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Verluste genauer betrachtet

Feuerungsleistung

Verluste durch überdimesionierte Feuerungsleistung

Ein Zahlenspiel:

Nehmen wir einmal an, die oben in der Grafk des IWO aufgeführten Verluste träfen auf meinen alten Kessel zu.

Vor Beginn der Optimierungen habe ich 45000 kWh/a an Wärme erzeugt. Da ich eine zentrale Warmwasserbereitung habe, muß der Kessel 8760h/a Wärme bereitstellen. Die eingestellte Feuerungsleistung betrug 24,5kW. Zur Erzeugung der Wärmemenge muß der Brenner ca 1837 h/a brennen.

An Oberflächenverlusten habe ich in 8760 h/a ca. 8100 kWh verloren. 

Ausskühlungsverlusten habe ich 2250 kWh verloren.                                               

Die Auskühlungsverluste treten jedoch nur dann auf, wenn der Brenner nicht in Betrieb ist, also während 6923 h/a ( ergibt 0,325 kWh/h). Sie werden allein dadurch verursacht, daß aufgrund des Schornsteinzuges ständig Luft durch den Kessel gezogen wird, der dann die Kesselwärme mitnimmt. 

An Abgasverlusten habe ich 6750 kWh in den o.g. 1837 h/a verloren.

Unter diesen Voraussetztungen hat der Kessel also nur 27900 kWh ins Rohrleitungsnetz abgegeben, der Rest ist entweder durch den Schornstein, oder in den Heizraum verschwunden.

Ich reduziere jetzt die Feuerungsleistung von 24,5 kW auf 16,6kW.                         

 Nun muß der Brenner 2711h/a arbeiten. Folglich können die Auskühlungsverluste nur noch in 6049h/a auftreten, betragen dann also nur noch 1966 kWh.

Die Differenz beträgt 284kWh entsprechend etwa 28 l Heizöl.

Gleichzeitig mit der Verringerung der Feuerungsleistung ist jedoch auch der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung vom Abgas (nicht mehr brennbare Gase, beginnend mit der Trennung von der Flamme) an das Wasser gestiegen, da nun im Verhältnis zur erzeugten Wärmemenge eine größere Übertragungsfläche zur Verfügung steht.

Nehmen wir eine Verbesserung des Wirkungsgrades um nur 1 % an (oft ist es mehr!!):

Früher:  27900 kWh bei 85% ergibt 32824 kWh erzeugte Wärme                          

Jetzt:     27900 kWh bei 86% ergibt 32442 kWh erzeugte Wärme

Die Differenz beträgt 382 kWh, entsprechend etwa 38 l Heizöl

Nach dieser Theorie habe ich also mindestens 66 l Heizöl pro Jahr eingespart und habe nichts anderes getan, als eine kleinere, sprich passende Düse eingebaut. Die Kosten für die Düse in Höhe von 10  € darf ich noch nicht einmal berechnen, da die Düse bei jeder Wartung ausgetauscht werden sollte.

Düsenleistungen finden Sie hier:

Das hört sich zwar sehr wenig an, sieht aber schon anders aus, wenn ich diese 66 Liter auf 1 Million überdimensionierte Heizkessel hochrechne!

Außerdem sinken auch noch andere Verluste, (die Verluste durch Vorbelüften werden weiter unten abgehandelt) es ist mir nur zu komliziert, diese verständlich rechnerisch darzustellen. Zudem sind wir ja nur an messbaren Erfolgen interessiert.

Die Anpassung der Feuerungsleistung kostet nichts und sollte daher von jedermann durchgeführt werden.

Anmerkung Stand Oktober 2009: Mittlerweile ist es mir aufgrund der reduzierten Gebäudeverluste möglich, das Gebäude mit einer Feuerungsleistung von gut 10 kW zu beheizen. Die Einsparungen aufgrund der reduzierten Feuerungsleistung sind also theoretisch weiter gestiegen. Der Feuerungstechnische Wirkungsgrad wurde durch die Brennerumbauten und weitere Modifikationen im Feuerraum auf etwa 95-96% erhöht. Die Reduzierung der Feuerungsleistung ist jedoch nichts für jedermann.... sie war nur möglich durch die freundliche Unterstützung der Entwicklungsabteilung der Fa. Intercal, sowie durch die Unterstützung der Fa. Opticlean

Sicherheitshinweis!

Bei der Leistungsreduzierung sind zwei Dinge besonders wichtig: Die Herstellerspezifikation des Kessels und des Brenners.

Beim Brenner sollten Sie nicht versuchen, die Leistung unterhalb der Mindestbrennerleistung einzustellen. In Einzelfällen mag das sicherlich funktionieren, aber meist geht es daneben, da die Verbrennungsluftmenge nicht weit genug reduziert werden kann. Eine Unterschreitung der Mindestleistung hat also nur zur Folge, das ein schlechtes Brennstoff-Mischungsverhältnis entsteht, und die Verbrennung instabil wird. Es ist allerdings wohl möglich, die Mindestleistung mit einer kleineren Düse und höherem Druck einzustellen. (Beispielsweise anstatt einer 0,5 gal / h mit 8 bar eine 0,4 gal / h mit 12 bar einzusetzen.) Hierdurch verbessert sich die Verbrennung, die Rußzahl kann deutlich sinken. Sollte die dabei zu erreichende Leistung immer noch zu groß sein, brauchen sie einen anderen Brenner.

