Brennwerteffekt

Brennwerteffekt

Da der Brennwert (Hi) aber deutlich größer ist als der Heizwert (bei Erdgas ist Hi um 11 % größer als Hs, wird entsprechend mehr Wärme an das Heizungswasser übertragen, wenn die Kondensationswärme im Abgas ebenfalls genutzt wird. Um eine Vergleichbarkeit mit konventionellen Kesseln weithin zu ermöglichen, wird auch bei Brennwertkesseln der Wirkungsgrad auf den Heizwert (Hs) bezogen.

Dadurch kommt es zu einem Paradoxon: Bei der Brennwerttechnik werden aufgrund der Definition des Wirkungsgrades für energietechnische Anlagen Werte von über 100 % erreicht. Derzeit liegen die Wirkungsgrade von Gas-Brennwertkesseln mit 108% um etwa 16 % über den Wirkungsgraden von vergleichbaren Gasgefeuerten Niedertemperaturkesseln (ca. 92 %). Wie hoch die Nutzungsgrade im Einzelfall tatsächlich sind, hängt auch wesentlich von den Systemtemperaturen der Heizungsanlage ab. Grundsätzlich gilt, dass bei niedrigen Systemtemperaturen der Nutzungsgrad des Brennwertskessels steigt.

Normnutzungsgrad von Brennwertkesseln bei verschiedenen Systemtemperaturen

Aufgrund des ungünstigeren Hi/Hs -Verhältnisses ist mit ÖI-Brennwertkesseln eine geringere Wirkungsgradverbesserung möglich. Gleichzeitig führt der höhere Schwefelgehalt dieses Energieträgers zu Problemen bei der Kondensatableitung, so dass dieser Kesseltyp derzeit nicht sehr stark verbreitet ist.

Das nachfolgende Berechnungsbeispiel für ein Objekt mit einem Jahres-Heizenergiebedarf von 17.000 kWh zeigt, in welchem Umfang sich die CO2-Emissionen beim Einsatz eines Gas-Brennwertgerätes (η = 108 %) im Vergleich zu einem Gasgefeuerten Niedertemperaturkessel (η = 92 %) verringern. Für Erdgas kann im Allgemeinen angesetzt werden, dass bei der Verbrennung von 1.000 kWh Erdgas etwa 0,2 t CO2 freigesetzt werden. Durch den Einsatz von Brennwerttechnik wird in diesem Objekt jährlich 500 kg CO2 eingespart.

Beispiel für die Berechnung der CO2-Emissionen

Durch die Nutzung der im Wasserdampf enthaltenen Energie fällt bei Brennwertkesseln Kondenswasser an, das chemisch leicht sauer ist. In der Praxis liegt der pH-Wert bei Gas-Brennwertkesseln zwischen 3,5 und 5,5, bei Öl-Brennwertkesseln ist er etwas niedriger.

Bei einer vollständigen Brennwertnutzung kann bei Gaskesseln die theoretisch maximal anfallende Kondenswassermenge nach folgender Formel berechnet werden:

Die maximale Kondenswassermenge VK ergibt sich aus Jahresgasverbrauch mal Brennwert mal spezifische Kondenswassermenge.

Nach dieser Gleichung ergibt sich z.B. für ein Einfamilienhaus mit einem typischen Gasverbrauch (für Erdgas H: Hi = 11,46 kWh/m3) von 1.700 m3/a eine maximal Kondenswassermenge VK von 2.337 l/a.

Die Menge des bei der Verbrennung von Erdgas, Flüssiggas oder Heizöl anfallenden Kondenswassers hängt im wesentlichen von den Einflussfaktoren Rücklauftemperatur und Luftüberschuss sowie von der Abgastemperatur und der Belastung des Gas-Brennwertkessels ab. Die theoretisch mögliche (stöchiometrisch entstehende) Wassermenge beträgt bei Erdgas E/LL 0,16 kg/kWh (Propan: 0,13 kg/kWh; Butan: 0,12 kg/kWh; Heizöl: 0,09 kg/kWh).

Das ATV-Arbeitsblatt A 251 („Kondensate aus Brennwertkesseln“) der Abwassertechnischen Vereinigung weist eine spezifische Kondenswassermenge mk für

aus. Diese Werte geben die maximal erreichbare Kondenswassermenge im realen Betrieb an, welche sowohl im Brennwertkessel als auch in der Abgasanlage kondensieren kann.

In der Praxis ergeben sich aufgrund unterschiedlicher Betriebsbedingungen Kondenswassermengen, die durchschnittlich bei ca. 50 - 60% dieser maximalen Mengen liegen. Der tatsächliche Kondenswasseranfall würde für das o.g. Beispiel also ca. 1.285 l/a betragen. Das während des Heizbetriebs sowohl im Brennwertkessel als auch in der Abgasleitung anfallende Kondenswasser muss abgeleitet werden. Für die Einleitung dieser Kondensate gilt als Richtlinie das ATV-Arbeitsblatt A 251 vom November 1998.

Im ATV-Arbeitsblatt ist festgehalten, dass unter Berücksichtigung des Schutzes der öffentlichen Abwasseranlagen auf eine Neutralisation des Kondenswassers aus Gas-Brennwertkesseln verzichtet werden kann, wenn der Abfluss einer entsprechend großen häuslichen Abwassermenge über denselben Übergabepunkt zur öffentlichen Kanalisation erfolgt. Als Richtgröße gilt hier, dass im jährlichen Mittel mindestens das 25-fache des Volumens der zu erwartenden Kondenswassermenge als häusliches Abwasser eingeleitet werden muss. Unter dieser Bedingung kann durch die Vermischung des Kondenswassers mit dem häuslichen Abwasser von einer ausreichenden Neutralisation ausgegangen werden.

Neutralisationspflicht

Im ATV-Arbeitblatt A 251 finden sich Beispiele zur Ermittlung der ausreichenden Vermischung des Kondenswassers mit häuslichem Abwasser. In der Tabelle ist in Abhängigkeit der Belastung des Brennwertkessels die Mindestanzahl der Wohnungen aufgeführt, deren Abwasser an derselben Einleitstelle wie das Kondenswasser aus der Brennwertanlage in das Kanalnetz eingeleitet werden muss. Die Tabelle ist so aufgebaut, dass sich in Abhängigkeit der Kesselbelastung bei 2.000 Betriebsstunden pro Jahr und einer Heizkreisauslegung von 75/60 °C und bei einer spezifischen Kondenswassermenge von 0,14 kg/kWh die angegebene jährliche Kondenswassermenge ergibt. Bei einem Drei-Personen-Haushalt pro Wohnung und einem täglichen Wasserbedarf von 145 Liter/Person ergibt sich damit die Anzahl der Wohnungen, durch die annähernd das 25-fache Vermischungsverhältnis eingestellt wird.

Anzahl der Wohnungen an derselben Einleitstelle für das Kondenswasser, bei der die Neutralisationspflicht nach ATV A 251 entfällt

Für die Einleitung des Kondenswassers aus Brennwertkesseln und deren Abgasanlage in die häuslichen Abwassersysteme ist weiterhin Bedingung, dass diese aus beständigen Werkstoffen bestehen. Die zulässigen Abwasserrohre für das in Brennwertkesseln gebildete Kondenswasser sind in der DIN 1986 Teil 4 beschrieben.

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