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Verluste genauer betrachtet

Luft- u.Abgasführung

Verluste durch Mängel und “preisgünstige” Ausführung der Luft- und Abgasführung

Bereits zu Beginn meiner Optimierungsmaßnahmen habe ich mit einer Zeitschaltuhr die Betriebszeiten der Heizung an unseren persönlichen Bedarf angepasst  --  das heißt, ich habe nachts sowohl den Brenner, als auch die Heizungspumpe ausgeschaltet. Die Folge war, das bereits nach wenigen Stunden der Kessel komplett ausgekühlt war.

Auch die zusätzliche Isolierung konnte diesen Zustand nur unwesentlich verbessern. Da mein alter Kessel nicht nur einen relativ großen Wasserinhalt (ca 32 liter) hat, sondern zusätzlich eine große Speichermasse als Kesselkörper ( ca 238 kg Gußeisen) handelt es sich bei der verlorengegangenen Energiemenge um eine beachtenswerte Größe. Wenn ich nur eine Kesseltemperatur von 65°C zugrunde lege, und den Kessel auf 25 °C auskühlen lasse, dann gehen jedesmal ca. 20.000 Wh an Energie (entsprechend ca. 2 Liter Öl) verloren.

Bei jeder Abschaltung!

Da aber nach der neuen Isolierung mein Heizraum nicht mehr warm war, und am Kessel auch keine fühlbar warmen Stellen mehr feststellbar waren, konnte es sich nur um innere Verluste handeln - “Schornsteinverluste”

Hierbei gibt es zwei unterschiedliche physikalische Ursachen, die jedoch beide die gleiche, wenn auch unterschiedlich starke Wirkung haben: Sie transportieren kühle Luft aus dem Keller durch den Kessel und den Schornstein nach draussen - und nehmen unsere teuer erzeugte Energie mit!

Die erste Ursache beruht darauf daß die Luft bei unterschiedlichen Temperaturen verschiedene Dichten hat. Kalte Luft ist “schwerer” und verdrängt die warme “leichtere” Luft nach oben. So fuktioniert  jeder Schornstein. Je größer die Temperaturdifferenz der Luft, desto größer ist auch die Kraft, die die Luft bewegt. Das bedeutet, das der Schornsteinzug auch dann noch wirkt, wenn keine Flamme mehr brennt. Die  Kraft ist zwar kleiner, aber solange die Kesseltemperatur größer ist, als die Raumtemperatur, wird sie unaufhörlich Luft durch den Kessel befördern.

Gegen diese Kraft habe ich dann einen Widerstand eingebaut: eine motorische Abgasklappe! Diese verschließt mehr oder weniger dicht den kompletten Querschnitt des Abgasrohres, wenn der Brenner nicht in  Betrieb ist. Durch die elektrische Schaltung ist sichergestellt, daß der Brenner erst startet, wenn die Klappe vollkommen geöffnet ist.

Vor einiger Zeit habe ich einen Bericht der Stiftung Warentest gefunden. Demnach ist bei einstufigen athmosphärischen Gaskesseln durch den Einsatz von motorischen Abgasklappen eine Einsparung von bis zu 10 % möglich.

Hinweis: Bei zweistufigen oder gar modulierenden Brennern ist die erzielbare Einsparung natürlich deutlich geringer, da die Brenner eine längere Einschaltdauer haben, als einstufige.

Eine motorische Abgasklappe (dichtschließend) kostet ca 300 €.

Allerdings: Selbst die sogenannten “dichtschließenden” Klappen sind nicht 100%ig dicht. Außerdem bleibt ja die Kraft des Schornsteinzuges bestehen, die versucht, die Luft durch den Kessel zu ziehen.

 

Jetzt kommen wir zur zweiten pysikalischen Ursache für den Energieverlust durch den Schornstein: Das Venturi-Prinzip.

