Was bedeuten die technischen Begriffe?


Statistik
in Heizung / Klima / Datenerfassung


  1. Statistik und Nutzung
  2. Überlegungen zum Erfassen von Temperaturen
  3. Was ist eine Kilowattstunde?

Andere
 



 

 
Statistik ist wie ein Bikini:
'Was er enthüllt, ist vielversprechend,
was er verbirgt, ist entscheidend'
(Lothar Sachs)
 
Buchtipp

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1. Statistik und Nutzung

Außentemperatur
Einheit: ºC
Für die Meteorologen die Lufttemperatur, die in ca. 2m über dem Boden mit einem temperaturabhängigen Widerstand (meist PT 100, PT 1000) gemessen wird.
      (Vielerorts wurden früher die Außentemperaturen bei Wetterämtern 3* am Tag gemessen und der Abendwert ging 2* in den Mittelwert ein. - Die Abweichung vom reellen Mittelwert soll relativ gering gewesen sein :-)
      Für die Heizungsregelung sollte der Fühler die äußere Wandtemperatur und nicht die Lufttemperatur messen; das bewirkt schon eine leichte zeitliche Dämpfung.
Mehr zu zur Genauigkeit der Erfassung.

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Auslastung/Belastung
Einheit: %
Verhältnis der genutzten Laufzeitstunden zu den möglich nutzbaren Laufzeitstunden = Anteil der Nutzung an der zur Verfügung stehenden Gesamtzeit oder dem Zyklus/Intervall. Zyklus kann sein: 1 Stunde, 1 Tag, 1 Jahr, 1 Heizperiode.
  • 100% Auslastung heißt: Zeit in dem ganzen Zylus wird genutzt.
  •  30% Kessel-Auslastung heißt (summiert für eine Stunde): 18 Minuten Brennerlaufzeit + 42 Minuten Brennerstillstand.
Sinnvoll ist unserer Ansicht nach nur die momentane Berechnung der Auslastung zur passenden Bestimmung der Brennerleistung. Über längere Intervalle als einen Tag wird die Berechnung der Auslastung sinnlos, weil dann zeitliche Freigaben bestimmend wirken.
      Das bei Technikern auch benutzte Wort Belastung meint die (zeitliche) Belastung des Kessels durch den Nutzer oder den Wärmeabnehmer. Wir halten es für sinnvoller, von der 'Auslastung' einer Anlage zu sprechen und der feuerungstechnischen 'Belastung' von Kesselheizflächen durch die Flamme eines Brenners.
Auslastungstufen nach DIN 4702-T8
Genormte Auslastungstufen nach DIN 4702-T8
[Quelle: Viessmann]
Die Jahresauslastung
Die rote Linie ist der Heizteil der geordneten Jahresganglinie der Tagesmittelwerte der Außentemperatur. In Abhängigkeit der Außentemperatur hat man die gesamte Jahresarbeit des Kessels (Arbeit=Leistung * Zeit) in 5 flächengleiche Teilleistungsbereiche aufgeteilt, um Kesselmessungen zu standardisieren. (NNG)
 
Die jährliche mittlere Auslastung einer Gebäudeheizung wird meist mit 17...20% der Jahresstunden angegeben. Bei der hier üblichen 100%-Überdimensionierung der Wärmeerzeuger geht die Auslastung bis auf 10% zurück.
      Beobachtet man sie allerdings kurzfristiger auf Tagesbasis als Verhältnis der Freigabezeiten und der Brennerlaufzeiten, sieht man die momentane Schwankungsbreite, weil der Brenner eben wetter-, bedarfs-, und zeitabhängig geschaltet wird:
  • bei reiner Warmwasserbereitung bis zu 77% Auslastung
  • bei Heizung und Warmwassser im Dezember bis zu 58%
  • bei Heizung und Warmwassser im Frühjahr 30% - (wegen der hohen Bereitschaftsverluste kann man dort mit der Heizgrenze auch so viel sparen)

Der Betriebsschwerpunkt eines Kessels für die Gebäudebeheizung liegt bei ~36% Auslastung. Daher sollte dort der maximale Norm-Nutzungsgrad des Kessels liegen. Das ist der Bereich von 0...+5°C Außentemperatur.
Zum Vergleich die Auslastung

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Energiepass, Energieausweis
Einheit: kWh/(m²*a)
Der Energieqausweis zementiert die wärmetechnischen Kenndaten der Gebäudehülle und der Anlagentechnik in einer Zahl. Der einfache frühere Energieverbrauchskennwert war den Puristen nicht gut genug, die Bauwirtschaft wollten den (bauphysikalischen) Bedarfskennwert durchsetzen, was der Wohnungswirtschaft zu teuer und bürokratisch war. So entstand der momentane Kompromiss - ab 1.1.2008 gilt: Der Energieausweis bis 4 Wohneinheiten nach Bedarfskennwert und ab 5 WE nach Verbrauchskennwert.
Unser Kommentar:
Also eine Entscheidung wie immer: Die kleinen können sich nicht wehren und zahlen viel (200 Euro) für eine unsinnige Zahl, die Großen kriegen's quasi geschenkt (35 Euro). Minol und DB Immobilien bieten den Ausweis zum kleinen Preis an. Wer sucht, wird auch bei ebay fündig.
Wer darf Energieausweis im Wohnbestand ausstellen?
 
