Wärmeerzeuger-Dimensionierung

Grobdimensionierung von Wärmeerzeugern

Bis in die 90er Jahre wurde bei der Auslegungsplanung für Wärmeerzeuger (und Heizungssysteme) eine z.T; deutliche Überdimensionierung akzeptiert bzw. diese sogar bewusst angestrebt. Es war üblich, dem „auf der sicheren Seite“ berechneten oder geschätzten Wert für den Wärmebedarf um 10 % zu erhöhen, um Leitungsverluste zu berücksichtigen, die Leistungen anderer Verbraucher ohne Berücksichtigung von „Gleichzeitigkeitsfaktoren“ hinzu zu addieren und dann den nächst größeren Kesseltyp zu wählen.

Aufgrund dieses Vorgehens sind im Bestand häufig noch Kessel zu finden, die um das 1,5- bis 3-fache über der tatsächlich erforderlichen Leistung dimensioniert sind. Dies hat zur Folge, dass auch an kältesten Wintertagen die Brenner bei diesen Objekten weniger als 10 Stunden laufen. Die daraus resultierende hohe Taktfrequenz der Brenner hat unnötig lange Bereitschaftszeiten und damit zu schlechte Jahresnutzungsgrade und hohe Schadstoffemissionen zur Folge.

Heute ist eine genauere Dimensionierung von Heizkessel nach DIN 4701 die Regel. Aus Kostengründen wird dabei angestrebt, möglichst kleine Kessel für die Wärmeerzeugung auszuwählen. Brennerlaufzeiten von über 20 Stunden an sehr kalten Wintertagen werden im Allgemeinen als Indiz für eine optimierte Kesselauslegung angesehen. Bei der Auslegung von Ölfeuerungen sollte man allerdings derzeit nur in Ausnahmefällen Kessel im Leistungsbereich unter 18 kW wählen, da bei kleineren Kesseln die Brennerdüsen als relativ störanfällig angesehen werden. Ein Mehrverbrauch von bis zu 5 I Heizöl pro Jahr durch eine geringfügige Überdimensionierung des Kessels wird bei Niedertemperatursystemen als vertretbar eingeschätzt, wenn dadurch zwischen den üblichen Wartungsintervallen ein störungsfreier Betrieb zu erwarten ist.

Wärmeerzeuger müssen grundsätzlich so ausgelegt sein, dass sie die maximale Leistung erbringen können, die gleichzeitig von den angeschlossenen Verbrauchern abgefordert wird.

Dies setzt für eine optimierte Auslegungsplanung voraus, dass im Einzelfall die tatsächlichen Leistungsanforderungen aller angeschlossenen Verbraucher über den Tagesverlauf ermittelt werden müssen.

Die maßgebliche Größe für die Bestimmung der Kesselleistung ist der Norm-Gebäudewärmebedarf, der nach der DIN 4701 berechnet wird. Die Dauerleistung eines Brauchwassererwärmers ist für die Kesselauslegung nur dann zu berücksichtigen, wenn sie größer als QN,Geb ist. Die DIN 4708 - Teil 3 („Zentrale Warmwassererwärmungsanlagen - Regeln zur Leistungsprüfung von Warmwassererwärmern für Wohngebäude“, 1994) sieht zwar vor, dass für die Brauchwassererwärmung ein Zuschlag von 15 % auf die Kesselleistung erfolgen sollte. Es ist aber in der Regel wirtschaftlicher (und nach der o.g. DIN-Vorschrift ebenfalls zulässig), diesen Zuschlag zu vermeiden oder zumindest sehr gering zu halten und dem entsprechend eine kleinere Kesselleistung zu wählen. Voraussetzung dafür ist es, einen etwas größeren Warmwasserspeicher zu wählen und diesen zeitgesteuert während Perioden mit einem geringen Wärmebedarf (z.B. nachts, Mittagszeit) aufzuheizen.

Für die Erzeugung einer ausreichenden Innenraumtemperatur ist es bei Außentemperaturen von -10 °C wesentlich wichtiger, eine vorgegebene Nachtabsenkung zu korrigieren als die Kesselleistung um einen Brauchwasserzuschlag zu vergrößern.

Berechnungsbeispiel für die Bestimmung der Kesselleistung

Ein Geschäftshaus hat einen Norm-Gebäudewärmebedarf nach DIN 4701 QN,Geb von 28 kW. Die Dauerleistung des Brauchwassererwärmers liegt bei maximal 24 kW. Für eine raumlufttechnische Anlage kommen zum Aufheizen der Außenluft maximal weitere 20 kW hinzu. Der be- und entlüftete Raum kann aber mit Umluft aufgeheizt werden und geht erst etwa zwei Stunden nach Aufhebung der Nachtabsenkung auf Normalbetrieb mit Außenluftwechsel über. In der Tabelle wird die maximal auftretende Heizleistung berechnet.

Berechnung der maximal auftretenden Heizleistung

Bei einer zweckentsprechenden Steuer- und Regeltechnik sowie einer ausreichenden Dimensionierung des Warmwasserspeichers ist in diesem Fall eine Kesselleistung von 44 kW voll ausreichend. Weil in den Räumen genügend Fremdwärme (durch Personen, elektrische Geräte etc.) anfällt und im Regelfall nicht alle Räume voll beheizt werden, gibt es eine genügende Sicherheitsspanne für die Kesseldimensionierung. In besonderen Fällen kann dadurch sogar noch ein weitergehender Abschlag auf die Kesselleistung von mehr als 50 % resultieren. Bei der herkömmlichen (an einer maximalen Versorgungssicherheit orientierten) Ermittlung der notwendigen Kesselleistung würde im vorliegenden Fall eine Leistung von 80 kW als notwendig erachtet werden.

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