Verluste?

Inhalt Bilanz ziehen Datenarten nicht vermischen! Kesselverluste ...beim Brennerlauf ...beim Brennerstillstand ...beim Brennerstart Verteilung und Nutzwärme Neues Konzept für eine sparsame Steuerung Denkanstoß: Verluste machen warme Füße

Verluste vermeiden

1. Bilanz ziehen

Datenarten nicht vermischen!

  Abgasverlust[%] * Jahresenergieverbrauch = ungenutzt verloren gehende Brennstoffenergie

[Datenbasis: Jahr 1999: Tageswerte des Gasverbrauchs über dem Tagesmittel der Außentemperatur dargestellt. Quelle: DTS - Datentechnik Stöckl, 94227 Zwiesel]

Vielleicht wird im linken Bild klar, dass es 'kleine' Unterschiede gibt zwischen Abgasverlust Momentan-Werten und Tagesmittelwerten, die als Summe der Wolke von Einzelwerten den Jahresverbrauch bilden :-)       In dem Abgasverlust steckt als Hauptvariable die Abgastemperatur. Die Buderus'sche Formel wäre gültig, setzte man das Jahresmittel der Abgastemperatur in die Formel beim Abgasverlust ein. Da das aber immer nur kurzfristige, steile Spitzenwerte sind, werden diese durch die in 83% der Zeit herrschende Stillstandstemperatur weggemittelt und heraus käme eine Abgastemperatur, die bei 45...50ºC läge.

• Ein minimaler Abgasverlust wäre also extrem wichtig bei Dauerbrennern, die 80...100% des Jahres Wärme oder Dampf erzeugen müssen - nicht bei den mickrigen 17% Laufzeit in Wohngebäuden.
• Isolierung ist für beide Kesselbetriebsarten, Dauerbrenner und Wohngebäudebeheizung wichtig: in absoluten Zahlen verschwindet ihr Wert beim Dauerbrenner gegenüber dem Abgasverlust, bei der Wohnungsbeheizung ist Isolierung ca. 6* wichtiger als der Abgasverlust.
• Das Haus ist meist die Wärmerückgewinnungs-Anlage, die um den Kamin gebaut ist: dazu sind Vorträge zur 'vergessenen' Wärmenutzung des Kamins auf Dr. Luther's Website interessant.

2. Kesselverluste

...beim Brennerlauf

1. den Teil, der als Kesselverlust bezeichnet wird und
2. den Teil, der zur Nutzung durch die Verteilung gehen soll.

Q Jahr = Q Kessel + Q Verteilung + Q Nutz
oder detaillierter
Q Jahr = (Q Feuerung + Q Strahlung) + Q Verteilung + Q Nutz

Der Kesselverlust setzt sich zusammen aus

• ...dem Feuerungsverlust.
  Er entsteht in ca. 17% des Jahres, also etwa 1500 Stunden. Die Höhe des Verlustes zeigt, wie gut der Hersteller den durchziehenden heißen Gasen die Wärme entziehen kann. Er ist eine fast unveränderliche Bauteile-Eigenschaft. Dieser kann durch Beläge an der Kesselwand (Ruß von Gelbbrennern) verschlechtert werden. Bei alten Kesseln kann man den Feuerungsverlust durch zusätzliche Stömungswiderstände verbessern. Technischer Messwert ist der Feuerungstechnische Wirkungsgrad.
Verbesserungsmöglichkeiten:
1. Leistungsverminderung (die Wärmetauscherfläche wird dann relativ größer)
2. Blaubrenner (weniger unverbrannte Kohlenstoffe, Ruß)
3. Luft-Abgas-System (LAS: billig, weil es alte Kessel retten kann, quasi Doping für Ihre Heizung)
4. Züge im Kessel verändern. (Schon eine Konservendose kann Wunder wirken:-)


• ...dem Strahlungsverlust aller heißen Bauteile.
Verbesserungsmöglichkeiten:
1. Kesselvollisolation
2. 100% Rohrleitungsisolation