  • Der Vorteil beim Energieverbrauchskennwert ist: man hat ihn sofort, weil man den Verbrauch kennt. Der Energieverbrauchskennwert ist echt, er ist real! Er ist schnell aus sicheren Daten errechnet: das ist die verbrauchte Energie im Jahr. Das gilt für alle Energien: die Heizenergie, die elektrische Energie, Lüftung, Wassermenge....
  • Nicht so beim prognostizierten Energiebedarf von neuen Häusern! Hier gibt es keinen Jahresverbrauch, den man durch die beheizte Fläche teilen kann. Also muss man aus den bauphysikalischen Werten einen virtuellen Bedarf errechnen (der meist 20% über dem späteren reellen Energieverbrauchskennwert liegt).

Die Energieverbrauchskennwerte liefern ein exaktes Ergebnis mit 10% des Aufwands, den eine bauphysikalische Berechnung erfordert. So ist auch die Forderung von Jagnow/Wolff der TH Wolfenbüttel klar formuliert: Bauphysikalische Berechnung für Neubauten, Energieverbrauchskennwerte für den Bestand. Mehr dazu...
 
'Die wichtigsten Ergebnisse des OPTIMUS-Projekts sind:
Die Heizenergie (dem Wärmeerzeuger zugeführte Energie zu Heizzwecken) alter und neuer Gebäude unterscheidet sich in der Theorie um den Faktor 3,0. Praktisch gemessen wurde ein Faktor 1,5 zwischen alten und neuen Gebäuden.
      Bei alten Gebäuden liegt der berechnete Energiebedarf um ca. 35 % höher als der gemessene bereinigte Verbrauch. Bei neuen Gebäuden ergeben sich ca. 10 % weniger Bedarf als gemessener Verbrauch. Die Konsequenz ist z.B. im Rahmen einer rein auf Bedarfswerten basierenden Energieberatung eine zu hohe und zu optimistische, theoretische Einsparprognose. Dies hat selbstverständlich auch Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeitsprognose von Einsparmaßnahmen. Hier ist zu wünschen, dass theoretische Berechnungsprogramme bzw. die ihnen zugrundeliegenden Bilanzverfahren entsprechend angepasst werden, damit einem Bauherrn z.B. bei einer Energieberatung, nicht zu viel versprochen wird.'
Seiten Optimus siehe auch: Vortrag Energieeinsparverordnung 2008 im Nichtwohnbau

Mal nachdenken: ein Altbau, der an den modernen Dämmstandard von heute angepasst ist, kann mit bauphysikalischer Berechnung nie genau berechnet werden - was auch Unsinn wäre, denn die Verbrauchswerte liegen ja vor. Gute Zusammenfasssung bei Telepolis.
 
Unser Tipp: Lassen Sie sich 2 verbrauchsabhängige Energieausweise ausstellen!
  1. Einen vor und
  2. einen nach der heiztechnischen Sanierung.
Besser und unabhängiger kann man sich den Spar-Erfolg nicht testieren lassen. ...ein dickes Plus für für den Eigentümer, denn der Mieter rechnet brutto.
Beispiele bis 50% Einsparung finden Sie in unseren Referenzen.

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Energieverbrauchskennwert
Einheit: kWh/(m²*a)
Verbrauchte thermische Primärenergie in einem Jahr, auf einen festen Wert des Gebäudes bezogen: die beheizte oder klimatisierte Nutzfläche. Die Norm VDI 3807 beschreibt das.
 
Art des Gebäudes Jahr ohne WW-Erzeugung: kWh/(m²a)
Klimatisierte Bürofläche 1970 800
2000 200-300
Mehrfamilienhaus 1975 200-350
1992 70-100
Einfamilienhaus 1982 203-226 (Durchschnitt)
1992 60-80 (Forderung)
Niedrigheizenergie-Haus 2000 <50-35 (Forderung)
Nullheizenergie-Haus 2002 <15 (Forderung)

Das kleinste Messintervall ist hier ein Jahresmittelwert. Wer dazu Zahlen sehen will, klickt sich zur Optimierungsseite.

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Feuerungstechnischer Wirkungsgrad FTW
Einheit: keine
Der Feuerungstechnischen Wirkungsgrad bestimmt den Abgasverlust. Dieser ist in Deutschland gesetzlich begrenzt. Der Abgasverlust ist zahlenmäßig der größte Verlust bei einem Kessel (5...11%, mit LAS 1...4%), er entsteht aber nur in den ca. 1500 Stunden Brennerlaufzeit pro Jahr und damit in etwa 17% des Jahres - während seine Strahlungsverluste und Bereitschaftsverluste in 8760h auftreten, wenn irgendwo etwas warm ist.
 

In Zahlen: (Abgasverlust und Strahlungsverlust addieren sich)

Abgasverlust
5...11% der Kesselleistung entstehen in 1500h Laufzeit bei einem 100kW-Kessel:
Rechnung nach 1 Jahr: 7500kWh...16000kWh zu 6 Cent/kWh = 450 bis 990 Euro/a.
Strahlungsverlust
0,5...1% der Kesselleistung entstehen in 8760h Betriebstemperatur bei einem 100kW-Kessel:
Rechnung nach 1 Jahr: 4380kWh...8760kWh zu 6 Cent/kWh = 262,80 bis 525,60 Euro/a.

