Brennwertkessel - Condensing boiler

Brennwertkessel sind Warmwasserbereiter, die mit Gas oder Öl betrieben werden. Sie erreichen einen hohen Wirkungsgrad (typischerweise mehr als 90% beim höheren Heizwert ), indem sie Wasserdampf in den Abgasen kondensieren und so ihre latente Verdampfungswärme zurückgewinnen , die sonst verschwendet worden wäre. Dieser kondensierte Dampf verlässt das System in flüssiger Form über einen Abfluss. In vielen Ländern ist die Verwendung von Brennwertkesseln obligatorisch oder wird mit finanziellen Anreizen gefördert.

Arbeitsprinzipien

In einem herkömmlichen Kessel wird Brennstoff verbrannt und die erzeugten heißen Gase passieren einen Wärmetauscher, wo ein Großteil ihrer Wärme auf Wasser übertragen wird, wodurch die Wassertemperatur erhöht wird.

Eines der bei der Verbrennung entstehenden heißen Gase ist Wasserdampf (Dampf), der beim Verbrennen des Wasserstoffgehalts des Kraftstoffs entsteht. Ein Brennwertkessel entzieht den Abgasen zusätzliche Wärme, indem er diesen Wasserdampf zu flüssigem Wasser kondensiert und so seine latente Verdampfungswärme zurückgewinnt. Eine typische Effizienzsteigerung kann bis zu 10-12% betragen. Während die Wirksamkeit des Kondensationsprozesses in Abhängigkeit von der Temperatur des zum Kessel zurückkehrenden Wassers variiert, ist er immer mindestens so effizient wie ein nicht kondensierender Kessel.

Das erzeugte Kondensat ist leicht sauer (3-5 pH), daher müssen geeignete Materialien in Bereichen verwendet werden, in denen Flüssigkeit vorhanden ist. Aluminiumlegierungen und Edelstahl werden am häufigsten bei hohen Temperaturen verwendet. In Niedertemperaturbereichen sind Kunststoffe am kostengünstigsten (z. B. PVC und Polypropylen ). Die Herstellung von Kondensat erfordert auch die Installation eines Wärmetauscherkondensat-Abflusssystems. In einer typischen Installation ist dies der einzige Unterschied zwischen einem Brennwert- und einem Nicht-Brennwertkessel.

Um den Wärmetauscher eines Brennwertkessels wirtschaftlich herzustellen (und damit das Gerät bei der Installation handhabbar ist), wird die kleinste praktische Größe für seine Leistung bevorzugt. Dieser Ansatz hat zu Wärmetauschern mit hohem verbrennungsseitigen Widerstand geführt, die häufig die Verwendung eines Verbrennungsgebläses erfordern, um die Produkte durch enge Durchgänge zu bewegen. Dies hatte auch den Vorteil, dass die Energie für das Abgassystem bereitgestellt wurde, da die ausgestoßenen Verbrennungsgase normalerweise unter 100 ° C (212 ° F) liegen und als solche eine luftnahe Dichte mit geringem Auftrieb aufweisen. Der Verbrennungslüfter hilft, Abgas nach außen zu pumpen.

Verwendungszweck

Brennwertkessel ersetzen heute weitgehend frühere konventionelle Konstruktionen für die Stromversorgung von Zentralheizungssystemen in Europa und in geringerem Maße in Nordamerika . Die Niederlande waren das erste Land, das sie weitgehend übernahm. In Europa wird ihre Installation von Interessengruppen und Regierungsstellen, die sich mit der Reduzierung des Energieverbrauchs befassen, nachdrücklich befürwortet. Im Vereinigten Königreich beispielsweise müssen alle neuen Gas-Zentralheizungskessel, die seit 2005 in England und Wales eingebaut sind, Hochleistungs-Brennwertkessel sein, sofern keine außergewöhnlichen Umstände vorliegen. Für Ölkessel gelten ab April 2007 die gleichen Vorschriften ( Warmluft-Zentralheizungssysteme sind von diesen Vorschriften ausgenommen). In den Vereinigten Staaten gibt es eine Steuergutschrift des Bundes für die Installation von Brennwertkesseln und zusätzliche Rabatte von Energieversorgungsunternehmen in einigen Staaten. In der westlichen Kanada , Energieversorger bietet jetzt Energie Rabatte , wenn diese Systeme in Multi-Unit - Wohnungen installiert sind. Der Rückgang der Erdgaspreise in Nordamerika hat zu einer verstärkten Nachrüstung bestehender Kesselanlagen mit Brennwertanlagen geführt.

