Wo Ws Hu; Hi Brennwert Ho; Hs Heizwert

Präsentation zum Thema: "Wo Ws Hu; Hi Brennwert Ho; Hs Heizwert"—  Präsentation transkript:

1 Wo Ws Hu; Hi Brennwert Ho; Hs Heizwert
Einführung Wo Ws Hu; Hi Brennwert Ho; Hs Heizwert Durch die Übernahme der Europa-Norm ergeben sich einige Neuerungen in der Gastechnk. Die Änderung der Kurzzeichen für Gas-Kennwerte ist z.B ein Punkt. Die Anforderungen an Wirkungsgrade und Schadstoffemissionen werden zunehmend verschärft. Der Umgang mit modernen Gasheizkesseln erfordert dem zur Folge fundierte Kenntnisse über den Brennstoff wie auch über die Wärmeerzeuger. Gute Kenntnis ergibt für Sie Sicherheit im Umgang mit modernen Produkten. Sicherheit heißt für ihren Kunden, schnelle und Zielorientierte Wartung bzw. Störungsbeseitigung.

2 Schulungsthemen Wissenswertes zum Brennstoff Gasdrücke Kesselaufbau
Normen und Richtlinien Bauteile in der Gasleitung Verbrennungsluft- versorgung Gastechnische Kennwerte Brennstabaufbau Abgasmessung Fundierte Aussagen und Erläuterungen zu jedem Schulungsthema ergeben die Grundlage zum sicheren Umgang mit Gasheizkessel. Wo kommt bei der Brennwerttechnik das Kondenswasser her? Eine bedeutende Frage. Luftfeuchtigkeit oder Brennstoffzusammensetzung? Das Thema „Wissenswertes zum Brennstoff“ bringt Klarheit. Solche oder ähnliche Fragen könnten von Ihrem Kunden gestellt werden. Hierbei sollten Sie beachten, dass der orientierte Kunde Sie an Ihren Aussagen misst. Normen und Richtlinen sind nicht jeder Mannes Sache, aber nicht wissen schützt bekanntlich vor Strafe nicht. Zum einstellen von Gasmengen werden Gastechnische und Kesselspezi-fische Kennwerte benötigt. Welche es gibt und wo man sie bekommt sind weitere Schulungsthemen. Die gewählten Themen sollen Ihnen detaillierte Kenntnisse und damit Sicherheit im Umgang mit dem Brennstoff Gas und den dazugehörigen Produkten verschaffen. Kesselspezifische Kennwerte Startverhalten Einstellen der Gasmenge Flammenüber- wachung

3 Einteilung der technischen Brenngase nach Arbeitsblatt G260/1
Gasfamilien Einteilung der technischen Brenngase nach Arbeitsblatt G260/1 „Gasbeschaffenheit“ Gasfamilie Bezeichnung 1. Gasfamilie Stadtgas 2. Gasfamilie Erdgas 3. Gasfamilie Flüssiggas 4. Gasfamilie Flüssiggas/Luft

4 Zusammensetzung von Erdgas
Bedingt durch ihre Entstehung unterscheidet sich die Zusammensetzung von Erdgas Gruppe LL Gruppe E C3H8 1,3 % CnHm 3,6 % CO2 1,0 % N ,1 % C3H8 0,5 % CnHm 2,9 % CO2 1,2 % N ,2 % CH4 93,0 % CH4 81,2 % Erdgas ist ein natürliches Produkt. Bedingt durch die Entstehung und dem ehemaligen Umfeld unterscheidet sich die Zusammensetzung. Der Haupbestandteil unseres Erdgases ist Methan, in der Chemie als CH4 be- zeichnet. Der Kennbuchstabe C steht stellvertretend für Kohlenstoff, sowie der Kennbuchstabe H für die Anwesendheit von Wasserstoff. Die Konzentration von Methan hat einen wesentlichen Einfluss auf die Energie des Erdgases. Basierend auf dem Energieinhalt wird das Erdgas in zwei Gruppen eingeteilt. Hierbei kennzeichnet die Gruppe LL (früher L) das Edgas mit einem niedrigerem, und die Gruppe E (früher H) das Erdgas mit einem höherem Energieinhalt. Mit den Kurzbezeichnungen LL und E werden beide Gruppen unterteilt. Die frühere Bezeichnung L und H kommt aus dem englischen Wortschatz. L steht hierbei für Low und H für High. Frei übersetzt bedeuten diese Kennbuchstaben niedrig und hoch, was wiederum Rückschlüsse auf den Energieinhalt zulässt. Mit der Einführung der Europa-Norm wurden diese Kennbuchstaben durch die Kurzbezeichnung LL und E ersetzt. Diese Änder- ung hat keinerlei Auswirkungen auf die Zusammensetzung der jeweiligen Gruppe. Die Restbestandteile des Erdgase sind unter anderem Flüssiggas Propan C3H8, Kohlenwasserstoffe CnHm, Kohlendioxid CO2 und Stickstoff N2. Flüssiggas besteht aus reinen Kohlenwasserstoffen. Hier unterscheidet man Flüssiggas Propan C3H8 und Butan C4H10. Butan hat auf Grund seiner Zusammensetzung den höheren Energieinhalt. Zu Heizzwecken im kleinen Leistungsbereich kommt es eher selten zum Einsatz, da die eigenständige Verdampfung (Umwandlung vom flüssigen in den gasförmigen Zustand) unterhalb 0°C nicht mehr stattfindet.