Die Strahlungsverluste eines Kessels werden gemessen, indem der Brenner gegen den Kesselthermostaten und gegen die geschlossenen Vor- und Rückläufe arbeitet. In der Realität sind die Flächen für Strahlungsverluste viel höher, weil immer eine Menge nicht isolierter Rohre dafür bereitstehen. Die Strahlungsverluste im Heizraum sind also um Größenordnungen höher als die Firmenangaben für den Kessel.
Abhilfe: Nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz kann man also die Abstrahlungsverluste in der 4.Potenz verringern, wenn man die Strahler nur in der Temperatur reduziert. (Einer der Gründe, warum eine Rücklauf-außentemperaturgeführte Regelung so viel einspart.)

So verschlechtern 15K mehr Abgastemperatur den Kesselwirkungsgrad um 1 %-Punkt. Der FTW hat auch so gut wie keinen Einfluss auf den Jahres-Nutzungsgrad: Verändern Sie den CO2-Gehalt um 1%, verändert sich der Abgasverlust um etwa 6%, der Kesselwirkungsgrad aber um nur weniger als 1%. Die FTW-Werte interessieren in der restlichen Welt keinen Menschen. Die deutsche Schornsteinfegermesserei kostet daher nur Geld - und an der falschen Stelle. Im Jahresverlauf der Wohnungsheizung geht der Bereitschaftsverlust gut 6mal so stark in den Kessel-Nutzungsgrad ein wie der Abgasverlust. Deshalb ist eine niedrige mittlere Kesseltemperatur über das Jahr so sparsam. Mehr zu Verlusten...
Eine verbesserte Kesselisolierung und ein LAS bringen übers Jahr mehr als das letzte Prozent FTW.

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Gradtagszahl GTZ
Einheit: K*d/a
Um ein Maß für den Wärmeverbrauch in der Heizperiode zu bekommen, hat man den Begriff 'Gradtagszahl' [Gt] eingeführt. Der ist nach VDI 2067 das Produkt aus der Zahl der Heiztage und der Differenz zwischen der mittleren Raumtemperatur (20° fest angenommen) und der mittleren Außentemperatur.
Die Gradzagszahl ist eine statistische Größe, das kleinste Messintervall wird aus Tagesmittelwerten gebildet. Sinnvoll ab Monatsberichten.
Beispiele: Der deutschlandweite 'mittlere' Standort Würzburg hat eine 15/20er Gradtagszahl von 3851 Kd/a. Das 25jährige Mittel der Gradtagszahl für Aachen ist von 1973 bis 1998 = 3498, das letzte 10jährige Mittel von 1997 bis 2006 = 3217. Diese gleitenden Mittelwerte sollten Sie benutzen, wenn Sie auf Gradtagszahlen normieren wollen.
Siehe auch: SW-Wind-Einfluss.
       z
Gt = Summe (ti-tam)
       1

wobei:
Gt   Gradtagszahl
z    Anzahl Heiztage in der Heizperiode
ti   mittlere Raumtemperatur (20ºC)
tam  mittlere Außentemperatur eine Heiztages
So einfach rechnet man mit Gradtagszahlen!
Was so furchtbar kompliziert klingt, ist total einfach, wenn man es verstanden hat:
Sehen Sie sich dazu in einem neuen Fenster die 1.Seite unseres Jahresberichts an!
  1. Gehen Sie dort in die Spalte 'GradTagsZ - GT 15/20'.
  2. Dort finden Sie unter Januar den Wert 484,1: die Gradtagszahl für Januar 2002.
  3. Diese 484,1ºTage dividieren Sie durch die Anzahl der Heiztage in diesem Monat: 31
  4. Ergebnis ist 15,6K - das ist die Temperaturdifferenz (Ti-Ta) im Januar nach draussen.
  5. Beweis ist links die mittlere Januar-Temperatur: Ta=4,4K. (Ergebnis von 20º-15,6º)
    In der Zeile 'Januar' ist [Ti-Ta]=16,35, weil es sekündlich ermittelt wurde und nicht über statistische Werte! Ein schöner Beweis, dass man sich beim Rechnen mit Statistiken immer in den gleichen Datenbasen bewegen muss.
In Deutschland hat seit 2004 das IWUPionierarbeit geleistet und wesentliche Städte in einer immer wieder aktalisierten Excel-Liste zusammengefasst.
Für die Stadt Zürich ist die Veröffentlichung so wichtiger Daten ein Muss.

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Heiztag
Einheit: d
Heiztage sind Tage, an denen die mittlere Tages-Außentemperatur (definitionsgemäß) unter 15ºC liegt. Solche Gradtagszahlangaben schließen also alle Tagesmittelwerte ab 15º aus. Das 'kleiner' oder 'kleiner gleich' entscheidet in einem Jahr durchaus über mehrere Tage!
Da in europäischen Breiten die tägliche Schwankungsbreite der Außentemperatur bei etwa 10ºC liegt, kann die Tagestemperatur 20ºC und die Nachttemperatur 10ºC betragen haben.
Das kleinste Messintervall ist der Tag, kann also erst ab Wochenberichten sinnvoll ausgewertet werden.