...beim Brennerstillstand

Q Jahr = Q Bereitschaft + Q Verteilung + Q Nutz
oder detaillierter
Q Jahr = (Q Auskühl + Q Strahlung) + Q Verteilung + Q Nutz

• ...Auskühlverluste
  mit dem Kaminzug, wenn nicht eine Klappe im Brenner oder eine Klappe am Abgasstutzen das verhindern. Besonders Atmos sind da schlimm.
Verbesserungsmöglichkeiten:
1. Dichte Klappe im Brenner
2. Abgasklappe
3. Luft-Abgas-System LAS (Zusatzvorteil: Zwangsbelüftung Heizraum verschließbar, was die Strahlungsverluste fürs Haus nutzbar macht.)


• ...Strahlungsverluste aller heißen Bauteile.
  Diese enstehen permanent, wenn eine Fläche wärmer als die Umgebung ist, bei Ihrem Kessel also meist 8760 Stunden /Jahr.
        Die höchsten Bereitschaftsverluste entstehen durch die Warmwasser-Erzeugung im Sommer, wenn Kessel und Speicher monatelang auf höchster Ladetemperatur verharren, ohne dass der Entzug von Nutzwärme den Kessel auskühlen könnte.
Verbesserungsmöglichkeiten:
1. Kesselvollisolation
2. 100% Rohrleitungsisolation
3. Bei Mischer: Eine Steuerung, die den Kessel nach dem Brennerstop konsequent leer fährt. Besonders wirksam bei Fußbodenheizung.
4. Schon die schlechteste Solaranlage bringt eine Besserung - aber richtig betreiben!

...beim Brennerstart

• Nach dem Brennerstart 'holt sich' die Kesselmasse die Wärme der Flamme und gibt sie - so schnell das Material es erlaubt - an den noch kalten Wärmeträger Wasser ab. In diesem Anfahr-Zustand nimmt die Kesselmasse und das Kesselwasser mehr Leistung auf, als sie an Verteilung und Verbraucher abgeben. Das dauert so lange, bis ein stationärer Zustand errreicht ist, in dem ein konstanter Leistungsfluss zum Verbraucher geht. Wenn jetzt - wie bei fast allen überdimensionierten und vorlaufgeführten Systemen - die Kessel-Schaltdifferenz so klein ist, dass der stationäre Zustand nicht erreicht wird oder die Aufheizgeschwindigkeit zu schnell ist, dass die Steuerung vorher abschaltet, wird ein Teil der Heizleistung, die in die Aufheizung des Kessels gegangen ist, beim Brennerstillstand über die Strahlungsverluste in den (belüfteten) Keller abgegeben. Weg ist die teure Energie...
• In der Zeit des Brennerstarts kommen zu den dynamischen Kesselverlusten noch die Brenner-Anfahrverluste hinzu. Jeder kennt das vom Auto. Ein Brenner ist nicht anders. Die Anfahrverluste entstehen je nach Brennerbaujahr 3 bis 6 Minuten lang nach jedem Start. Bei schlechten Steuerungen bis zu 40000 mal pro Jahr. Man rechnet in dieser Zeit mit einem Wirkungsgrad von nur ~36%. Mehr dazu...
  
  Das ist also ein Teil der Laufzeit, die Sie besonders viel kostet.
Verbesserungsmöglichkeiten:
1. Leistungsverminderung (Brenner läuft länger)
2. Kessel-Hydraulik passend einstellen und Pumpensteuerung mit einer Temperatur-Differenz-Regelung
3. Regelung sparsam einstellen
4. Startverzögerung des Brenners um 15...30 Minuten (billig)
5. Neue Steuerung, wenn älter als 10 Jahre.
6. Pufferspeicher (teuer, mehr Strahlungsverluste und der Speicher muss eine eigene Ladesteuerung haben - besonders kompliziert bei Solar.)