5 Gase reagieren auf Luftdruck
Energieinhalt größer Energieinhalt kleiner Volumen kleiner Volumen größer Dichte größer Dichte kleiner Betrachten wir als erstes den Druck. Ausgangsbasis ist das Volumen von 1m3. Bei steigendem Druck wird das Erdgas komprimiert. Hierdurch bedingt erhöht sich die Dichte und das Ausgangsvolumen wird verringert. Eine größere Dichte bedeutet, dass in 1m3 Erdgas mehr Anteile von Kohlen- und Wasser-stoff vorhanden sind. Die Folge ist, dass der Energieinhalt bezogen auf 1m3 größer wird. Die Heizleistung steigt somit. Steigender Druck führt somit zu folgenden Änderungen: Die Dichte wird größer Das Volumen wird verringert Der Energieinhalt steigt Eine Verringerung des Druckes beeinflusst die oben genannten Änderungen in umgekehrter Reihenfolge. Sinkt der Druck, wird das Volumen entspannt. Das widerum führt zu einer Ausdehnung des Volumens. Um auf den Ausgangswert von 1m3 zurück zu kommen, muss das Ausdehnungsvolumen abgerechnet werden. Das Ausdehnungsvolumen enthält jedoch bestimmte Anteile an Kohlen- und Wasserstoff, die im Anschluss nicht mehr zur Verfügung stehen. Hierdurch bedingt sinkt die Dichte und der Energieinhalt. Eine Reduzierung des Druckes führt somit zu folgenden Änderungen: Die Dichte wird geringer Das Volumen wird größer Der Energieinhalt sinkt Luftdruck steigt Luftdruck sinkt

6 Gase reagieren auf Temperatur
Energieinhalt größer Energieinhalt kleiner Volumen kleiner Volumen größer Dichte größer Dichte kleiner Änderungen der Gastemperatur führen zu den gleichen Änderungen des Gas-zustandes wie der Druck, nur in umgekehrter Reihenfolge. Eine Reduzierung der Gastemperatur führt zu einer Verringerung des Volumens und Erhöhung der Dichte. Der Energieinhalt steigt. Eine Erhöhung der Gastemperatur bewirkt eine weitere Ausdehnung des Volumens. Die Dichte wird verringert, was eine Reduzierung des Energie-inhaltes zur Folge hat. Betrachten wir die Auswirkungen von Druck- und Temperaturänderungen unter diesen Vorraussetzungen. Um Gase miteinander vergleichen zu können, ist es unbedingt erforderlich, dass beide Gase die gleichen Zustandsgrößen haben. Temperatur sinkt Temperatur steigt

7 Gastechnische Kennwerte
Gaskennwerte beschreiben die brenntechnischen und physikalischen Eigenschaften von Brenngasen. Im Zusammenwirken mit dem Gasbrenner und dem Brennraum bestimmen sie das Brennverhalten. Auch bei der Frage der Austauschbarkeit eines Gases gegenüber einem anderen dienen die Kennwerte als Beurteilungskriterien. Normzustand Brennwert Betriebszustand Heizwert Der Energieinhalt von Erdgas wird in der Regel in kWh/m3 angegeben. Das Volumen, allso 1m3, ist immer konstant. Ist hierdurch aber auch der Energieinhalt konstant? Der Zustand von Erdgas ist im wesentlichen abhängig von der Temperatur und dem Druck. Jegliche Veränderungen dieser beiden Parameter bewirken gleichzeitig Veränderungen des Gaszustandes und des Energieinhaltes. Angaben der Bezugstemperatur und des Druckes gehören somit zu den Grundlagen, um den Zustand des Gases zu beschreiben. Genaue Angaben sind in der Beschreibung des Norm- und Betriebszustandes festgelegt. Detailiierte Kenntnisse über den Wobbe-Index und den Betriebsheizwert sind für den Praktiker von besonderer Bedeutung. Beide Kennwerte werden zum Einstellen eines Gasheizkessels benötigt. Für die Praxis ist der Brenn- und Heizwert von untergeordneter Bedeutung. Genaue Kenntnisse über diese Kennwerte sind jedoch erforderlich, um Ihrem Kunden die Funktion der modernen Brennwerttechnik in einem Verkaufs- oder Beratungsgespräch zu erläutern. Wirkungsgrade bei der Brennwerttechnik über 100%? Für Ihren Kunden ein Buch mit sieben Siegel. Die Unterschiede zwischen Brenn- und Heizwert und der Bezugsgrößen geben hier den genauen Aufschluss. Wobbe - Index Betriebsheizwert

8 Norm- und Betriebszustand 1
Gase reagieren auf Luftdruck und Temperatur Luftdruck ? Luftdruck 0 °C 10 °C 15 °C 20 °C 1 m3 ? Wie im Vorfeld bereits erwähnt, reagiert Erdgas auf Änderungen der Gastem-peratur und des Luftdruckes. In der Folge wollen wir Ihnen etwas näher erläutern was wirklich passiert, wenn der Druck oder die Temperatur steigt oder sinkt. Welche Folgen ergeben sich zum Beispiel für die Gasdichte, dass Volumen und dem Energieinhalt.