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Heizgradtage
Heizgradtage sind der geeignete Vergleichswert, um für gemessene Verbräuche eine Klimabereinigung vorzunehmen. Dabei wird der Verbrauchswert durch die entsprechende Gradtagszahl geteilt, wodurch sich ein Wärmebedarf pro Temperaturdifferenz ergibt. Durch den Vergleicht dieser Werte über mehrere Heizperioden lässt sich feststellen, ob sich ein Verbrauchswert klimabereinigt vermindert oder erhöht hat.
==> Laden Sie sich die Excel-Liste des IWU herunter. Hier finden Sie alles.
Stadt Zürich ist führend bei der Veröffentlichung der Heizgradtage. Für fünf Schweizer Städte publiziert der Schweizerische Hauseigentümerverband Heizgradtags-Zeitreihen, die bis in die 80er-Jahre reichen. (Danke für den Tipp an Herrn Püntener!)

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Jahres-Heizarbeit
Einheit: kWh [Arbeit (kWh) = Leistung (kW) * Zeit (h)]
Bei welchen Außentemperaturen werden eigentlich welche Energiemengen zur Beheizung nötig?
Oder: bei welchen Außentemperaturen arbeitet der Brenner am meisten?

Weil niedrige Temperaturen nur wenige Tage andauern, ergibt sich übers Heizjahr gesehen solch eine Auslastung in Nordeuropa:
 
Beheizungsenergie=Jahresheizarbeit
[Quelle: A = Heizungsjournal 12/2001, Volkhard Neuhoff, Giersch GmbH - B = Velta Kongress 2005, S 124, Klaus Sommer]
 
Der Temperaturbereich wird von +20 bis -20°C zwischen der Heizgrenze und der Auslegungsgrenze aufgespannt. Dazwischen wird die Beheizungsenergie=Jahresheizarbeit irgendwie verbraucht. Welche Menge bei welchen Außentemperaturen zeigt die Grafik.

Was sehen wir daraus?

  • Der Betriebsschwerpunkt dieser Heizung liegt bei +5...0°C.
    ==>Der Wärmebedarf einen Hauses beträgt dann nur 50% von dem bei der Auslegungsgrenze !
  • 2/3 des Energieverbrauchs eines Jahres (66-75%) werden alleine bei Außentemperaturen bis zu 0ºC verbraten.
  • Die maximale Leistung wird nur in 6..1% der Laufzeit benötigt. Auf diese Leistung wird die Anlage aber immer ausgelegt - oder etwas mehr: der Angstzuschlag: Erfahrungsgemäss sind kleine Anlagen noch dazu um 100% überdimensioniert und bieten ein unanständiges Verschwendungspotenzial, das besonders in der Übergangzeit voll ausgenutzt wird. (Viel hilft viel :-)
  • Der interne Wärmegewinn von 25...30 kWh/(m²*a) durch Elektrogeräte wird immer unterschlagen: wir heizen mit unserem Stromverbrauch parallel elektrisch mit. Zu 4-fachen Kosten.

Was ist für eine sparsame Heizung wichtig?

Wenn man Kesselanlagen richtig dimensioniert, spart man Energie allein durch die passende Größe (oder Kleinheit :-):
Ich ereiche immer noch eine 90prozentige Dimensionierungssicherheit, wenn ich Kessel nur bis -5°C auslege! (Spitze mit Holzkamin o.ä. nachheizen)
Ich bediene den meistgenutzen Energieverbrauch um die 0°C optimal:
Dazu setzt man einen modulierenden oder mindestens 2-stufigen Brenner (Öl) ein, so dass die kleine Stufe den Betriebsschwerpunkt mit weniger Takten und damit weniger Verlusten abarbeiten kann.
Ich lege modulierende Kessel -besonders Brennwertkessel- immer so aus, dass der Leistungsbereich auf den Betriebsschwerpunkt passt:
Die kleinste Leistung muss immer so weit wie möglich mit dem minimalen Wärmebedarf des Hauses übereinstimmen. (Nie darf die kleinste Kesselleistung in der Nähe des maximalen Wärmebedarfs liegen. Sie sparen nichts.)
Daher unser Radikalrezept:
Halbe DIN-Dimensionierung bei Wohnhäusern - warum?
...Weil es öklogischer, kaufmännischer und technischer Schwachsinn ist, eine Anlage für alle möglichen vorkommenden Fälle auszulegen: Sie sollte auf 80% aller Nutzungsbedingungen passen, alles weitere ist nicht planbar und in Zukunft nicht bezahlbar (Pareto-Prinzip).

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Jahres-Nutzungsgrad JNG
Einheit: keine
Verhältnis von genutzter Heizwärme zu zugeführter Feuerungswärme über ein Heizjahr. Enthält nach VDI 2067 und 3808 auch Stillstands- /Bereitschaftsverluste. (Diese Norm gilt nur für Kessel, die mit konstanter Temperatur betrieben werden.)
      Hier gehen die Zeit und statistische Größen der Nutzung mit ein. Meist liegt der JNG nur bei 50...70%. Sie bezahlen 100%, erhalten 50...70%! Bei Anlagen mit Wärmemengenzählern kann man den JNG einfach messen. Bei kleinen Auslastungen nehmen die Bereitschaftsverluste überproportional zu. Berechnung nach:
                       Auslastung - Bereitschaftsverlust
  JNG = eta kessel * -------------------------------------
                     Auslastung * (1-Bereitschaftsverlust)
Wer's nicht glaubt, lese zur Verdeutlichung Verluste. Der Jahres-Nutzungsgrad hat mit dem Norm-Nutzungsgrad nichts zu tun: Hier die Realität, dort der Wunsch.

