Was bedeuten Brennwert und Heizwert?

Wir finden in Produktbeschreibungen und Werbebroschüren der Heizkesselhersteller Geräte mit Wirkungsgradangaben von über 100%. Dieser technisch unsinnige Wirkungsgrad beruht auf der althergebrachten Bezugsgröße des (unteren) Heizwertes des Energieträgers für die Ermittlung des Wirkungsgrades eines Heizkessels. Im Gegensatz zu anderen Ländern wird eine Änderung in Deutschland abgelehnt.
 
Auf jeder Lebensmittelpackung muss der Brennwert angegeben werden,
nur die deutsche Heizungsbranche beharrt darauf, mit dem Heizwert zu rechnen - warum wohl?

Inhalt

  1. Brennwert, Heizwert und Kondensationswärme
  2. Gleiche Energieausnutzung bei Öl und Gas
  3. Die richtige Wahl der Bezugsgröße spart Energie
  4. 4 Möglichkeiten, den Brennwert zu nutzen
  5. Den eigenen Anlagen-Jahresnutzungsgrad selbst genau messen
  6. Fazit
Sparen beim Heizen
In vielen Anlagen möglich, aber nicht genutzt:
Der Brennwert...

 

Brennwert, Heizwert und Kondensationswärme

Der Heizwert (Hi)
ist die Energie, die bei einer vollständigen Verbrennung abgegeben wird, wenn Rauch- oder Abgas bei konstantem Druck bis auf die Bezugstemperatur zurückgekühlt werden. Der aus der Verbrennung entstandene Wasserdampf bleibt aber hierbei gasförmig.
Früher wurde dieser Wert als "unterer Heizwert Hu" bezeichnet.
      Der Heizwert eines Brennstoffes war in früheren Zeiten deshalb wichtig, da es zwingend notwendig war, den Wasserdampf im Abgas durch hohe Abgastemperaturen gasförmig zu belassen, um eine mögliche Korrosion des Heizkessels oder ein Versotten des Schornsteines zu verhindern.

Der Brennwert (Hs)
ist die Energie, die bei einer vollständigen Verbrennung abgegeben wird, wenn das Abgas bei konstantem Druck bis auf die Bezugstemperatur zurückgekühlt wird. Der Brennwert beinhaltet also zusätzlich die durch Kondensation des entstandenen Wasserdampfes freiwerdende Energie, die Kondensationswärme.
Früher wurde dieser Wert als "oberer Heizwert Ho" bezeichnet.
Andersrum ist es einfacher zu verstehen
Wird ein mit Wasser gefüllter Kessel auf dem Herd erwärmt und so lange Energie zugeführt, bis das Wasser eine Temperatur von 100ºC erreicht, ist dies eine reine Temperaturerhöhung. Stellt man dann den Brenner nicht aus und führt dem Wasser weiterhin Energie zu, so bleibt die Temperatur konstant bei 100ºC und das Wasser beginnt zu sieden und verdampft. Die weiterhin zugeführte Energie wird in Wasserdampf umgesetzt.
      Wenn dieser Wasserdampf dann wieder kondensiert, gibt er die zuvor zugeführte Energie/Wärme wieder ab. Das ist der Brennwerteffekt.
 
Wir nutzen die Kondensationswärme
Den Energienhalt im Wasserdampf der Abgase kann man heute mit der Brennwerttechnik nutzbar machen. Korrosionsbeständige Werkstoffe in den Heizkesseln und feuchteunempfindliche Schornsteine ermöglichen dies jetzt langfristig ohne Schäden. Bei Gasgeräten etabliert sich diese Technik als Standard.
      Die Größe des Brennwerteffektes ist von der bei der Verbrennung entstehenden Menge Wasserdampf abhängig. Die Menge an Wasserdampf entspricht dem Wasserstoffgehalt des jeweiligen Energieträgers.
      Bezogen auf den (alten) Heizwert ergeben sich dann für die Brennwertnutzung bei Heizöl EL und Erdgas folgende maximalen Wirkungsgrade. Das ist physikalisch durch den unterschiedlichen Wasserstoffgehalt von Heizöl EL und Erdgas bedingt.
 