Für den Schornstein bedeutet es, daß bei Wind an der Schornsteinmündung ein Unterdruck entsteht, der dann Luft aus dem Schornstein saugt. Je stärker der Wind, desto stärker der Unterdruck. Dieser Unterdruck wird oft sogar so stark, daß bei einem Brenner im laufenden Betrieb die Flamme “ausgeblasen” wird und der Brenner in Störung geht. Dies sind die Störungen, für die der Störungsdienst dann am nächsten Tag  keinerlei Ursachen finden kann. Zumal es vorkommen kann, daß in der gleichen Wohngegend mit hunderten Brennern nur ein einziger davon in Störung geht.

Eigene Messungen haben ergeben, daß sich der “normale” Schornsteinzug leicht auf das 5- 10 fache erhöhen kann. Dabei gehe ich davon aus, daß mein Messgerät viel zu langsam ist, die wirklichen  Druckschwankungen zu erfassen.

Die Lösung zu diesem Problem ist der Einbau eines Kaminzugreglers (auch Zugpendelklappe genannt).

Das ist eine gewichtsbelastete Klappe, die bei überschreiten eines bestimmten, vorher eingestellten Schornsteinzug eine Öffnung in den (Keller-) Raum bildet, so daß der Schornsteinzug nicht mehr auf den Kessel wirkt und warme Luft verlorengeht, sondern die Luft aus dem Aufstellungsraum am Kessel vorbei in den Schornstein gezogen werden kann. Auch hier geht natürlich etws Energie verloren, jedoch deutlich weniger als ohne Klappe

Ein netter Nebeneffekt ist, daß aufgrund der stabileren Druckverhältnisse im Feuerraum die Verbrennung eine ziemlich konstante Qualität behält. Der Kessel verrußt dadurch nicht so schnell; er fällt auch seltener aus.

Der einzustellende Unterdruck für den Zugregler ist der in den Kesselunterlagen angegebene erforderliche Schornsteinzug.

Wie das im Schema aussieht:

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Auf dem mittleren Photo kann man erkennen, wie der Zugregler in Aktion aussieht. Auf dem rechten Bild sehen sie die Abgasklappe und den Abgastemperaturfühler.

Sicherlich werden sie auf dem Schema bemerken, das ich noch mehr gemacht habe:

Nachdem ich den zur Zeit erforderlichen Wärmebedarf (Kesselleistung) festgestellt hatte, konnte endlich die erforderliche Schornsteinsanierung durchgeführt werden.

Glücklicherweise war zwischen dem eingezogenen Edelstahlrohr (100 mm rund) und dem alten Schornsteinschacht (mindestens 130 x 130 mm) noch ein ausreichend bemessener Zwischenraum, so daß ich versuchsweise ein Luft-Abgassystem installiert habe.

Bei diesem Luft-Abgassystem wird die erforderliche Verbrennungsluft durch den Zwischenraum zwischen Schacht und Schornsteinrohr angesaugt. Hierbei wird die kalte Außenluft natürlich vom heißen Abgasstrom vorgewärmt. Das bedeutet einerseits, daß der Wirkungsgrad der Verbrennung weiter steigt. Andererseits wird die kalte Luft nicht mehr durch den Keller gezogen, wo sie dem Gebäude über den Fußboden (Kellerdecke) wiederum Wärme entzieht. Die Sache spart alo auf jeden Fall.

Vor einigen Wochen habe ich in einer Fachzeitung gelesen, das die Einsparung durch ein Luft-Abgas-System 8% bis 18 % betragen kann. Ich kann diese Angaben zwar noch nicht durch eigene Feststellungen belegen, jedoch scheint die Sache lohnend zu sein.

Ich habe hierzu ein handelsübliches Abfloßrohr (HT-Rohr) in den Schornsteinschacht eingebaut und bis zum Brenner geführt. Die Kosten hierfür lagen bei ca 15€.