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Kesselwirkungsgrad KWG
Einheit: keine
ist das Verhältnis von abgegebener Nutzleistung bei Kessel-Nennlast zur Feuerungsleistung oder einfacher:
  eta kessel = 100 - Abgasverlust - Strahlungsverlust (in Prozent)
Der Kesselwirkungsgrad wird nach EN 303/DIN 4702 gemessen bei permanenter Vollast, Tv=80°C, Tr=60°C. 100% Kesselleistung werden z.B. bei 10% Abgasverlust mit 110% Brennerleistung erzeugt (kein Strahlungsverlust). Man kann ihn als oberes Ende in der Tabelle der 5 Teillast-Nutzungsgrade ansehen.
Ein Momentanwert, hat nichts mit dem Jahres-Nutzungsgrad zu tun.

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Mittelwertbildung
Jeder von einem Fühler genommene Wert ist ein Momentanwert. Das Ergebnis ist also ein Wert, bei dem es vor allem auf die Abtastfrequenz des Geräts ankommt: Nimmt das Gerät nur einen einzigen Messwert innerhalb des Mittelungs-Intervalls auf, sagt dies wenig darüber aus, was während des ganzen Intervalls passiert ist. Ein Wert pro Sekunde gibt ein genaueres Ergebnis, wenn als Intervall 15 Minuten gewählt wurde: der Mittelwert ist genauer.
      Beispiel Datenerfassung: Die Messwertspeicherung geschieht bei Temperaturen normalerweise nur alle 5-10 Minuten. Wir speichern ihn jede Sekunde, um aus 900 Momentanwerten einen genauen 15-Minuten-Mittelwert oder aus 3600 Momentanwerten einen Stunden-Mittelwert zu bilden.

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Normierung
Da die Mittelwertbildung einen "schwammigen" Boden darstellt, braucht man einen längerfristigen Wert als den gerade gemessenen 'Moment', um zu aussagekräftigen Werten zu kommen. Dazu wird ein langfristiger Mittelwert (über z.B. 1 Tag, 1 Monat oder 10 Jahre) genommen.
 
  1. Brennerlaufzeit
    Die mittlere Brenndauer pro Einschaltung ist die wichtigste Kenngröße, wie gut ein Heizsystem auf sein Objekt abgestimmt ist.
                                  Brennerlaufzeit/Jahr
    Laufzeit/Einschaltung [min] = -------------------- * 60
                                  Anzahl Brennerstarts
    
    Damit erhalten Sie diese wichtige statistische Größe in Minuten. [Grafisches Beispiel]
     
    Wo liegen jetzt die guten und schlechten Werte?
    Bei 1500 Stunden jährlicher Brenner-Betriebszeit ergeben
    •  2000 Starts 45 Minuten (meist unerreicht)
    • 10000 Starts  9 Minuten
    • 20000 Starts 4,5 Minuten (unser vermutetes landesweites deutsches Mittel)
    • 40000 Starts 2,25 Minuten (Bei solch einer Anlage erreichen Sie nur einen Jahres-Nutzungsgrad von 30...40%! Mehr bei Details bei Brennerstarts).
    • ja, 100000 Starts sind manchen Servicetechnikern bekannt...

    Mehr technische Details:

  2.  
  3. Heizarbeit
    Man kann Einsparungen beim Heizenergieverbrauch nur vergleichen, wenn man sie von den jahreszeitlichen Schwankungen befreit, z.B. durch Normierung auf die Gradtagszahl oder Heizgradtage.
    Damit die Jahresverbräuche einigermaßen vergleichbar werden, sollten sie auf ein langfristiges gleitendes Mittel (z.B. den 10 Jahre-Mittelwert der Gradtagszahlen [Gtnorm]) normiert werden:
                   Gtnorm
    Bnorm = Bjahr * ------
                   Gtjahr
    
    wobei:
    ~~~~~~
    Gt   Gradtagszahl
    B    Brennstoffverbrauch
    

  4. Die 10-Jahres-Basis [Gtnorm], auf die wir uns jeweils in die Vergangenheit beziehen müssen, schwankt natürlich auch - aber 'gedämpft', wie eben ein gleitender Mittelwert schwankt. Aufgetragen finden Sie die 10-Jahresmittelwerte der Gradtagszahlen in Aachen bis heute. Charttechniker würden das als Teil einer typische Schulter-Kopf-Schulter-Formation erkennen: sicherer Abwärtstrend!
    langfristiger Verbrauch
    10-Jahres-Mittelwerte der Gradtagszahlen Aachen. Sie sinken seit 1970 permanent und steil seit 2005: Kein Zweifel, es wird wärmer!
    [Werte nach IWU]

     
    Beispiele zur Normierung:

[ Inhalt ]
 
Norm-Nutzungsgrad NNG
Einheit: %
Nutzungsgradverlauf für verschiedene Kesselkonstuktionen - Viessmann
Nutzungsgradverlauf und Normnutzungsgrad für verschiedene Kesselkonstuktionen, Leistung normiert.
Links auf Hu, rechts auf Ho bezogen. [Quelle: Viessmann]
Nutzungsgrad ist das Verhältnis von abgegebener Heizwärme zu zugeführter Feuerungswärme über ein Heizjahr. Hier gehen als Variable die Zeit und statistischen Größen der Nutzung mit ein. Daher der Name - Nutzen zu Aufwand.
(Wirkungsgrad ist das momentane Verhältnis von Nutzen zu Aufwand.)
 