9 Norm- und Betriebszustand 2
Normzustand Luftdruck 1013,25 mbar Temperatur 0°C Reduzierung des Energieinhaltes ca. 6 % Bei der Angabe des Energieinhaltes wird in der Regel der exakte Luftdruck und die Temperatur nicht separat mit aufgeführt. Die Versorgung mit Erdgas im öffentlichen Gasnetz erfolgt bei einer Gastemperatur von 15°C und einem angenommenen Luftdruck von 1013,25mbar. Die Gastechnik fast diese Paarung von Temperatur [°C] und Luftdruck [mbar] unter dem Kennwert „Betriebszustand“ zusammen. Als Kurzbezeichnung wurde früher die Defini-tion „HuB“ verwendet. Mit der Einführung der Europa-Norm wurde diese Bezeichnung in „HiB“ geändert. Der Energieinhalt vom 1m3 Erdgas im Betriebszustand wird angegeben in kWh/m3. Dieser Kennwert ist für den Praktiker von wesentlicher Bedeutung, um die erforderliche Gasmenge, bezogen auf eine bestimmte Kesselbelastung, zu ermitteln (siehe hierzu Thema „Volumetrische Einstellung). Der Normzustand beinhaltet eine Gastemperatur von 0°C, bei einem Luftdruck von ebenfalls 1013,25mbar. Ausgehend von dieser Paarung werden in der Gastechnik die maximalen Energiemengen ermittelt. Eine Versorgung im öffentlichen Gasnetz unter diesen Bedingungen ist hingegen in keiner Weise praktikabel, da die Versorgungsleitungen vereisen würden. Die Erhöhung der Gastemperatur von 0°C auf 15°C zieht zwangsläufig die bereits bekannten Auswirkungen nach sich. Hierdurch bedingt erfolgt eine Reduzierung des Energieinhaltes um ca. 6 Prozent. Betriebszustand Luftdruck 1013,25 mbar Temperatur 15 °C

10 Woher kommt das Verbrennungswasser ?
Brennwert Der Brennwert ist die auf die Brennstoffmenge bezogene Energie, die bei vollständiger Verbrennung frei wird, wenn das Abgas auf Bezugstemperatur von 25°C zurückgekühlt wird. Hierbei kondensiert der Wasserdampf und gibt seine Kondensationswärme ab. Woher kommt das Verbrennungswasser ? C + O2 CO2 (Kohlendioxid) C = Kohlenstoff H = Wasserstoff O2 = Sauerstoff Der Brennwert, früher auch oberer Heizwert genannt, ist die maximale Energiemenge, die in 1m3 Erdgas, gerechnet im Normzustand, enthalten ist. Vorraussetzung ist allerdings, dass die Abgastemperatur so stark abgekühlt wird, dass der Wasserdampf aus der Verbrennung wieder kondensiert. Zuluft- und Abgastemperatur sollten also gleich sein. Woher aber kommt eigentlich der Wasserdampf? Hauptbestandteil unseres Erdgases ist Methan, in der Chemie als CH4 be-zeichnet. Hieraus läst sich ableiten, dass Methan jeweils aus 1 Atom Kohlenstoff (C) und 4 Atomen Wasserstoff (H) besteht. Der mit der Verbrenn- ungsluft zugefürte Sauerstoff (O2) reagiert in der Verbrennung mit dem Kohlenstoff und Wasserstoff. Als Reaktionsprodukte entstehen CO2, Kohlendioxid, und H2O, Wasser. Bedingt durch die hohen Temperaturen innerhalb der Verbrennung, wird das entstehende Wasser zu Wasserdampf. Die Umwandlung des Wassers in Wasserdampf erfordert Energie, die der Verbrennung entzogen wird. Zur Ermittlung der maximalen, im Erdgas befindlichen, Energiemenge ist es somit erforderlich, dass die aufgewendete Energie zur Umwandlung von Wasser in Wasserdampf, wieder zurückgeführt wird. Der Wasserdampf muss also wieder Kondensieren. Bei modernen Gasheizkesseln findet diese Kondensation im Wärmetauscher, also im Kessel statt. Diese Art der Wärmeerzeuger werden in der Fachwelt als Brennwertkessel bezeichnet. Konstruktionsbedingt gelingt es allerdings nicht, den gesamten Wasserdampfanteil zu kondensieren. Die Kurzbezeichnung für den Brennwert ist Hs, früher Ho = oberer Heizwert. Erdgas = CH4 H + O2 H2O (Wasser) ? l/m3 max. 1,6 l/m3

11 ? Brennwert Vorlauf z.B. 20°C Verbrennungsluft 25°C Abgastemp. 25°C
Rücklauf z.B. 10°C ? Der Brennwert, früher auch oberer Heizwert genannt, ist die maximale Energiemenge, die in 1m3 Erdgas, gerechnet im Normzustand, enthalten ist. Vorraussetzung ist allerdings, dass die Abgastemperatur so stark abgekühlt wird, dass der Wasserdampf aus der Verbrennung wieder kondensiert. Zuluft- und Abgastemperatur sollten also gleich sein. Woher aber kommt eigentlich der Wasserdampf? Hauptbestandteil unseres Erdgases ist Methan, in der Chemie als CH4 be-zeichnet. Hieraus läst sich ableiten, dass Methan jeweils aus 1 Atom Kohlenstoff (C) und 4 Atomen Wasserstoff (H) besteht. Der mit der Verbrenn- ungsluft zugefürte Sauerstoff (O2) reagiert in der Verbrennung mit dem Kohlenstoff und Wasserstoff. Als Reaktionsprodukte entstehen CO2, Kohlendioxid, und H2O, Wasser. Bedingt durch die hohen Temperaturen innerhalb der Verbrennung, wird das entstehende Wasser zu Wasserdampf. Die Umwandlung des Wassers in Wasserdampf erfordert Energie, die der Verbrennung entzogen wird. Zur Ermittlung der maximalen, im Erdgas befindlichen, Energiemenge ist es somit erforderlich, dass die aufgewendete Energie zur Umwandlung von Wasser in Wasserdampf, wieder zurückgeführt wird. Der Wasserdampf muss also wieder Kondensieren. Bei modernen Gasheizkesseln findet diese Kondensation im Wärmetauscher, also im Kessel statt. Diese Art der Wärmeerzeuger werden in der Fachwelt als Brennwertkessel bezeichnet. Konstruktionsbedingt gelingt es allerdings nicht, den gesamten Wasserdampfanteil zu kondensieren. Die Kurzbezeichnung für den Brennwert ist Hs, früher Ho = oberer Heizwert. 1m³ kWh/m³ 1,6 ltr/m3