Effizienz

Hersteller von Brennwertkesseln behaupten, dass ein thermischer Wirkungsgrad von bis zu 98% erreicht werden kann, verglichen mit 70% bis 80% bei herkömmlichen Konstruktionen (basierend auf dem höheren Heizwert von Brennstoffen). Typische Modelle bieten Wirkungsgrade um 90%, wodurch die meisten Marken von Brennwertkesseln in die höchsten verfügbaren Kategorien für Energieeffizienz fallen. In Großbritannien ist dies eine SEDBUK-Band-A-Effizienzbewertung (Seasonal Efficiency of Domestic Boiler in Großbritannien), während sie in Nordamerika normalerweise ein Öko-Logo und / oder eine Energy Star- Zertifizierung erhalten.

Die Kesselleistung basiert auf der Effizienz der Wärmeübertragung und hängt stark von der Kesselgröße / -leistung und der Emittergröße / -leistung ab. Systemdesign und Installation sind von entscheidender Bedeutung. Die Anpassung der Strahlung an die Btu / H-Leistung des Kessels und die Berücksichtigung der Emitter- / Kühlerauslegungstemperaturen bestimmen den Gesamtwirkungsgrad des Raum- und Brauchwasserheizungssystems.

Ein Grund für einen Wirkungsgradabfall ist, dass die Auslegung und / oder Implementierung des Heizsystems Rücklauftemperaturen (Wärmeübertragungsflüssigkeit) am Kessel von über 55 ° C (131 ° F) ergibt, wodurch eine erhebliche Kondensation im Wärmetauscher verhindert wird. Es ist zu erwarten, dass eine bessere Ausbildung sowohl der Installateure als auch der Eigentümer die Effizienz gegenüber den angegebenen Laborwerten erhöht. Natural Resources Canada schlägt auch Möglichkeiten vor, diese Kessel besser zu nutzen, z. B. die Kombination von Raum- und Wasserheizungssystemen. Einige Kessel (z. B. Potterton) können zwischen zwei Vorlauftemperaturen wie 63 ° C (145 ° F) und 84 ° C (183 ° F) umgeschaltet werden, wobei nur der erstere "vollständig kondensiert". Kessel werden jedoch normalerweise standardmäßig mit einer höheren Vorlauftemperatur installiert, da ein Warmwasserspeicher im Allgemeinen auf 60 ° C (140 ° F) erwärmt wird. Dies dauert zu lange, um bei einer nur drei Grad höheren Vorlauftemperatur zu erreichen. Trotzdem ist auch die Teilkondensation effizienter als ein herkömmlicher Kessel.

Die meisten nicht kondensierenden Kessel könnten durch einfache Steuerungsänderungen zur Kondensation gezwungen werden. Dies würde den Brennstoffverbrauch erheblich senken, jedoch alle Weichstahl- oder Gusseisenkomponenten eines herkömmlichen Hochtemperaturkessels aufgrund der korrosiven Natur des Kondensats schnell zerstören. Aus diesem Grund bestehen die meisten Brennwertkesselwärmetauscher aus Edelstahl oder einer Aluminium / Silizium-Legierung. Externe Edelstahl-Economizer können an nicht kondensierenden Kesseln nachgerüstet werden, damit diese Kondensationseffizienzen erzielen können. Temperaturregelventile werden verwendet, um heißes Zulaufwasser in den Rücklauf zu mischen, um einen Wärmeschock oder Kondensation im Inneren des Kessels zu vermeiden.

Je niedriger die Rücklauftemperatur zum Kessel ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass er sich im Kondensationsmodus befindet. Wenn die Rücklauftemperatur unter ungefähr 55 ° C (131 ° F) gehalten wird, sollte sich der Kessel immer noch im Brennwertmodus befinden, sodass Niedertemperaturanwendungen wie Fußbodenheizungen und sogar alte Gusseisenheizkörper gut zur Technologie passen.

Die meisten Hersteller neuer Haushalts-Brennwertkessel stellen ein grundlegendes "Fit-All" -Steuersystem her, bei dem der Kessel erst beim ersten Aufheizen im Brennwertbetrieb läuft, wonach der Wirkungsgrad abnimmt. Dieser Ansatz sollte den älterer Modelle noch übertreffen (siehe die folgenden drei vom Building Research Establishment veröffentlichten Dokumente: Information Papers 10-88 und 19-94; General Information Leaflet 74; Digest 339. Siehe auch Anwendungshandbuch AM3 1989: Brennwertkessel von Chartered Institute of Building Services Engineers).