Wirkungsgrad-Verhältnisse umrechnen Heizöl EL Erdgas Flüssiggas
Brennwert 10,57
kWh/Liter
9,77-11,48
kWh/m³
13,98
kWh/kg
eta bez. auf Heizwert (Hi)(alt) 105% 110% 109%
Wirkungsgrad-Multiplikator Heizwert- auf Brennwert-Bezug 0,953 0,9 0,917
eta bez. auf Brennwert (Hs)(real) 100% 100% 100%
Unser Kommentar: Wie man sieht, eignet sich Erdgas für die (Hi)eta-Werbung am besten!
Zitat Dr. rer nat. Gerhard Luther:
'Die Erdgaslieferanten rechnen ja nicht aus höherer Einsicht mit Ho, sondern schlicht deswegen, weil dann ihre kWh-Preise niedriger erscheinen.'
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Gleiche Energieausnutzung bei Öl und Gas

Dieses Bild verdeutlicht an einem praxisnahen Beispiel für einen Niedertemperatur- und einen Brennwertkessel die Fehlinterpretation dieser Wirkungsgradangabe, wenn sie auf den Heizwert Hi bezogen wird:
 
Mit den richtigen Beziehungen landen wir bei 100%
Energieausnutzung bei verschiedenen Bezugsgrößen: [Quelle: IWO]
Der Niedertemperaturkessel nutzt den Brenwert nicht, ist aber mit Öl gefeuert 3 Punkte besser als Gas.

Bezugsgröße Heizwert Hi

Der linke Teil des Bildes mit der Bezugsgröße Heizwert kommt nur für den Niedertemperaturkessel bei beiden Energieträgern zu identischen Wirkungsgradangaben: Bei einem Niedertemperaturkessel ergibt sich der Gesamtverlust durch den Abgasverlust von 7% und den entgangenen Brennwertnutzen von 6% bei Heizöl EL zu 13%. Analog setzt er sich beim Erdgas aus 7% und 11% zu 18% Gesamtverlust zusammen.
 
Hier zeigt sich drastisch, daß der Energieverlust für einen mit Erdgas befeuerten Niedertemperaturkessel deutlich höher ist als bei Heizöl EL.
Hier werden also 18% der (Gas-) Brennstoffkosten nicht genutzt, im herkömmlichen Sinne wird aber der Abgas-, bzw. Energieverlust nur mit 7% angegeben.

Bezugsgröße Brennwert Hs

Der rechte Teil des Bildes nutzt die Bezugsgröße Brennwert (eta max = 100%). Logischerweise ergeben sich nun für beide Kessel gleiche Wirkungsgrade (auf dem Prüfstand) unabhängig vom Brennstoff.
 
Die Verluste reduzieren sich auf den nicht nutzbaren Anteil des Brennwerteffektes und machen die Energieeffizienz des Kessels anschaulich. Bei den Wirkungsgradangaben für den Niedertemperaturkessel werden die tatsächlichen Energieverluste aufgezeigt, die durch den Einsatz eines Niedertemperaturkessels hingenommen werden müssen.

Nur durch diese den Tatsachen entsprechende Kennzeichnung sähe der Verbraucher die wirklichen Energieverluste.
 