3. Verteilung und Nutzwärme

• Verteilungsverlust
  setzt sich zusammen aus Strahlungsverlust durch Leitungen und Pumpen sowie deren elektrischer Leistungsaufnahme.
  Denken Sie mal nach: Eine Pumpe ist dazu da, die Feuerungsleistung ins Haus zu transportieren. Solange der Brenner Wärme erzeugt, ist das nötig. Was ist aber bei Brennerstillstand? Fast überall läuft die Pumpe weiter - nur zum Nutzen von Energielieferanten wie RWE und EON...
Verbesserungsmöglichkeiten:
1. Drehzahlumschaltung oder (bei Schwerkraftanlagen) Pumpenabschaltung nach Zeit mit Treppenhauszeitschalter
2. Drehzahlumschaltung oder (bei Schwerkraftanlagen) Pumpenabschaltung nach Temperatur (Anlegefühler)
3. Pumpensteuerung mit einer Temperatur-Differenz-Regelung (das Beste)
4. 100% Rohrleitungsisolation
5. Heizgrenze richtig einstellen


• Nutzwärme
  ist schließlich das, was übrig bleibt und noch an Ihren Heizkörpern ankommt. Bei guten optimierten Anlagen mit Jahres-Nutzungsgraden um die 90% können Sie sich glücklich schätzen - bei einer Standard-Heizung und Standard-Steuerung sind magere 60% der Normalfall!
Verbesserungsmöglichkeiten:
1. Neue Steuerung: Rücklauf-außentemperaturgeführte Regelung
2. Hydraulischer Abgleich
3. 100% Rohrleitungsisolation außerhalb der Nutzräume

• Häufiger Spezialfall:
  Direkt beheizte Kreise mit außentemperaturgeführter Vorlaufregelung (Schema wie im Bild oben)
  Wenn man sich mal die Mühe macht und die dynamischen Verhältnisse bei direkt beheizten Kreisen an einer üblichen Vorlaufregelung mit einem Differenzthermometer am Heizkörper ansieht, fällt einem dieser zeitliche Verlauf auf:
• Aufheizphase: Brenner läuft und Pumpe läuft:
  Die Differenztemperatur ist relativ konstant und positiv, weil der Vorlauf heißer als der Rücklauf ist.
• Abkühlphase: Brenner läuft nicht und Pumpe läuft weiter:
  Ca. 1 Minute nach Brennerstillstand ist die letzte Übertemperatur des Kessel in den Heizkreislauf gepumpt und so sind die Heizkörper jetzt heißer als der Kessel. - Was passiert?
  Die Differenztemperatur am Heizkörper kehrt sich um und wird negativ: Die gerade in die Heizkörper transportierte Wärme wird durch die noch laufende Pumpe abgezogen und beheizt jetzt den Kessel. Dieser wirkt wie ein am Kamin angeschlossener Heizkörper und kühlt den Heizkreis zusätzlich aus.
• Dieser verbrauchstreibende Effekt ist besonders wirksam bei atmosphärischen Kessen (Atmos). Warum denn keine Atmos?


• Häufiger Sanierungsfall:
  Modulierender Brenner in neuem Kessel an einem nicht abgeglichenem System:
  
• Der alte Brenner startet alle 10 Minuten und heizte die Verteilleitungen damit intervallweise hoch. Im Gegensatz zum alten Brenner brennt der neue dauernd durch und sorgt damit auch für gleichbleibend hohe Temperaturen in den Verteilleitungen - natürlich auch in den Heizkörpern!
• Beim alten System waren die mittleren Temperaturen in der Verteilung kleiner als beim neuen, so auch die Verluste.
• Was der neue Kessel mehr an Effizienz bringt, wird durch die Modulation wieder aufgefressen. Daher auch die häufige Sanierungs-Erkenntnis: 'Ich habe jetzt einen modulierenden Brenner, aber ich spare nichts!'