Der Norm-Nutzungsgrad ist das Verhältnis von abgegebener Heizwärme zu zugeführter Feuerungswärme über eine Prüfperiode. Der NNG ist in der DIN 4702-T8 als Kessel-Vergleichsverfahren festgelegt. Ausgehend von den 5 genormten Auslastungsstufen hat man ein Verfahren geschaffen, das die Jahresauslastung des Kessels nachbilden soll. Dazu wird der Kesselwirkungsgrad unter Teillast mit bestimmten Temperaturen und (das ist entscheidend!) mit immer gleichem Volllast-Nenn-Massenstrom gemessen. (Die Tabelle ist unten.)
<== Beachten Sie, welchen Unterschied schon ein modulierender Brenner am selben Kessel macht: Kurve 4 und 5. Ebenso eine Abgasklappe am Atmo: Kurve 1 und 2.
 
Wozu das Ganze?
In konventionell gesteuerten reellen Anlagen kann der so gemessene Prüfstand-NNG eines Kessel nie erreicht werden, weil eine verquere Hydraulik und die 100-jährige Vorlauf-außentemperaturgeführte Regelung das verhindern: So ergeben sich schlechte Anlagen-Jahreswirkungsgrade von nur 40...60%. Gründe:
  1. Der Kessel wird auf Vorrat warm gehalten.
  2. Die erzeugte Wärme wird nicht abgenommen, weil die Wassermengen zu klein sind. Daher...
  3. wird das Deta-T wird nicht erreicht, um den Prüfstand-Nutzungsgrad nur annähernd zu erreichen.
  4. Durch das zu kleine Deta-T startet der Brenner viel zu häufig..
  5. Die erzeugten Temperaturen bei reellen Teillastgraden sind immer zu hoch und so ...
  6. wird kein Brennwerteffekt erreicht, weil die Rücklauftemperaturen aus dem Netz zu hoch sind.

Tabelle zur Bestimmung der 5 Teillast-Nutzungsgrade nach DIN 4702-T8

relative Kesselleistung
%
Heizmitteltemperaturen bei Nenndurchfluss
Systemtemperatur 75/60° Systemtemperatur 40/30°
dT [K] Tv [C] Tr [C] dT [K] Tv [C] Tr [C]
13...20 2 27 25 2 23 21
30 5 37 32 3 26 23
39 6 42 36 4 28 24
48 7 46 39 5 30 25
63 10 55 45 7 33 26
100 20 80 60 Messung Kesselwirkungsgrad

Das Fatale an der Prüfstandsituation des NNG ist, dass die DIN zwar die obige Tabelle festlegt, aber nicht das Prüfverfahren detailliert vorschreibt, so dass es in jedes Herstellers Belieben ist, wie denn die Werte erreicht werden - und so sind sie denn auch. Ja, unsere Nachfragen ergaben sogar, dass es innerhalb der 3 großen deutschen Firmen nicht mal firmenintern verbindliche Leitlinien gibt, diese für die Werbung so wichtigen Werte messtechnisch zu standardisieren. Stiftung Warentest ermittelt ihn selbst und empfiehlt danach. Das RAL Deutsches Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung e.V. vergibt danach den blauen Engel...
      Jeder veröffentlichte Wert ist also gewollt oder Zufall. Die Kesselhersteller sind gut beraten, sich doch mal Anregungen bei Ihren chemischen Industrie-Kollegen zu holen, diese machen Qualitätssicherung seit Jahren verbindlich mit der 'GMP - Good Manufacturing Practice'.
      Haben Sie schon mal Kessel mit diesen Temperaturen betrieben? Da läuft Ihnen das Wasser unten raus, so kondensieren die dabei... beachten Sie das kleine dT und den identischen Nenn-Volumenstrom in allen Messungen! In der Realität wird kein Kessel so betrieben, weil die den Volumenstrom bestimmende Pumpe hinter dem Mischer im Heizkreis sitzt :-/
      Der Norm-Nutzungsgrad soll ersetzt werden: In Zukunft soll nur der Kesselwirkungsgrad bei 30% Nennleistung entscheidend sein. Hoffen wir, dass ihn dann alle Hersteller gleich messen müssen. Das heißt natürlich nicht, dass dabei der tatsächlichen Nutzung entsprechende Werte herauskommen. Also: der NNG - ein jahrzehntelanger Flop? Irreführung der Verbraucher?