Fazit:
Bei Brennwertbezug kann man in beiden Fällen etwa gleich hohe Wirkungsgrade erreichen. Aber es lässt sich trotzdem nicht ändern, dass im Öl weniger H und mehr C drin ist. Daher ist der Mehrnutzen durch den Öl-Brennwerteffekt nur 6%! [K. Jagnow]

 

Konsequenzen

bei der Wahl der Bezugsgröße 'Heizwert' oder 'Brennwert' für die Ermittlung der Wirkungsgrade von Heizkesseln
Dass heutige Heizsysteme mit Wirkungsgraden von 90% bis über 100% angeboten werden, liegt an der neuen Kesselentwicklung und ist der alten Bezugsgröße "Heizwert" zuzuschreiben. Heute werden Geräte mit Wirkungsgradangaben von über 100% angepriesen. Natürlich sollte sich jeder 'Sachkundige' über die Unsinnigkeit einer solchen Aussage im Klaren sein. (?)
      Je höher aber eine Wirkungsgradangabe ausfällt, um so wirksamer kann ein solches Gerät beworben werden. Da für Erdgasgeräte theoretisch ein Wirkungsgrad von 111% und bei Heizöl EL von 106% möglich ist, scheinen Erdgasgeräte so immer effizienter zu sein als vergleichbare Ölkessel.

Irreführende Kennzeichnungen
Wenn die alte Bezugsgröße Heizwert bei dem Energieeffizienzzeichen entsprechend der Verordnung zur Umsetzung der Heizkesselwirkungsgradrichtlinie für Brennwertgeräte beibehalten wird, kann es geschehen, daß ein Brennwertgerät, das sowohl für den Einsatz von Heizöl EL und Erdgas geeignet ist, mit zwei verschiedenen Wirkungsgradangaben für die jeweiligen Energieträger gekennzeichnet werden müßte! Das, obwohl der Wirkungsgrad des Kessels nicht vom Brennstoff bestimmt wird und physikalisch für beide Energieträger gleich hoch ist.
 
Siehe Bundesgesetzblatt Jahrgang 1998 Teil i Nr.24, ausgegeben zu Bonn am 30. April 1998.
§ 6 Energieeffizienzzeichen und Anhang 2 Zuerkennung der Energieeftizienzzeichen.
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Die richtige Wahl der Bezugsgröße spart Energie

Neben diesem systemimmaneten Nachteil des Heizöls gegenüber Erdgas entstehen auch praktische Probleme in der Anwendung, die wirtschaftliche Konsequenzen für den einzelnen Energieträger haben.
      Im Hinblick auf die geplante Energieeinsparverordnung 2000 (ESVO 2000) mit der entsprechend überarbeiteten Norm DIN 4701-10 "Energetische Bewertung heiz- und raumlufttechnischer Anlagen" führt ein Beibehalten der Bezugsgröße "Heizwert" daher auch zu unterschiedlichen Anforderungen an die Wärmedämmung des Gebäudes. Und das unabhängig davon, ob energetisch gleich effiziente Öl- oder Gasbrennwertkessel eingesetzt werden.
      Bei der heutigen Konzeption der ESVO werden beim Einsatz der Gas- Niedertemperaturtechnik im Vergleich zur ÖL-NT-Technik um ca. 5% höhere Verluste akzeptiert, ohne daß eine entsprechende Kompensation über eine verbesserte Dämmung vorgesehen ist.
      Daher muß die Bezugsgröße zur energetischen Beurteilung in Zukunft der Brennwert sein. Hier können auch beispielhaft die Niederlande angeführt werden, deren nationalen Normen (Energie Prestatie Norm NEN 5128) sich schon auf den Brennwert beziehen. (2004: Die neuen Energiebilanznormen zur Europäischen Gebäuderichtlinie kennen kein Hi mehr und sind schon angepasst.)
 
Dank an das IWO und das TWW Wolfenbüttel.
Diesen Artikel hat uns das Institut für wirtschaftliche Ölheizung ( IWO) zur Verfügung gestellt. Wir haben es (mit deren Genehmigung vom 15.12.99) übernommen und mit Ergänzungen des Delta-Q vom TWW hier aufbereitet.

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4 Möglichkeiten, den Brennwert zu nutzen...

Brennwertnutzen mit Öl
Q=Heizarbeit, WT=Wärmetauscher [Quelle: Viessmann].
Klicken auf die Viertel bringt Sie zu den dazu passenden Hintergundinfos.