12 Heizwert 2 kWh , 1 2 kWh , kWh , 1,6 ltr. 1,6 ltr.
2 kWh , 1 2 kWh , kWh , 1,6 ltr. 1,6 ltr. Der Brennwert, früher auch oberer Heizwert genannt, ist die maximale Energiemenge, die in 1m3 Erdgas, gerechnet im Normzustand, enthalten ist. Vorraussetzung ist allerdings, dass die Abgastemperatur so stark abgekühlt wird, dass der Wasserdampf aus der Verbrennung wieder kondensiert. Zuluft- und Abgastemperatur sollten also gleich sein. Woher aber kommt eigentlich der Wasserdampf? Hauptbestandteil unseres Erdgases ist Methan, in der Chemie als CH4 be-zeichnet. Hieraus läst sich ableiten, dass Methan jeweils aus 1 Atom Kohlenstoff (C) und 4 Atomen Wasserstoff (H) besteht. Der mit der Verbrenn- ungsluft zugefürte Sauerstoff (O2) reagiert in der Verbrennung mit dem Kohlenstoff und Wasserstoff. Als Reaktionsprodukte entstehen CO2, Kohlendioxid, und H2O, Wasser. Bedingt durch die hohen Temperaturen innerhalb der Verbrennung, wird das entstehende Wasser zu Wasserdampf. Die Umwandlung des Wassers in Wasserdampf erfordert Energie, die der Verbrennung entzogen wird. Zur Ermittlung der maximalen, im Erdgas befindlichen, Energiemenge ist es somit erforderlich, dass die aufgewendete Energie zur Umwandlung von Wasser in Wasserdampf, wieder zurückgeführt wird. Der Wasserdampf muss also wieder Kondensieren. Bei modernen Gasheizkesseln findet diese Kondensation im Wärmetauscher, also im Kessel statt. Diese Art der Wärmeerzeuger werden in der Fachwelt als Brennwertkessel bezeichnet. Konstruktionsbedingt gelingt es allerdings nicht, den gesamten Wasserdampfanteil zu kondensieren. Die Kurzbezeichnung für den Brennwert ist Hs, früher Ho = oberer Heizwert.

13 Heizwert Der Heizwert ist die auf die Brennstoffmenge bezogene Energie, die bei vollständiger Verbrennung frei wird, wenn das Abgas auf Bezugstemperatur von 25°C zurückgekühlt wird, der Wasserdampf im Abgas aber dampfförmig gedacht bleibt. 100 Temperatur °C Wasser Dampf Verdampfungswärme Luftdruck Kondensationswärme Auf Grund seiner Zusammensetzung kann bei der Verbrennung von Erdgas eine Wassermenge von ca. 1,6 Litern entstehen. Wieviel Energie ist eigentlich erforderlich, um diese Wassermenge von dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand umzuwandeln? Um 1,6l Wasser von 0°C auf 100°C zu erwärmen, muss diesem eine Energie-menge von 187 Wh zugeführt werden. Um aber 1,6l Wasser zu Verdampfen, ist eine 5fach größere Energiemenge erforderlich. Genau genommen 1000 Wh. Die Wärmemenge, die erforderlich ist, um Wasser in den dampfförmigen Zustand umzuwandeln, nennt man Verdampfungswärme. Die zugeführte Ver- dampfungsenergie kann durch Abkühlung, und damit verbundener Konden-sation der Heizgase, zurückgewonnen werden. Die bei der Kondensation frei werdende Wärme wird als Kondensationswärme bezeichnet. Die hier genannten Angaben sind auf einen Luftdruck von 1013,25mbar (Meereshöhe) bezogen. Steigt der Luftdruck, steigt auch die Temperatur die erforderlich ist, um Wasser zu verdampfen. Bei geringerem Luftdruck findet die Verdampfung schon bei niedrigeren Temperaturen statt. Bezogen auf den Brennwert, nimmt die Verdampfungswärme einen Energie-anteil von ca. 11 Prozent in Anspruch. Bei modernen Brennwertkesseln wird ein großer Teil dieser Energie durch Kondensation zurückgewonnen. Der durch die Verdampfungswärme reduzierte Energieinhalt wird als unterer Heizwert bezeichnet. Als Kurzzeichen wird Hi (früher Hu) verwendet. Der Energieinhalt wird auf den Norm-Zustand bezogen. Energie kWh/m3 0,187 1,190

14 Kurzzeichen Brennwert Hsn kWh / m3n Heizwert Hin kWh / m3n Heizwert
Früher Hon Hsn kWh / m3n n = Normzustand H = Heizwert S = Superior ( über ) n = Normzustand Heizwert Früher Hun Hin kWh / m3n H = Heizwert i = Inferior ( unter ) Nachfolgend werden für den Praktiker wichtige Kurzbezeichnungen der Gastechnik erläutert. Brennwert / Heizwert = Kurzeichen H Der Buchstabe „H“ kennzeichnet den Begriff „Heizwert“. Er alleine gibt aber keinen Aufschluss darüber, ob der bei der Verbrennung enstehende Wasser-anteil flüssig oder dampfförmig vorliegt. Detaillierte Zustandsformen des Wasseranteils sind in den Kurzbezeich-nungen „s“ (früher „o“) bzw. „i“ (früher „u“) festgelegt. Die Kurzbezeichnung „s“ (früher „o“) kennzeichnet den Wasseranteil in flüssiger Form. „s“ steht stellvertretend für superior und bedeutet soviel wie „über“. Die Kurzbezeichnung „o“ wurde für den Begriff oberer Heizwert verwendet. Die Kurzbezeichnung „i“ kennzeichnet den Wasseranteil in dampfförmiger Form. „i“ (früher „u“) kennzeichnet den Begriff „inferior“, was frei übersetzt „unter“ bedeutet. Das „u“ kennzeichnete den unteren Heizwert. Der angenommene Luftdruck und die dazugehörige Gastemperatur werden durch die Begriffe Normzustand und Betriebzustand definiert. Die Kurzbezeichnung „n“ kennzeichnet hier den Normzustand. Die Kurzbezeichnung „B“ kennzeichnet den Betriebszustand. Definition Normzustand: Luftdruck 1013,25mbar, Gastemperatur 0°C. Definition Betriebszustand: Luftdruck 1013,25mbar, Gastemperatur 15°C. B = Betriebszustand Heizwert Früher HuB HiB kWh / m3 H = Heizwert i = Inferior ( unter )