Verbesserungsmöglichkeiten:
1. Hydraulischer Abgleich, weil dann weniger Wasser transportiert wird. Dieses wenige Wasser reduziert die Leistungsaufnahme der Pumpe um die 5.Potenz und wird überall passend verteilt: Keine Übertemperatur, mehr Komfort, mehr Brennwertnutzen. Prof R. Hirschberg hat die Energieeinsparung bei konventionellen Regelsystemen nachgewiesen: 6% Heizenergie und 20% el. Energie.
   Hier die Erklärung, warum der hydraulische Abgleich mit einer Rücklauf-außentemperaturgeführte Regelung mehr spart.
2. Wenn eine Raumregelung vorhanden ist, die Pumpensteuerung ändern: Direkt beheizte vorlauf-außentemperaturgeführte Steuerungen mit einem Nachlaufschalter versehen, der die Pumpe nur laufen lässt, wenn der Brenner läuft und ab Brennerstillstand nur ~1 Minute nachlaufen lässt. (Oft möglich bei Etageneinzelheizung.)
3. Wenn noch nicht vorhanden: Pumpe mit Schwerkraftbremse versehen.
4. Neue Steuerung: Die Rücklauf-außentemperaturgeführte Steuerung vermindert die Verluste wegen generell niedrigerer Kesseltemperaturen und radikal verminderten Startzahlen, sie kann aber die Kesselverluste über den Kamin nicht verhindern. Da hilft nur ein LAS richtig, weil das den Kaminzug stoppt. (Geht nicht bei Atmos!)
5. Bei Atmos: Wegwefen! Sofort Atmo tauschen gegen Brennwert mit LAS und hydraulischem Abgleich. Dann auch bitte die passende(!) kleine Leistung einbauen.


• Pufferverluste vermeiden:
  Bei Anlagen, die so aufgebaut sind, dass die erzeugte Wärme nicht direkt zu den Abnehmern tranportiert werden kann, muss ein Puffer zur Zwischenspeicherung eingebaut werden. Das ist nötig bei...
  1. Holzfeuerungen
  Holzfeuerungen benötigen einen Puffer, der kalt die gesamte Energie der verbrannten Beladung aufnehmen kann. Sinnvoll ist dann noch eine Warnung, später nachzulegen, wenn die Puffer noch zu warm sind.
  2. Solaranlagen
  • Bei den herkömmlichen und ineffizienten Flachkollektoranlagen (FK) hat der Puffer zwei Aufgaben: Speicherung der Wärme bis zur Zeit der Abnahme und als sommerlicher Übertemperaturschutz(!). Es gibt viele groß dimensionierte FK-Anlagen, die müssen deswegen im Hochsommer die tags gewonnene Wärme mangels Abnahme versuchen, nachts über die Kollektoren wieder abzustrahlen :-(
    Der Übertemperaturschutz ist notwendig, weil das als Frostschutz verwendete Glykol ab 140°C und ein wenig Luft im System cract und sich in Sekunden in eine zähe stinkende Masse verwandelt, die alle Rohre und Wärmetauscher verstopft. Dann nicht jammern: Sie haben dann endlich die Möglichkeit, sich eine wartungsfreie Solaranlage zuzulegen: nämlich die...
    
  • VakuumRöhrenKollektoren (VRK) ohne Glykol. Als Frostschutz dient lauwarmes Pufferwasser, das über die Elekronik durch den Kollektor gepumpt wird.
    Diese Art von Anlagen mit reinem Heizungswasser benötigt nur einen kleinen, genau auf den Verbraucher abgestimmten Puffer. VRK-Anlagen, die direkt in ein Nahwärmenetz einspeisen oder immer einen Abnehmer haben, können so ganz ohne Puffer aufgebaut werden. ( Ritter-XL)
  3. Häufiger Sanierungsfall: Falscher Pufferanschluss
     Fast allen heißen Pufferanschlüssen ist gemeinsam, dass die Rohre falsch angeschlossen sind: Sie müssen immer sofort nach unten abgehen! Jede andere Anschussart wie waagerecht oder nach oben abgehend ist falsch, weil verlustreich! Grund: Es ist seit 1960 bekannt, dass sich bei Pumpenstillstand im Rohr eine innere Zirkulation ausbildet. Tolerierte Ausnahmen sind nur direkt am Puffer montierte Motorventile, die bei Pumpenstillstand schließen.
     Verbesserungsmöglichkeiten:
     Ein Stück U-Rohr (oder ein V) als Thermosiphon einbauen!