Steuerung

Die Steuerung des Haushalts-Brennwertkessels ist entscheidend, um sicherzustellen, dass er möglichst wirtschaftlich und sparsam arbeitet.

Fast alle haben modulierende Brenner. Die Brenner werden normalerweise von einem eingebetteten System mit integrierter Logik gesteuert, um die Leistung des Brenners so zu steuern, dass sie der Last entspricht und die beste Leistung bietet.

Verlässlichkeit

Brennwertkessel gelten als weniger zuverlässig und können auch leiden, wenn sie von Installateuren und Installateuren bearbeitet werden, die ihre Funktionsweise möglicherweise nicht verstehen. Behauptungen der Unzuverlässigkeit wurden durch Untersuchungen des in Großbritannien ansässigen Building Research Establishment widersprochen (siehe Building Research Establishment ).

Insbesondere trat das Problem des "Gefängnisses" bei frühen Installationen von Brennwertkesseln auf, bei denen eine weiße Wolke aus kondensiertem Dampf (als winzige Tröpfchen) am Auslasskanal sichtbar wird. Obwohl für den Kesselbetrieb unwichtig, war das sichtbare Installieren ein ästhetisches Problem, das großen Widerstand gegen Brennwertkessel verursachte.

Ein bedeutenderes Problem ist die leichte (pH 3-4) Säure der Kondensatflüssigkeit. Wenn dies in direktem Kontakt mit dem Wärmetauscher des Kessels steht, insbesondere bei dünnen Aluminiumblechen, kann dies zu einer schnelleren Korrosion führen als bei herkömmlichen nicht kondensierenden Kesseln. Ältere Kessel haben möglicherweise auch dick gegossene Wärmetauscher anstelle von Blechen verwendet, die langsamere Zeitkonstanten für ihre Reaktion hatten, aber aufgrund ihrer Masse auch gegen Korrosion beständig waren. Aufgrund des Säuregehalts des Kondensats dürfen nur einige Materialien verwendet werden: Edelstahl und Aluminium sind geeignet, Weichstahl, Kupfer oder Gusseisen nicht. Schlechte Konstruktions- oder Konstruktionsstandards haben möglicherweise dazu geführt, dass die Wärmetauscher einiger früher Brennwertkessel weniger langlebig sind.

Eine Erstprüfung und jährliche Überwachung der Wärmeübertragungsflüssigkeit in Brennwertkesseln mit Wärmetauschern aus Aluminium oder Edelstahl wird dringend empfohlen. Die Aufrechterhaltung einer leicht alkalischen Flüssigkeit (pH 8 bis 9) mit Korrosionsschutz- und Puffermitteln verringert die Korrosion des Aluminiumwärmetauschers. Einige Fachleute glauben, dass das auf der Verbrennungsseite des Wärmetauschers erzeugte Kondensat einen Aluminiumwärmetauscher angreifen und die Lebensdauer des Kessels verkürzen kann. Statistische Belege liegen noch nicht vor, da Brennwertkessel mit Aluminiumwärmetauschern nicht lange genug im Einsatz sind.

Bauforschungseinrichtung

Die Building Research Establishment , Großbritanniens wichtigste Forschungseinrichtung für die Bauindustrie, hat eine Broschüre über inländische Brennwertkessel erstellt. Nach Angaben der Bauforschungsanstalt:

  • Moderne Brennwertkessel sind so zuverlässig wie Standardkessel
  • Brennwertkessel sind weder schwieriger zu warten noch müssen sie häufiger gewartet werden
  • Wartung ist nicht teuer; Die einzige (geringfügige) zusätzliche Aufgabe besteht darin, die korrekte Funktion des Kondensatablaufs zu überprüfen
  • Brennwertkessel sind nicht schwer zu installieren
  • Brennwertkessel sind unter allen Betriebsbedingungen immer effizienter als Standardkessel

Auspuff

Das aus einem Brennwertkessel ausgestoßene Kondensat ist sauer und hat einen pH-Wert zwischen 3 und 4. Brennwertkessel benötigen ein Abflussrohr für das im Betrieb entstehende Kondensat. Dieses besteht aus einem kurzen Polymerrohr mit einer Kondensatableiter, um zu verhindern, dass Abgase in das Gebäude ausgestoßen werden. Die saure Natur des Kondensats kann für Gusseisenrohre, Abfallrohre und Betonböden ätzend sein, stellt jedoch kein Gesundheitsrisiko für die Insassen dar. Ein Neutralisator, der typischerweise aus einem mit Marmor- oder Kalksteinaggregat oder "Spänen" (alkalisch) gefüllten Kunststoffbehälter besteht, kann installiert werden, um den pH-Wert auf akzeptable Werte zu erhöhen. Wenn kein Schwerkraftablauf verfügbar ist, muss auch eine kleine Kondensatpumpe installiert werden, um ihn zu einem geeigneten Abfluss zu heben.