[ Inhalt ]
 
Periode, Intervall
[Lat.: intervallum - zwischen den Wällen]
Dieser Zeitraum oder Wertebereich wird benutzt, um Mittelwerte oder andere statistische Kennwerte zu bilden, die in dieser Zeit erfasst oder gebildet wurden. Intervalle bilden heißt Grenzen ziehen. Die Dauer ist daher im Prinzip beliebig, es haben sich aber einige Zeiten als als praktisch herausgestellt: 2 Minuten sind für langsame Prozesse gute Zeitmarken, 15 Minuten lang sind die Energieverbrauchsintervalle der EVUs, 1 Stunde, 1 Tag, 1 Woche, etc... sind die bekannten Zeitmarken, an denen wir uns im Leben orientieren.
      Ein Mittelwert über einen Zeitraum steht immer erst dann zur Verfügung, wenn der Zeitraum vorüber ist. Der Mittelwert eines Tages steht damit immer erst am Folgetag(!) zur Verfügung, ihm wird aber (historisch) der Zeitstempel der Tagesmitte gegeben. (Ein Tagesmittelwert ist der Wert der Messungen über 24 Stunden, nicht der Mittelwert der Temperatur, während es Tag ist!)
      Beispiel: Datensammeln der Außentemperatur am 1.1.1999 ist abgeschlossen in der 1. Sekunde des neuen Tages, der Mittelwert von 3,5ºC wird aber meist dem 1.1.1999 um 12:00 zugeordet.

[ Inhalt ]
 
Überdimensionierung
Einheit: %
Eine 2- bis 3-fache Überdimensionierung bei Kesseln und Pumpen wird aus Unwissenheit oder Angst als "passend" hingenommen - immer mit dem Argument, die Kessel seien ja modulierend und könnten sich so dem Bedarf anpassen. Tatsache ist aber, dass man sich über die Lebensdauer der Anlage nur eine schlechte Regelfähigkeit erkauft, die die Betriebskosten nach oben treibt. Dass ein LKW nicht in eine PKW-Garage passt, ist jedem einsichtig - man lässt den Heizungsbauer aber ohne Nachdenken über die Konsequenzen einen viel zu großen Kessel einbauen.
Überdimensionierung kostet richtig Geld
Die Grafik zeigt mit jedem Punkt den unnötigen Mehrverbrauch eines Objekts von Norddeutschland bis in die Schweiz. [Quelle:db]

Alle 6 Objekte wurden von uns willkürlich ausgewählt, wenn der Verdacht auf eine mehr als 2fache Überdimensionierung vorlag. Aufgelistet ist (vor der Optimierung) das Verhältnis der vorgefundenen Kesseldimensionierung und des damit erzeugten Verbrauchs pro Jahr gegen eine von uns aus Erfahrung annehmbare Minimaldimensionierung.
      Ein Objekt wurde 2mal weiter runterdimensioniert und verminderte linear seinen Verbrauch. Es liegt jetzt unten links bei 1,2/1,3.
Die Grafik ist ein Versuch zu zeigen, wie Überdimensionierung den Verbrauch vervielfacht.
Gerne nehmen wir neue Objekte mit in die Punktewolke.

[ Inhalt ]
 
Wirkungsgrad
Einheit: keine
... ist das momentane Verhältnis von Nutzen zu Aufwand. Kurzzeichen eta, Wert immer <1 oder unter 100%.
Im Kaufmännischen die Wirtschaftlichkeit: Ertrag zu Aufwand.
Der Volksmund sagt auch Effizienz dazu.
Wer Werte über 100% angibt, hat etwas zu verbergen - siehe: Brennwert.
Über eine Länge von mehr als einer Stunde, in der gemessen wird, kann man einen Nutzen definieren: Den Nutzungsgrad!
Beim Jahres-Nutzungsgrad ist die dauerhaft gute Fahrweise auf der Wirkungsgrad-Kennline entscheidend (1 Jahr Messzeit). Dazu sollte man Regler mit energetisch optimierter Regelstrategie einsetzen.
 
Erfahrung
Wer seine Anlage so dimensioniert und betreibt, dass er immer sehr nahe an der zu erwartenden Last produziert, macht so gut wie keine vermeidbaren Verluste.

[ Inhalt ]
 