... und sehen Sie, was die Industrie für Sie draus gemacht hat :-(

Nutzungsgradverlauf Kesseltypen
Nutzungsgrade der am häufigsten eingesetzte Wärmeerzeuger bezogen auf den Brennwert (Ho)
[Quelle: TWW, Studie 1999-2003: Betriebsverhalten von Heizungsanlagen mit Gas-Brennwertkesseln]

 

Für die in den Norm-Nutzungsgrad verliebten Hersteller ist das eine niederschmetternde 84seitige Praxis-Studie, die die FH Wolfenbüttel in 2jähriger Arbeit mit 70 Anlagen zusammengetragen hat.

Zitat:
'Die Projektergebnisse bestätigen deutlich, dass die häufig angegebenen Normnutzungsgrade von Brennwertkesselanlagen um 109% Hi (98% Hs) im Praxisbetrieb unter den in klassischen Heizungsanlagen vorliegenden Randbedingungen nicht zu erreichen sind. Der gemessene Mittelwert des Jahres-Nutzungsgrades liegt (Seite 69) bei 95,5% Hi = 86% Hs mit einer mittleren Anlagenauslastung von 9 %. Die deutlichsten Einflüsse auf die Effizienz von Kesseln haben die Art der hydraulischen Einbindung (mit oder ohne Überströmventil) und der Aufstellort des Wärmeerzeugers im beheizten oder unbeheizten Bereich.'
...
'Aus der vorliegenden Untersuchung geht hervor, dass es nicht ausreicht, den Wärmeerzeuger oder andere Komponenten der Heizungsanlage einzeln zu betrachten und zu bewerten. Nur die Optimierung der Gesamtanlage im Zusammenspiel mit Gebäudedämmstandard und Nutzerprofil kann zu einer besseren Energieausnutzung und einwandfreien Funktion der Heizungsanlage führen. Dabei liegen die größten Einsparpotentiale im Bestand.'
...
'Nach Meinung der Autoren lässt sich nur durch einen ganzheitlichen Ansatz ein energiesparender Betrieb von Anlagen zur Raumheizung und Trinkwarmwasserbereitung realisieren.'
Die Studie ist seit dem 15.6.2004 im Web. (Linkerlaubnis vom 17.6.04)
 

Mehr Hintergrundinfos

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Den eigenen Anlagen-Jahresnutzungsgrad selbst genau messen

Die Kondensatmethode erlaubt uns, relativ genau zu bestimmen, wie gut die eigene Anlage den teueren Brennstoff in nutzbare Wärme umsetzt. Das Messverfahren über die Kondensatmenge ist eine integrierende Messmethode und vermeidet Fehler durch Überbewerung von Momentanwerten und Differenzbildungen aus 10fach größeren Zahlen. (Typisch für die Schornsteinfegermessung). Integrierend heißt: je länger man misst, desto kleiner wird der Messfehler.
      Kondensat entsteht aber bekanntlich nur, wenn wir dem Kessel genügend kaltes Rücklaufwasser anbieten. Das muss je nach Pumpeneinstellung, Hydraulik, Kessel und Anlagenauslegung nicht immer ein optimales Zusammenspiel sein. Die meisten Anlagen setzen den Brennstoff im Laufe eines Jahres nur zu 45...75% in nutzbare Wärme um. Nicht der Kessel muss warm sein, sondern die Wohnung.