Die primären und sekundären Wärmetauscher bestehen aus Materialien, die dieser Säure standhalten, typischerweise Aluminium oder Edelstahl. Da das Endabgas eines Brennwertkessels eine niedrigere Temperatur hat als das Abgas eines atmosphärischen Kessels 38 ° C (100 ° F) gegenüber 204 ° C (400 ° F), ist immer ein mechanischer Ventilator erforderlich, um es mit dem zusätzlichen Ausstoß auszustoßen Vorteil der Verwendung von Niedertemperatur-Auspuffrohren (normalerweise PVC in Haushaltsanwendungen) ohne Isolierung oder herkömmliche Kaminanforderungen. In der Tat ist die Verwendung eines herkömmlichen gemauerten Schornsteins oder eines Metallabzugs aufgrund der Korrosivität der Abzugsprodukte ausdrücklich verboten, mit Ausnahme von speziell bewertetem Edelstahl und Aluminium in bestimmten Modellen. Das bevorzugte / übliche Entlüftungsmaterial für die meisten in Nordamerika erhältlichen Brennwertkessel ist PVC, gefolgt von ABS und CPVC. Die Polymerentlüftung bietet den zusätzlichen Vorteil der Flexibilität des Installationsorts, einschließlich der Seitenwandentlüftung, wodurch unnötige Durchdringungen des Daches vermieden werden.

Kosten

Brennwertkessel sind in Großbritannien und den USA bis zu 50% teurer zu kaufen und zu installieren als herkömmliche Brennwertkessel. Ab 2006 sollten jedoch zu britischen Preisen die zusätzlichen Kosten für die Installation eines Brennwertkessels anstelle eines herkömmlichen Kessels durch einen geringeren Brennstoffverbrauch in etwa 2 bis 5 Jahren erstattet werden (zur Überprüfung siehe die folgenden drei vom Building Research Establishment veröffentlichten Dokumente: Information Papers 10-88 und 19-94; General Information Leaflet 74; Digest 339; siehe auch Fallstudien im Anwendungshandbuch AM3 1989: Brennwertkessel des Chartered Institute of Building Services Engineers) und 2–5 Jahre zu US-Preisen. Die genauen Zahlen hängen von der Effizienz der ursprünglichen Kesselinstallation, den Kesselnutzungsmustern, den mit der neuen Kesselinstallation verbundenen Kosten und der Häufigkeit der Verwendung des Systems ab. Die Kosten für diese Kessel sinken, da die von der Regierung erzwungene Massenaufnahme wirksam wird und die Hersteller ältere, weniger effiziente Modelle zurückziehen. Die Produktionskosten sind jedoch höher als bei älteren Typen, da Brennwertkessel komplexer sind.

Die erhöhte Komplexität von Brennwertkesseln ist wie folgt:

  • Vergrößerung des Wärmetauschers oder Hinzufügung eines zweiten Wärmetauschers (es ist wichtig, dass die Wärmetauscher so ausgelegt sind, dass sie gegen Säureangriff durch die "nassen" Rauchgase beständig sind)
  • Die Notwendigkeit eines lüfterunterstützten Abzugs (da kühlere Abgase weniger Auftrieb haben). Viele nicht kondensierende Kessel haben jedoch auch diese Eigenschaft
  • Da die kühleren Rauchgase Kondensat produzieren, muss dieses abgelassen werden, und die Kessel werden in einen Abfall oder Abfluss geleitet

Bei modernen Kesseln gibt es keine weiteren Unterschiede zwischen Brennwert- und Nicht-Brennwertkesseln.

Zuverlässigkeit sowie anfängliche Kosten und Effizienz wirken sich auf die Gesamtbetriebskosten aus. Ein großes unabhängiges britisches Klempnerunternehmen gab 2005 an, Tausende von Einsätzen zur Reparatur von Brennwertkesseln durchgeführt zu haben und dass die Treibhausgasemissionen seiner Transporter wahrscheinlich höher waren als die Einsparungen, die durch die Umstellung auf umweltbewusste Kessel erzielt wurden. In demselben Artikel wird jedoch darauf hingewiesen, dass der Informationsrat für Heizung und Warmwasser zusammen mit einigen Installateuren festgestellt hat, dass moderne Brennwertkessel genauso zuverlässig sind wie Standardkessel.

Galerie

Siehe auch

Verweise

Externe Links