2. Überlegungen zum Erfassen von Temperaturen

Lassen Sie sich von Momentan-Werten der Temperatur nicht verwirren! Bei Einstellarbeiten an Kesseln und Reglern müssen Sie immer Temperaturen messen und beobachten: Bleiben Sie kritisch!
Außentemperatur
Wie Sie bei der Angabe unserer Extremwerte zu den einzelnen Jahren sicher schon bemerkt haben, sind selten auftauchende Spitzenwerte nie die Mittelwerte, nach denen eingestellt und geplant wird. Bis sich Spitzenwerte zu Tagesmittelwerten ausbilden, muss es tagelang richtig kalt sein wie am 1.1.1997.
Wenn Sie also einen Regler einstellen: Denken Sie daran, dass Sie das Gerät für Tagesmittelwerte einstellen. Diese können jederzeit kleiner oder größer als die aktuellen Messwerte sein.
Kesseltemperatur
Beim Brennerbetrieb gibt die Kesseltemperaturanzeige auch nur die halbe Wahrheit wieder: Sein Sensor ist in der heißesten Zone nahe am Kesselvorlauf angebracht. Der Kesselrücklauf kann eiskalt sein. Daher ist der Kesselmittelwert ohne Kesselumlaufpumpe meist viel geringer als die Anzeige!
(Oder: Nichts wird so heiß gegessen, wie es gekocht wird :-)
Wie kann man technisch erzeugte Temperaturen richtig messen? Dass es nicht immer richtig sein kann, durchgehend Mittelwerte zu bilden, wird hier am Beispiel der Abgastemperatur aufgezeigt:
      Beim kontinuierlichen Messen erfolgt die Bildung der mittleren Abgastemperatur naturgemäß auch in den Brennerstillstandszeiten, so dass die mittlere Tages-Abgastemperatur als "niedrig mit einigen Spitzen zur Laufzeit" beschrieben werden kann. Die Spitzen von 200ºC werden "weggemittelt" und auf das mittlere Kesseltemperaturniveau gedrückt. Wir wollen für uns aber die mittlere Abgastemperatur zur Laufzeit ermitteln; eventuell interessiert noch die Abkühlfase, bis die Kesseltemperatur erreicht ist.
      Wir haben uns entschieden, durch eine gleitende Ausschlußbedingung im (nachgeschalteten) Betriebstagebuch zu erreichen, dass nur die Verluste in den Berichten erscheinen: Die Abgastemperatur wird nur dann zum Mittelwert gerechnet, wenn sie über der Kesselwassertemperatur liegt. (Denn dann heizt der Kessel den Kamin.)
Beispiel dazu: (in neuem Fenster) Heizungs-Tagesbericht

Bestimmung der Heizleistung aus der Temperaturdifferenz Tv-Tr

Im Laufe der Auswertungen ergaben sich im Fußbodenkeizkreis auch negative Temperaturdifferenzen von Tv-Tr, weil die Heizkreistemperatur bei einer Direktbeheizung schon mal höher als die Wiedereinschalttemperatur des Kessels sein kann. Für die Bewertung im Betriebstagebuch werden nur noch positve Differenzen und dann >1 ºC zugelassen, weil nur so ein positiver Leistungsfluss zu Stande kommt.


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3. Was ist eine Kilowattstunde?

Das Äquivalent für Arbeit. Arbeit ist teuer. Arbeit = Leistung * Zeit.

Beim Telefon wissen Sie, dass die Deutsche Telekom teurer ist als andere. Wissen Sie, dass Sie 2006 für die elektrische Kilowattstunde 20 Cent bezahlten, für die Gas- und Heizöl-Kilowattstunde 6 Cent?
Schlechte Wirkungsgrade von nur 50% bei Heizungssystemen mit deren Regelungen bringen Ihnen die Kosten dann bis auf 12 Cent/kWh hoch. Sie glauben es nicht?
 
Wo kommt eine Kilowattstunde her?

  • aus einer halben Schaufel Steinkohle
  • aus 100cm³ Heizöl oder 1/10m³ H-Gas
  • aus der Einstrahlung der Sonne im Hochsommer innerhalb von 45 Minuten auf 1m² Erdoberfläche
  • man kann sie auf einem Hometrainer in etwa zehn Stunden per Muskelkraft erzeugen
Was kann eine Kilowattstunde?
...elektrisch aus der Dose
  • mit einer sparsamen Waschmaschine eine Ladung Wäsche bei 60 Grad waschen
  • einen Kühlschrank mit einem Volumen von 300 Litern zwei Tage lang laufen lassen
  • eine Energiesparlampe mit einer Leistung von zehn Watt spendet 100 Stunden Licht
  • eine herkömmliche 100-Watt-Glühlampe schafft damit nur zehn Stunden.
  • Wer ohne Zusatzbeleuchtung auskommt, kann fünf Stunden am Computer arbeiten.
  • Herdplatten kommt mit dieser Energie nur etwa eine halbe Stunde aus,
  • elektrische Durchlauferhitzer nur drei Minuten!
...beim WarmWasser
Die 10-Minuten-Dusche am Morgen kostet ca. 120 Liter Wasser - mit Strom erwärmt 64,5 Ct und aus dem Speicher, der mit Erdgas oder Öl erwärmt wird 62,8 Ct. Der elektrische Durchlauferhitzer hat 99% Wirkungsgrad, das Heiz- und Speichersystem nur 50%.
 
...in der Heizung
Ein (schon recht) sparsames Einfamilienhaus mit 100kWh/(m²*a) braucht bei 200 m² 2000 Liter Öl pro Jahr. Diese werden in ca. 1500 Stunden verheizt. Sie können es also mit 1 Liter statistisch 45 Minuten lang heizen. Normal sind bei Einfamilienhäusern 4000 liter Öl, also nur 22 Minuten für 1 Liter.
Normale System-Jahreswirkungsgrade sind 50...60%, nur beste Systeme erreichen heute 92% bezogen auf Ho.
  • 1 kWh im Niedrigenergiehaus - 50kWh/(m²*a): 9 Minuten warm
  • 1 kWh im sparsamem Haus - 100kWh/(m²*a): 4,5 Minuten warm
  • 1 kWh im Mittel beim EFH 2005 - 200kWh/(m²*a): 2,2 Minuten warm
Mehr Infos zum Sparen hier.
 

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Seite erstellt am 03.1.1999, letzte Änderung 13:48 25.12.2015, Freitag