Und so sieht das aus:

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Das sieht zwar nicht unbedingt schön aus, erfüllt jedoch seinen Zweck. Der Zuluftanschluß an der Brennerhaube besteht aus einem aufgeschnittenen T-Stück, das ich mit Gewindeschrauben und Muttern an der Haube festgeschraubt habe. Natürlich habe ich auch noch einige “Löcher” in der Haube schließen müssen, damit die Luft auch tatsächlich aus dem Schornsteinschacht angesaugt wird. Halt Fleissarbeit!

Beim ersten Testlauf habe ich zu meiner Freude feststellen dürfen, daß nun bei Außentemperaturen unter +5°C eine deutliche Kondensation des Abgases stattfindet. Nun habe ich quasi einen Brennwertkessel. Aus diesem Grund habe ich dann noch eine Kondensatableitung gebaut, die für eine evtl. erforderliche Neutralisation des Kondensates vorgerüstet ist.

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Auch hier habe ich auf vorhandenes zurückgegriffen: Der Auffangbehälter ist ein säurebeständiger Kunststoffeimer (Klebstoffeimer) in den ich einen Geruchsverschluß und einen Schlauchanschluß eingebaut habe.

Die einzigen Kosten, die entstanden sind, sind die für den Schlauch und den Abflußanschluß mit etwa 15 €.

Wie man auf der Vergrößerung des linken Bildes erkennen kann, beträgt der pH-Wert des Kondensates laut Messgerät 2,3. Zum Vergleich: Unser saurer Regen hat in Stolberg einen pH von 5,5 - 6,5.

Diese Tatsache muß natürlich bei der Auswahl des Schornsteinwerkstoffes berücksichtigt werden, da es ansonsten zu Korrosion (auch an niedrig legierten Edelstählen) kommt.

 

Noch ein Hinweis für Nachahmer:

Die von mir installierte Anlagentechnik: Abgasklappe/Zugregler/Luft-Abgassystem ist noch in der Versuchsphase.

Empfehlenswert auf jeden Fall: Abgasklappe / Zugregler             oder

                                               Abgasklappe/ Luft-Abgassystem

Anmerkung: Bis zum September 2003 habe ich noch keine nachteiligen Auswirkungen durch meine Installation feststellen können.

Möglicherweise ist Ihnen bei der Betrachtung des untenstehenden Schemas aufgefallen, das ich auch innerhalb des Feurraumes etwas geändert habe:

Ich habe die Rauchgase innerhalb des Kessels durch Einlegen von Schamotteplatten (Baumarkt, ca 20 €) umgelenkt. Dadurch verlängert sich einerseits der Weg der Gase durch den Kessel, was die Wärmeabgabe des Gase an das Wasser verbessert -- die Abgastemperatur sinkt erheblich, der Feuerungswirkungsgrad steigt! Andererseits erhöht sich der gasseitige Widerstand des Kessels derart, das mein alter Kessel nun beinahe einen gleich hohen Widerstand wie ein neuer Kessel hat.

Dies macht den Brenner etwas unempfindlicher gegen Windeinflüsse und erleichtert gleichzeitig eine stabile Brennereinstellung an der unteren Grenze des Leistungsbereiches. Erst durch diese Einbauten war es mir möglich, den Brenner auf ca 14,2 kW bei 16 % Luftüberschuß einzustellen.

Wie das aussieht:

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Glücklicherweise ist der Feuerraum meines Kessels so konstruiert, das auch die Wände mit “Rippen” zur besseren Wärmeübertragung ausgestattet sind. Ich musste die Schamotteplatten also nur auf die passende Feuerraumbreite zuschneiden und auf die Rippen auflegen. Andere Kesselkonstruktionen sind da meistens aufwändiger.

Achtung!! Nach solch einer Maßnahme muß auf jeden Fall der Brenner mittels eines Messgerätes neu eingestellt werden!

Und so sieht das Feuerchen jetzt aus!

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