15 Energie / Verhältnis Brennstoff Brennwert Hsn Heizwert Hin
Kondensations-wärme Erdgas E 11,46 kWh/m3n 10,35 kWh/m3n 11 % Erdgas LL 9,78 kWh/m3n 8,83 kWh/m3n 11 % Flüssiggas P 28,28 kWh/m3n 25,99 kWh/m3n 9 % Die Zusammensetzung verschiedener Brennstoffe ist abhängig von ihrer Entstehung und Aufbereitung. Der in der oben aufgeführten Tabelle genannte Brennwert von Erdgas, ist ein in Deutschland vorkommender Mittelwert. Die genannten Brennwerte von Flüssiggas und Heizöl EL sind hingegen konstant. Die zur Verdampfung, des bei der Verbrennung entstehenden Wasseranteils, erforderliche Energiemenge, ist Brennstoffspezifisch unterschiedlich. Den höchsten Energieeinsatz erfordert die Verbrennung von Erdgas. Hier beträgt der Anteil der Verdampfungswärme ca. 11 Prozent. Dem zur Folge ist hier das größte Potential zur Gewinnung der Kondensationswärme vor-handen. Die Verdampfungsenergie bei Flüssiggas liegt bei ca. 9 Prozent und bei Heizöl EL bei ca. 6 Prozent. Die aufgeführten Energiemengen sind auf den Brennstoffspezifischen Norm- Zustand bezogen. Bezugsgröße für die Angabe der Kesselleistung und des Wirkungsgrades ist in Deutschland der untere Heizwert (Hi). Die Energiemenge des unteren Heizwertes wird in Deutschland als 100 Prozent angegeben. Es wird allso angenommen, dass der Wasseranteil den Wärmeerzeuger dampfförmig verlässt. Kommt es hingegen im Wärmeerzeuger zur teilweisen Kondensation des Wasseranteiles, wird ein bestimmter Teil der Verdampfungswärme als Kondensationswärme zurückgewonnen. Das Ergebnis ist hierbei, dass der angenommene Wirkungsgrad von 100 Prozent überschritten wird. Heizöl EL 10,59 kWh/l 9,96 kWh/l 4 %

16 Relative Energie Brennstoff Brennwert Hsn Heizwert Hin
Betriebsheizwert HiB Erdgas E Erdgas LL 100 % Wasseranteil kondensiert 89 % Wasseranteil dampfförmig minus 11% 83 % Reduzierung durch Gastemperatur minus 6%

17 WobbeIndex 1 Erdgas unterscheidet sich je nach Herkunft in seiner Zusammen-setzung. Hierdurch unterliegt auch der Energieinhalt gewissen Schwankungen. Auszug aus dem Arbeitsblatt G260/1 „Gasbeschaffenheit“ Brennwert Hs = 8,4 – 13,1 kWh/m3n Das Arbeitsblatt G260/1 mit dem Titel „Gasbeschaffenheit“ enthält die Anforderungen, die zur Versorgung mit Brenngas in der öffentlichen Gasver-sorgung festgelegt sind. Es beinhaltet Aussagen zu allen 4 Gasfamilien. Diese sind im einzelnen: 1 Gasfamilie = Stadtgas 2 Gasfamilie = Erdgas 3 Gasfamilie = Flüssiggas 4 Gasfamilie = Flüssiggas/Luft-Gemische Gase der 1 und 4 Gasfamilie werden in Deutschland als reines Brenngas nicht mehr verwendet. Aus diesem Anlass wird im weiteren auf nähere Aussagen zu diesen Gasen verzichtet. Die Zusammensetzung, und damit verbunden der Energieinhalt, von Flüssiggas, ist weitesgehend konstant. Die Zusammensetzung von Erdgas unterliegt bedingt durch seine Entstehung gewissen Schwankungen. Der offizielle Brennwert laut Arbeitsblatt G260/1 liegt zwischen 8,4 – 13,1kWh/3n. Vorraussetzung für den Betrieb von Gaskessel und andere Verbraucher ist, dass der Energieinhalt des Versorgungsgases konstant bleibt. Änderungen des Energieinhaltes ziehen zwangsläufig auch Änderungen der Geräteleistung nach sich. Die zur Verbrennung benötigten Luftmengen reagieren umgekehrt zum Energieinhalt des Gases. Eine kontrollierte Verbrennungsluftversorgung ist also nur gewährleistet, wenn der Energieinhalt des Gases konstant bleibt. Ändert sich die Gaszusammensetzung, dann ändert sich analog die Gerätebelastung !