Auf den Kessel bezogen, sollten sie besonderes Augenmerk auf die Mindestabgastemperaturen legen. Hier schwanken die Mindestangaben zwischen 165°C und 130°C. Man kann da zwar noch differenzieren---bei kuren Brennerlaufzeiten unter 10 min / Start sollte die Abgastemp. eher höher sein, bei langen Brennerlaufzeiten jenseits von 20 min/Start kann die Abgastemperatur sich eher am unteren Ende bewegen. Meine Angaben beziehen sich jeweils auf eine Mindestkesselwassertemperatur von 60 °C.

Ist man sich des Korrosionsrisikos bewusst und nimmt man eine verkürzte Restlebensdauer des Kessels in Kauf, sollte man dennoch auch bei langen Brennerlaufzeiten die 120 °C Grenze nicht unterschreiten. Es käme zu vermehrtem Kondensatanfall, der verstärkt Korrosion verursacht und sogar die Verbrennung stören kann.

An dieser Stelle möchte ich nochmals auf die Wichtigkeit der Leistungsanpassung hinweisen, allerdings diesmal in einem anderen Zusammenhang:

Überdimensionierte Kessel haben zwangsläufig eine enorme Takthäufigkeit; der Brenner startet sehr oft, aber nur kurz, weil die erzeugte Energie gar nicht benötigt wird. Statistiken habe ergeben, das Brenner zwischen 20.000 und 100.000 mal / Jahr starten.

Bei jedem Startvorgang wird zum Vorbelüften mehrere Sekuinden lang kalte Luft durch den Kessel geblasen, um eventuell brennbare oder explosive Gasgemische von der vorherigen Betriebsphase aus dem Kessel zu spülen. Dieser Vorgang ist zwingend notwendig, um die Sicherheit der Anlage zu gewährleisten; bringt aber auch gleichzeitig einen gewissen Energieverlust mit sich.

Bei meinem kleinen Blaubrenner beträgt die Vorbelüftungszeit 17 Sekunden, bei großen Brennern ist sie deutlich länger.

Zahlenspiele:

100.000 Starts je 17 Sekunden Vorbelüften ergibt 472 Std. Vorbelüftungsverluste / Jahr

40.000 Starts je 17 Sekunden Vorbelüften ergibt 189 Std. Vorbelüftungsverluste / Jahr

20.000 Starts je 17 Sekunden Vorbelüften ergibt 94 Std. Vorbelüftungsverluste / Jahr

Durch konsequente Optimierung bin ich nun bei meinem Brenner bei rund 2700 Starts pro Jahr angekommen.

Alleine diese Tatsache sollte uns deutlich machen, wie wichtig es ist, die Brennerleistung so genau wie möglich an den Leistungsbedarf anzupassen. Aber das ist noch nicht alles:

Wissenschaftliche Untersuchungen der Verbrennungsvorgänge bei Ölfeuerungen haben ergeben, das gerade die ersten 3 Minuten nach dem Brennerstart aufgrund der strahlungsarmen Umgebung im Feuerraum einen enorm hohen Schadstoffausstoß bei gleichzeitig verringerem feuerungstechnischen Wirkungsgrad zur Folge haben.

Erst nach 3 Minuten Brenndauer haben sich die Umgebungsbedingungen im Brennraum ausreichend stabilisiert, um eine schadstoffarme Verbrennung zu gewährleisten. Untenstehende Grafik hat mir mein Gesinnungsgenosse, Herr Beitzke (www.heizungsbetrieb.de) vom Ölkolloquium 2003 mitgebracht. Der erhöhte CO-Ausstoß ist besonders innerhalb der ersten Minute gravierend!

Laut Angaben des VDI nimmt man bei einigermaßen genau dimensionierten Feuerungsleistungen für den Raum Düsseldorf eine jährliche Brennerlaufzeit von 1700 - 2100 Std, / Jahr an.

Bei überdimensionierten Brennern sinkt diese Brennerlaufzeit natürlich stark ab. Dennoch möchte ich zur Demonstration in allen Fällen mit der unrealistisch hohen Brenndauer von 1500 Std. / Jahr rechnen:

20.000 Starts/a ergibt eine durchschnittliche Brenndauer von 4,5 Min / Start

40.000 Starts/a ergibt eine durchschnittliche Brenndauer von 2,25 Min / Start

100.000 Starts/a ergibt eine durchschnittliche Brenndauer von 0,9 Min / Start

Ein überdimensionierter Brenner hat also immer eine Brenndauer, die im überwiegenden Zeitraum des höchsten Schadstoffausstoßes und des geringsten Wirkungsgrades liegt.

Ein Bekannter bemerkte dazu treffend:

Das ist, wie beim Coitus interruptus: Wenn der Brenner so langsam in Fahrt kommt, muß er wieder raus!

Anmerkung Stand Oktober 2009: Mittlerweile bin ich im Jahr 2008 bei etwa 2700 Brennerstarts und einer Brennerlaufzeit von etwa 1670 Brennerstunden jährlich angekommen. Das macht bei meinem einstufigen Brenner durchschnittlich etwa 38 Minuten / Brennerstart. Weitere Verbesserungen sind möglich.

Fazit: Man sollte alle Anstrengungen unternehmen, um möglichst lange Brennerlaufzeiten zu erreichen. Im Kapitel Auswertungen werde ich genauer darauf eingehen.

 

 

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