4. Neues Konzept für eine sparsame Steuerung

1. ...sie gezwungen sind, die Vorlauftemperatur hoch zu halten (und damit die Verluste), weil die Anlage nicht hydraulisch abgeglichen und nicht an den Kessel angepasst ist.
2. ...die Kessel nicht in ihrem optimalen Arbeitspunkt gefahren werden
3. ...die Kessel zu heiß stehen lassen und nicht konsequent leer(kalt) fahren
4. ...sie die Fremdwärme in den Räumen nur ungenügend erfassen können. Meist machen sie das über (einen) Raumfühler. Der erfasst aber immer nur einen Teil der möglichen Einsparungen.
5. ...die Anlagenteile fast immer separat über einen Hochtemperaturbereich mit Mischern und eigenen Pumpen versorgt werden und so große Jahresstromverbräuche erreicht werden.
6. ... der Brennwert wegen hoher Rücklauftemperaturen nur in den seltensten Fällen genutzt werden kann.

1. Da die hydraulische Verteilung stimmt, kann ich in jeden Raum (oder Anlagenteil) die für ihn passende Wärmemenge einbringen. Nur die Zeit bestimmt die Menge und die Raktion des Gebäudes. Die Rücklauftemperatur geht hoch und bestimmt das Ende des Energie-Nachschubs.
2. Die einzige Pumpe wird so eingestellt, dass bei Wärmeeintrag = 'Brenner ein' ein dT=15K wie auf dem Prüfstand gemessen wird.
3. Nur kurz vor dem Abschalten des (stufigen) Brenners wird eine Spitzentemperatur im Vorlauf erreicht, danach gleicht sich der Vorlauf in seiner Temperatur an den Rücklauf an: die Kessel- und Rohrverluste sind so minimiert oder bei Bodenheizung nicht vorhanden.
4. Durch Abkühlen des Baus wiederholt sich das Nachheizen, die Raumtemperaturschwankungen betragen bei nicht modulierenden Brennern wie üblich 0,5K. Man erreicht so bei Heizkörperheizung und einstufigem Brenner unter 20 Brennerstarts/Tag, bei Bodenheizung 4...7.

Details zum Einsatz der 112: klicken!	Erste Möglichkeit Die Schaltung 112 der Reglers HZR65 der Technischen Alternative Österreich kann rücklaufgesteuert eine Brennerstufe ansteuern, einen Heizkreis und eine FK-Solaranlage oder Zusatzheizung mit Differenztemperatur bedienen. Die Hardware ist nicht gerade neu, aber bewährt und preisgünstig.... Bei mehr Anforderungen muss man sich den frei programmierbaren Regler UVR 1611 vornehmen.
Details zu Dimplex: klicken!	Zweite Möglichkeit Die Regler von dimplex bieten sich für viele einfache Einsatzbereiche an. Den Wärmepumpenmanager könnte ich mir auch an einem konventionellen Kessel vorstellen. Sehr guter Downloadbereich!
Details zu Priva HX: klicken!	Dritte Möglichkeit Die Regler von Priva sind in komplizierteren Automationsprozessen der Hit. Ab 3000€. Wesentliche Vorteile: Alle Möglichkeiten der Änderungen webbasiert. Konfiguration, Störmeldungen und Datenerfassung. Frei programmierbar mit Funktionsmodulen. Der Einsatz muss genau geplant und das Gerät passend konfiguriert werden. Unser Lieferant weiß als Priva-Partner, was er macht...