18 Gerätebelastung bleibt konstant
Wobbe-Index 2 Gerätebelastung bleibt konstant 1 m3n 1 m3n Auszug aus den Technischen Regeln für Gasinstallationen, kurz TRGI `86 Ausgabe `96: „Der Wobbe-Index ist ein Kennwert für die Austauschbarkeit von Gasen hin-sichtlich der Wärmebelastung der Gasgeräte. Gase mit gleichem Wobbe- Index und gleichen Zustandsgrößen ergeben innerhalb einer Gasfamilie bei gleichen Düsen die gleiche Wärmebelastung des Brenners.In der Praxis dient der Wobbe-Index dazu, um über den Düsendruck die Wärmebelastung eines Brenners einzustellen (Düsendruckmethode)“. Einfach ausgedrückt bedeutet das, dass ein Gasversorger Gase mit unterschiedlicher Zusammensetzung mischen kann. Vorrausgesetzt, dass der Energieinhalt bezogen auf 1m3 Erdgas gleich bleibt. Die Hersteller von Gasgeräte können somit ermitteln, unter welchem Gasdruck bei einem deffinierten Düsendurchmesser die zur Wärmebelastung der Brenner erforderliche Gasmenge erreicht wird. Achtung: Der Wobbe-Index wird zwar in kWh/m3n angegeben, ist aber nicht der reale Energieinhalt des Gases. Der Wobbe-Index darf nicht zur mathematischen Ermittlung der erforderlichen Gasmenge verwendet werden.

19 Wobbe-Index 3 Der Wobbe-Index ist ein Kennwert für die Austauschbarkeit von Gase hinsichtlich der Wärmebelastung der Gasgeräte. Ws = Wobbe-Index = Dichteverhältnis zwischen Gas und Luft Hs = Brennwert Die oben aufgeführte Gleichung beschreibt den Zusammenhang zur Ermittlung des Wobbe-Index. In der Praxis wird der Begriff „Wobbe-Index“ eher selten ausgeschrieben. Das Kurzzeichen für den Wobbe-Index ist Ws. Hierin steht das „W“ für den Gesamtbegriff Wobbe-Index. Das „s“ (früher „o“) steht stellvertretend für den oberen Heizwert, heute Brenn-wert. Das Dichteverhältnis zwischen Gas und Luft spiel eine wesentliche Rolle in dieser Gleichung. Die Gasdichte kann Änderungen in dem Energieinhalt des Gases korrigieren. Beide Werte, der Brennwert und das Dichteverhältnis, müssen so aufeinander abgestimmt sein, das das Endprodukt immer konstant bleibt. Andere Brenntechnische Eigenschaften wie Zündgeschwindigkeit, Abhebenei-gung der Flamme vom Brenner oder Rückschlagverhalten, werden im Wobbe-Index nicht berücksichtigt.

20 Wobbe-Index 4 Ws = konstant 14,55 kWh/m3n Leistung konstant
Belastung konstant

21 Wobbe-Index 5 Der gültige Wobbe-Index-Bereich ist im Arbeitsblatt G260/1 „Gasbeschaffenheit“ festgeschrieben 2.Gasfamilie Erdgas LL Erdgas E Einheit Wobbe-Index 10,5 – 13,0 12,8 – 15,7 kWh/m3n Brennwert Hs 8,84 – 13,14 kWh/m3n Dichteverhältnis 0,55 – 0,70 ---

22 Reaktion Erdgas/Sauerstoff
Reaktionsprodukte von Erdgas und Sauerstoff Wasserdampf H O H2O O2 O Der wesentliche Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan, chemisch CH4. Der Kennbuchstabe „C“ steht stellvertretend für den Kohlenstoffanteil und der Kennbuchstabe „H“ für den Wasserstoffanteil. Für die Verbrennungsreaktion wird Sauerstoff, chemisch O2, benötigt. Setzen wir voraus, dass die Verbrennung von Methan mit reinem Sauerstoff erfolgt, ergibt sich folgende Reaktion: Der Kohlenstoff C reagiert mit Sauerstoff O2 zu CO2 (Kohlendioxid) Der Wasserstoffanteil H4 reagiert mit Sauerstoff O2 zu 2Teile H2O (Wasser) Als Endprodukte entstehen somit 100% Kohlendioxid und Wasserdampf. C H CH4 100% CO2 C O CO2

23 Stöchiometrische Verbrennung
Die vollständige (stöchiometrische) Verbrennung Wasserdampf Luft 100% N2 78Vol.% N2 88Vol.% 100 Vol.% O2 21Vol.% Reiner Sauerstoff steht für die Verbrennung in Gebäudeheizungen nicht zur Verfügung. Der benötigte Sauerstoff wird der Verbrennung mit der Umgebungsluft zugeführt. Die Umgebungsluft besteht aus ca. 21Vol.% Sauer- stoff und 78Vol.% Stickstoff (N2). Der Stickstoff nimmt gegenüber dem Sauer- stoff nicht aktiv an der Verbrennung teil. Die Versorgung des Brennstoffes mit der benötigten Sauerstoffmenge führt aus diesem Grund zu einem größeren Gesamtvolumen. Stellen wir der Verbrennung nur soviel Luft zur Verfügung, dass jedes Teil Kohlenstoff mit Sauerstoff versorgt wird, ergibt sich folgende Volumenaufteilung: Kohlendioxid= Erdgas 12,0Vol.% Flüssiggas 13,4Vol.% Heizöl EL 15,4Vol.% Stickstoff= Erdgas 88,0Vol.% Flüssiggas 86,6Vol.% Heizöl EL 84,6Vol.% Gesamtvol. = Erdgas 100Vol.% Flüssiggas 100Vol.% Heizöl EL 100Vol.% Diese vollständige Verbrennung wird als stöchiometrische Verbrennung bezeich-net. Brenn- stoff Brenn- stoff CO2 12Vol.%

