Raumheizlast (Abhilfe: Hydraulischer Abgleich)[11].

Die Gegenmaßnahmen waren (2003) mit Aufwänden von € 2,- bis € 7,- pro Quadratmeter Wohnfläche vergleichsweise kostengünstig.[12]
Dabei wurden lediglich folgende Maßnahmen durchgeführt[13]:

  • Voreinstellung von Thermostatventilen zur Durchflussbegrenzung (hydraulischer Abgleich)
  • Einstellungen der Heizungsumwälzpumpen
  • Einstellung der Heizungsregelungen (Größere Schalthysterese = Längere Zeiten zwischen Ausschalten und Wiedereinschalten eines Brenners)

Die Erfolge der beim OPTIMUS-Projekt verbesserten Einzelheizungen ergaben hochgerechnet auf gesamt Deutschland ein Einsparpotential zwischen 20.000 und 28.000 GWh pro Jahr [14] (zum Vergleich: das Kernkraftwerk Brokdorf speiste im Jahr 2010 11.360 GWh elektrischen Strom ins Netz ein[15]).

Entstaubung[Bearbeiten]

Entstaubungsanlagen und Rauchgaswäscher sind bei allen großen Heizungsanlagen Stand der Technik, sind jedoch auch für Heizkessel < 50 kW verfügbar[16]. Gemäß einer Studie über den Stand der Technik bei Partikelabscheidern wäre die Effizienz der Feinstaubabscheidung bei Systemen allein mit Rauchgaskondensation aber gering (im Bereich von 10 bis 20 %). Grobe Flugaschepartikel würden hingegen meist abgeschieden[17].

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Heizkessel – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Deutschland-Infografik bei meineheizung.de, private Website
  2. pdf-Datei abrufbar bei: AGEB AG Energiebilanzen.e.V., Energieverbrauch in Deutschland, Daten für das 1. Quartal 2012, zuletzt abgerufen Oktober 2012
  3. http://www.statistik.at/web_de/statistiken/energie_und_umwelt/energie/energieeinsatz_der_haushalte/index.html
  4. Schweizerische Eidgenossenschaft, Bundesamt für Statistik, Gebäude und Wohnungen – Daten, Indikatoren, Gebäude nach Heizungsart und Energieträger der Heizung
  5. H.Alt:Anlagenaufwandszahl (prf-Datei; PDF; 106 kB),Energieausweis, Fachhochschule Aachen
  6. Kati Jagnow, Stefan Horschler: Kurzbeschreibung DIN V4701-10 BBL1:2002-02 (pdf-Datei)
  7. Ansgar Schrode:Heizsysteme im Niedrigenergiehaus, IKZ-HAUSTECHNIK, Ausgabe 9/1997
  8. Optimierung wo anfangen?
  9. Takten der Heizung
  10. Umweltfreundlich und sparsam heizen — aber wie?
  11. Jagnow, Wolff: OPTIMUS-Kurzbericht, Seite 3 (PDF; 198 kB)
  12. Das projekt OPTIMUS
  13. Jagnow, Wolff: OPTIMUS-Kurzbericht, Seite 5 (PDF; 198 kB)
  14. Jagnow, Wolff: OPTIMUS-Kurzbericht, Seite 7 (PDF; 198 kB)
  15. Power Reactor Information System der Internationale Atomenergieorganisation IAEO (englisch)
  16. Michael Sattler:Staubabscheider für den Hausbrand (<50 kW) – in der Schweiz erhältliche oder kurz vor der Einführung stehende Systeme – mit praktischen Informationen für Kaminfeger, (pdf-Datei; 429 kB) Langenbruck 2007, bei oekozentrum.ch
  17. Christoph Mandl, Ingwald Obernberger:Studie zum Stand der Technik von Partikelabscheidern für häusliche Biomassefeuerungen, IEA Bioenergy Task32 „Biomass combustion and Cofiring“, (deutsch), (pdf-Datei; 779 kB)