Gas-Brennwert

Das Kondenswasser einer Feuerungsanlage fällt über die gesamte Heizperiode kontinuierlich, allerdings in geringem Strom an. Ein Zahlenbeispiel mag dies verdeutlichen : Bei Erdgas H ergibt sich stöchiometrisch etwa 1,6 l Kondenswasser pro m³ Erdgas. Beschränkt man seinen technischen Ehrgeiz auf eine Abgastemperatur oberhalb der Raumtemperatur so muss mit einem maximalem Kondenswasser Anteil von etwa wmax = 0,85 gerechnet werden, wobei dieser Wert noch ein wenig vom CO2-Gehalt des Abgases abhängt.
In der Praxis kann dann mit maximal etwa 1,4L Wasser pro m³ Erdgas gerechnet werden.
[Dr.rer. nat. Luther: AGW5_NAV-Bestimmung_Exzerpt.doc]

Im Diagramm finden wir diese Obergrenze von 1,4L/m³ (140g/kWh) schon nicht mehr:
Wirkungsgrad-Kondensat-Methode Zum Messen muss man nur das Kondensatwasser aus Kessel und/oder Kamin auffangen und messen oder wiegen.
Leicht gesagt, leicht getan:
  1. Kondensatschlauch oder den Siphonablauf in einen Auffangbehälter führen.
  2. Täglich das Kondensat messen oder (genauer:) wiegen und in eine Liste eintragen.
  3. Zeitgleich dazu die Gaszählerstände notieren und die verbrauchten kWh zur Kondensatmenge in Beziehung setzen.
Faktoren:
1m³ Gas Gruppe H = 11,5 kWh (Brennwert)
Erdgas-Brennwert (Hs) = Heizwert (Hi) / 0,9
Update 24.1.2017, Dienstag
Heute erfahren wir etwas über die Entstehung dieser hilfreichen Grafik von Hans-Georg Baunach:
'Diese Abbildung enstammte ursprünglich einer als Schwarz-Weiß-Druck vorliegenden Broschüre "Gas-Brennwertgeräte" der ruhrgas AG. Um diese nutzen zu dürfen erhielt ich auf mein Schreiben vom 05.02.2001 die Genehmigung zur Verwendung unter der Auflage die Quelle "ruhrgas" anzugeben. Ich beauftragte daraufhin unseren seinerzeitigen Grafiker diese Grafik zu digitalisieren, wobei ich die beiden Kurven samt der zugehörigen Werteachsen in rot (Wirkungsgrad) und blau (Kondenswassermenge) einfärben und das seinerzeitige Logo der ruhrgas AG in Farbe als Quellenangabe hinzufügen ließ.'
Dass diese Grafik nicht in Vergessenheit geraten ist, verdanken wir also allein Herrn Baunach, Erfinder und Hersteller des Rendemix zur Rücklaufnutzung.
baunach

Öl-Brennwert

In dem Forschungsbericht 206 der DGMK aus 2002 findet man: 'Aus Öl ist theoretisch 1L Kondensat pro 1L Heizöl herauszuholen, also etwa 100g/kWh. Technisch und praktisch machbar ist aber nur eine Kondensationsrate von 50...70%.' Man kann mit 0,5L/Liter Öl, also 50g/kWh rechnen.
      Für Öl und sein Brennwertkondensat gibt es noch kein so praxisnahes Diagramm wie für Gas. Da aber ab dem Bereich des Kondensbeginns bei Öl von 91%Hs (82%Hi) bis 100% die Wirkungsgradkurven von Gas und Öl fast identisch sind, kann man zur Ermittlung der Öl-Wirkungsgrade ausreichend genau ins Gas-Diagramm gehen (blaue Kurve).
 
Der Gaslieferant verkauft immer einen Brennwert!
In der eon/ruhrgas-Brennwertgrafik nur die geschönten Heizwert-Wirkungsgrade (Hi) angegeben, mit denen auch deutsche Hersteller ihre Geräte anpreisen. Warum wohl? (Reines Gas-Marketinggeblubber). Der Vergleich mit den Preisangaben der Billigflieger drängt sich auf. Um echte internationale Brennwert-Wirkungsgrade (Hs) zu bekommen, multiplizieren Sie bei Gas die rote Skala mit 0,9. Ein echter Wirkungsgrad bewegt sich immer zwischen Null und EINS!
Ob Sie aus dem gelieferten Brennwert Wärme machen, ist alleine Ihre Sache! Da hilft Ihnen kein Heizungsbauer und kein Schornsteinfeger. Mehr dazu...
 