• Funktionsbeschreibung auf 108 Seiten.
• So sehen die Temperaturen mit einem einstufigem Brenner aus.
• Wesentliche Vorteile:
  1. gute Brennwertnutzung bei ein- oder zweistufigen Brennern
  2. volles Ausnutzen der Gebäudepufferung bei großer Wassermenge der Abnehmer: Boden-/Wandheizung, alte Radiatoren.
• Wesentliche Nachteile:
  
  1. Bei kleinen Wassermengen (wie 1Rohr-Konvektor-Anlagen) merkt man deutlich jedes Nachheizintervall bei stufigen Brennern.
  2. Undurchsichtige Ansteuerung von modulierenden Brennern und durch Schwingungen des Ausgangssignals keine volle Ausnutzung der Modulationstiefe eines Kessels. Selbst für den Fachmann nicht einstellbare Regelparameter, die die Vorlauftemperatur immer wieder zu schnell gegen die Abschaltgrenze laufen lässt.
  3. Analoge Modemtechnik bei Fernbedienung, kein Webinterface (TCP/IP), rudimentärere PC-Zugang nur über Terminalprogramm textbasiert.
  4. Magere Dokumentation, keine Downloadseite, unwillige Updatepolitik.
  5. Beim Einbau der RB-Steuerung müssen Sie unbedingt darauf achten, die 230V- und Niederspannungskabel getrennt zu verlegen: Alle Fühlerkabel und alle 0...10V-Ausgänge müssen in separaten Kabelkanälen und mit abgeschirmten Leitungen verlegt werden (mindestens ein Telefonkabel). Schaltschrank, Schirme und alle freien nicht-belegten Adern der Fühlerkabel müssen auf den Potenzialausgleich gelegt werden. Sie dürfen nur an einer Seite des Kabels geerdet werden. Ein grüngelber NYM-Draht des Außenfühlers wird so von einer Antenne zur Abschirmung. (Auch andere digitale Regler laufen mit dieser Beschaltung zuverlässiger.)

• zum Brennwert...
• zu störungsfreien Versorgungs-Netzformen für Digitalregler.

5. Denkanstoß: Verluste machen warme Füße

Abluftschlauch zur Luftumlenkung der PC-Abluft, [Foto: L.Spangenberg]

Luftumlenkung der PC-Abluft: Idee und Ausführung kommen von Lutz Spangenberg. Danke!   'Der 100er Bogen ist schlicht und ergreifend mit einem einzigen Draht gesichert. Ich habe in den Bogen ein kleines Loch gebohrt, einen Draht mit Knoten am unteren Ende hindurch gezogen und diesen an einer Gehäusebohrung befestigt. Das Eigengewicht von Bogen und Schlauch drücken zuverlässig dichtend gegen den Lüfter.       Das hat einen provisorischen Charakter, ist aber dafür bei wärmerer Witterung auch schnell abzunehmen. Die Idee wurde zunächst nur als Test umgesetzt - mittlerweile möchte ich aber nicht mehr darauf verzichten.'   Material: Bindedraht 100er HT oder KG-Bogen, 45º empfohlen 1m Abluftschlauch 100 für Wäschetrockner Schaumgummmi zum Dichten

Wärmebild PC unterm Tisch

Das sieht die Thermokamera: Wenn man sich klar macht, wie ein PC-Netzteil die Wärme von ca. 100W nach hinten rausfeuert... Deutlich ist vorne der kühle Ansaugfilter zu sehen.   Bei einer 10stündigen Arbeitssitzung werden dann pro Rechner 1kWh elektrisch erzeugte Wärme ins Büro geblasen. Im Sommer muss diese weggelüftet oder schlimmer noch: 4mal so teuer elektrisch weggekühlt werden.