24 Tatsächliche Verbrennung
Die überstöchiometrische Verbrennung Wasserdampf Luft tats. Luft 100% N2 85Vol.% 100 Vol.% In der Praxis ist eine stöchiometrische Verbrennung nicht möglich, da die voll- ständige homogene Gemischaufbereitung von Brennstoff und Sauerstoff mit den heute zur Verfügung stehenden Mitteln nicht realisiert werden kann. Wird der Brennstoff nicht ausreichend mit Sauerstoff versorgt, entsteht Ruß oder Kohlenmonoxid (CO). Um dies zu vermeiden, wird dem Brennstoff mehr Luft zur Verfügung gestellt wie er tatsächlich benötigt. Die von der Verbrennung nicht benötigte Luftmenge vergrößert zwangsläufig das Gesamt- volumen. Der nicht an der Verbrennungsreaktion teilnehmende Sauerstoff wird als Restsauerstoff bezeichnet. Die Abgasanalyse unter Verwendung von 50% Luftüberschuss würde bei dem Brennstoff Erdgas folgendes Ergebnis ergeben: Kohlendioxid= 8Vol.% Restsauerstoff= 7Vol.% Stickstoff= 85Vol.% Gesamtvolumen= 100% Hierdurch wird erkennbar, dass der volumetrische Anteil des Kohlenstoffes mit steigender Luftmenge geringer wird. Der aufgeführte Restsauerstoff von 7Vol.% ist der Sauerstoffanteil, der von dem Kohlenstoff nicht mehr zur Reaktion benötigt wurde. Das Gesamtvolumen ergibt wiederum 100%. Durch den Luftüberschuss ist das tatsächliche Volumen aber um 50% größer geworden. Mathematisch kann der Luftüberschuss ermittelt werden. 7Vol.% Brenn- stoff Brenn- stoff CO2 8Vol.%

25 Berechnung des Luftverhältnis Lambda
Lambda-Berechnung Berechnung des Luftverhältnis Lambda Wasserdampf CO2 8Vol.% 7Vol.% N2 85Vol.% CO2 12Vol.% N2 88Vol.% Wasserdampf Luftmenge tatsächlich Lambda = Luftmenge stöchiometrisch CO2 max. (stöchiometrisch) Lambda = CO2 gem. (tatsächlich)

26 Berechnung des Luftverhältnis Lambda
Lambda-Beispiel Berechnung des Luftverhältnis Lambda Wasserdampf CO2 8Vol.% 7Vol.% N2 85Vol.% 12Vol.% 88Vol.% Lambda = CO2 max. (stöchiometrisch) CO2 gem. (tatsächlich) 12,0 Vol.% = 1,50 Lambda = 8,0 Vol.% Beispiel für den Brennstoff Erdgas: Der maximale volumetrische Kohlendioxidanteil, der bei der vollständigen (stöchiometrischen) Verbrennung entstehen kann, beträgt 12Vol.%. Würde sich als Messergebnis in der Praxis auch ein Kohlendioxidanteil von 12Vol.% ergeben, entsteht folgendes Verhältnis: 12Vol.% dividiert durch 12Vol.% = 1,0 1,0 bedeutet, dass der Verbrennung 100% Luft (Sauerstoff und Stickstoff) zugeführt wurde. Dem Kohlenstoff steht demnach nicht zu wenig und nicht zuviel Luft zur Verfügung. In der Praxis am Gaskessel wurden vom Fachmann nur 8Vol.% Kohlendioxid gemessen. Das bedeutet, dass der Luftanteil größer ist, wie er zur vollständigen Verbrennung erforderlich wäre. Setzt man beide Werte ins Verhältnis, ergibt sich folgendes Ergebnis: 12Vol.% dividiert durch 8Vol.% = 1,50 Das Ergebnis von 1,50 sagt nun folgendes aus: Wie oben beschrieben, bedeutet 1,0 einen Luftanteil von 100%. 1,5 kennzeichnet den Luftanteil von 100% erforderlicher Luftmenge und 50% Luftüberschuss. Der Luftüberschuss wirkt negativ auf den Wirkungsgrad von Wärmeerzeuger. Das heißt, dass mit steigendem Luftüberschuss auch die Verluste steigen, und damit der Wirkungsgrad sinkt. Aus diesem Grund ist eine Verbrennung mit möglichst wenig, aber immer noch ausreichendem Luftüberschuss anzustreben. 100% Luft 50% Überschuss

27 Taupunktdiagramm 50 55 60 45 40 35 30 25 20 15 10 Taupunkttemperatur °C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 CO2 Vol.% 16 12,0 6,0 4,0 3,0 2,4 2,0 1,7 1,5 1,3 1,2 Lambda Gas 1,0 15,4 7,7 5,1 3,8 3,1 2,6 2,2 1,9 1,7 1,5 Lambda Öl 1,3 1,1

28 Feuerungsautomat TFI 812.2 GW HS 10 A max. ST RT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 IS
Z V1 V2 SA MP