Auswertung

Bei der Erfassung der Daten und deren Auswertung hilft ein Tabellenkalkulationsprogramm.
Die Tabelle einhält 3 Spalten Handeintragung mit Datum, Wassermenge und Zählerstand, daraus 2 Rechenspalten mit der aktuellen Summe der Wassermenge, die Gasmenge aus der Differenz der Zählerstände mit gleichzeitiger Umrechnung in kWh.
Bei der Auswertung setzt man die erhaltene Kondensatmenge sinnvollerweise in Beziehung zur praktisch möglichen.
  • Gas-Beispiel:
    90 Liter Kondensat bei 1000kWh ergibt 90 g/kWh, also 90(g)/160(g/L) = 56% maximale theoretische Kondensationsrate oder 64% praktisch erreichbare Kondensationsrate. (90/140)
    Von den 90g Kondensat rechts liest man den (Hersteller-)Anlagen-Wirkungsgrad mit 105%Hi links ab. Es ergeben sich reell für den Physiker 94,5%Hs. Die in diesem Zeitraum rechnrisch erreichte mittlere Rücklauftemperatur ist 35°C gewesen.
  • Öl-Beispiel:
    1280g Kondensat bei 8,30 Liter Ölverbrauch ergibt 154,2 g/L, also 15,4% theoretischen Kondensationsrate oder 31% praktisch erreichbare Kondensationsrate. Den errechneten Öl-Anlagen-Wirkungsgrad von ca. 86%Hs kann man im Diagramm nicht ablesen.
Sinnvolle Auswerte-Zeiträume sind 1 Jahr, eine Heizperiode oder ein Sommer, in dem nur Warmwasser ohne Heizung gemacht wurde.
 

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Fazit

  1. Energetisch ist Heizöl dem Erdgas ebenbürtig, wenn man korrekte Bezugsgrößen benutzt.
  2. Das Kondensat von Gas kann bis 200kW Nennleistung ohne Neutralisierung in die Kanalisation geleitet werden, weil es nicht so sauer wie das von Öl ist. Das Neutralisationsgerät muss bei den Wartungskosten berücksichtigt werden. Kondensate aus Öl-LAS müssen nicht neutralisiert werden. (ATV-A 251)
  3. Wegen örtlicher Gegebenheiten ist Öl oder Holz oft die einzige wirtschaftliche Alternative. Flüssiggas ist oft wegen der hohen Preise keine Alternative.
  4. Beim Bezahlen kann Gas ab und zu günstiger sein, weil man keine Vorfinanzierung beim Einkauf und keine (risikobehaftete) Lagerhaltung betreiben muss - allerdings: das nutzen die Monopol-Lieferanten voll aus und bieten Gas lokal bis zu 50% teurer an!
    Für Öltanks gibt es Haftpflichtversicherungen wie die VHV oder die Condor, die oberirdische Heizöltanks günstig mitversichern.
  5. Bei der Wartung ist Öl immer teurer, denn die Ölwartung kostet ca. das 3fache pro Jahr.
  6. Bei der Öl-Wartung sind die Möglichkeiten zum Einstellen des optimalen Wirkungsgrades größer.
  7. Die Kondensatmethode erlaubt uns, die echten Anlagen-Jahresnutzungsgrade zu messen. Das kann kein Kesselhersteller und kein Schornsteinfeger. Das können nur Sie selber. Wenn Sie mit dem Nutzungsgrad nicht zufrieden sind, melden Sie sich bei uns.

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email © System Integration Beitzke
Seite erstellt am 19.12.1999, letzte Änderung 09:28 24.1.2017, Dienstag
Danke an alle Helfer: | Baunach | IWO | Dr.rer. nat. G. Luther | Dr. Dieter Wolff und Kati Jagnow |