29 Flammenüberwachung A
Ionisationsüberwachung Erdungsanschluss Zündelektrode Flammenkern Flammenmantel Gas A = Luft Funktion: Das einströmende Gas und die mittels dem Venturi-Prinzip einströmende Luft werden von der Zündelektrode gezündet. Die sich bildende Flamme besteht aus einem Flammenkern und einem Flammenmantel. Vom Feuerungsautomaten kommt eine Wechselspannung von ca. 180V auf die Überwachungselektrode. Diese Spannung soll gegen Masse abgeleitet werden. Hierzu wird die Flamme als elektrischer Leiter benutzt. Die Ionisationsüberwachung beruht auf dem Effekt, dass neutrale Materie (Atome und Molekühle) bei der Verbrennung in den elektrisch geladenen Zustand (Ionen) übergehen. Hierdurch wird in der Flamme eine elektrische Leitfähigkeit der Verbrenn-ungsprodukte erzeugt. Legt man jetzt an zwei in die Flamme ragende Elektroden (Minus = Überwachungselektrode und Plus = Zündgasbrenner) eine Spannung an, so fließt zwischen den beiden Elektroden über die brennenden Gase ein Strom, solange die Verbrennung anhält. Die optimale Konzentration von Ionen befindet sich im Flammenmantel, da hier die höhere Temperatur und Kohlenstoffkonzentration vorliegt. Die Positionierung der Überwachungselektrode sollte daher immer im Flammenmantel stattfinden. Die Flamme hat zudem den Effekt eines elektrischen Gleichrichters. Aus Wechsel strom an der Elektrode wird Gleichstrom. Bedingt hierdurch muss ein Phasenneutraler elektrischer Anschluss gewährleistet sein. Der abfließende Überwachungsstrom wird in Microampere (µA) Gleichstrom gemessen. Weiterhin ist für die optimale Funktion dieser Überwachungsmethode eine gute Erdung der Anlage erforderlich. Unbedingt beachten: Lage der Elektrode Gute Erdung Phasenneutraler Anschluss (L auf L und N auf N) Überwachungselektrode 180V ~ Lage der Elektrode Gute Erdung Phasen-Neutral anschliessen ( L auf L und N auf N )

30 Überwachungselektrode
Messung µA Feuerungsautomat Erdungsanschluss Zündelektrode A = 180V ~ Überwachungselektrode Messgerät µA 2,8 µA

31 Thermoelektrische Überwachnung
Das Thermoelement Thermoelektrische Überwachnung Kalte Lötstelle Ankerplatte Gasventil Stromkreis Warme Lötstelle Schließfeder Magnetspule

32 Thermoelement mit TW/STW
Gasarmatur Thermoweiche Ausgang Thermoelement Eingang Zündbrenner TW - STW Gasverteilerbalken

33 Messpunkte mV Gasarmatur Spannungsabfall zwischen Ein –und
TW - STW Eingang Ausgang Gasverteilerbalken Gasarmatur Spannungsabfall zwischen Ein –und Ausgang max. 5 mV Haltespannung min. 6 mV Bei brennender Hauptflamme!

34 Zündgasbrenner Junkers
Luftleitblech oberhalb des Zündgasbrenners Diffusionsleitblech Thermoelement Zündelektrode Isoliermatte Brennerplatte Brennerschild

35 Aufbau und Funktionsweise eines Gasdruckreglers
Der Druckregler Aufbau und Funktionsweise eines Gasdruckreglers Druckfeder Atmungsöffnung Arbeitsmembrane Steuerleitung Ventilsitz Ventilteller Atmungsbohrung Die Aufgabe des Gasdruckreglers besteht darin, den zum Brenner gelangenden Gasdruck weitestgehend konstant zu halten und bestehende Netzdruckschwank- ungen auszugleichen. Die regelbare Druckfeder belastet die Arbeitsmenbrane. Der Ventilsitz ist fest mit der Arbeitsmenbrane verbunden. Änderungen der Arbeitsmenbrane führen somit ebenfalls zu Änderungen des Querschnittes zwischen Ventilsitz und Ventilteller. Der Federdruck wirkt dem Gas-Eingangsdruck entgegen. Hierdurch wird ein permanenter Kräfte bzw. Druckausgleich erreicht. Steigt der Eingangsdruck, verlagert sich die Arbeitsmenbrane und Ventilteller nach oben. Der Querschnitt zwischen Ventilteller und Ventilsitz wird somit verringert. Sinkt der Eingangsdruck, verläuft diese Funktion in umgekehrter Reihenfolge. Der Ausgangsdruck bleibt somit konstant. Grundvorraussetzung zur Ordnungsgemäßen Funktion ist hierbei, dass die Luft über der Arbeitsmembrane in freier Verbindung zur Atmosphäre steht. Alle Positionsänder- ungen der Arbeitsmembrane führen zu Änderungen des Luftvolumen oberhalb der Arbeitsmembrane. Die Atmungsöffnung: Die Atmungsöffnung ist die Verbindung zwischen dem Luftraum des Druckreglers und der Atmosphäre. Alle Änderungen des Luftvolumen im Druckregler müssen über diese Verbindung ausgeglichen werden. Verschmutzungen der Atmungsöffnung führen zwangsläufig zu Unregelmäßigkeiten des Gas-Ausgangsdruckes. Beispiel: In der Startphase öffnen die Gas-Magnetventile und der Gasdruck in der Leitung zwischen dem Druckregler und dem Brenner sinkt. Ist die Atmungsbohrung verschmutzt, erfolgt der Volumenausgleich der Luft im Druckregler zeitverzögert. Die Folge ist ein ebenfalls zeitverzögertes Öffnen des Ventilquerschnittes. Das führt zu hartem Startverhalten des Brenners bis hin zu Störabschaltungen. Gas-Eingangs-druck Gas-Ausgangs-druck

36 Regelbarer Gasdruckwächter Fa. Dungs
Der Gasdruckwächter Regelbarer Gasdruckwächter Fa. Dungs

37 BM Entlüftung Quelle: Karl Dungs GmbH

38 Gasdruck laut TRGI Der Gasdruck ist der gemessene statische Überdruck gegen- über der Atmosphäre und wird im Niederdruckbereich in Millibar (mbar) angegeben. Ruhedruck Fließdruck Versorgungsdruck Niederdruck Mitteldruck Betriebsdruck Anschlußdruck Düsendruck

39 Druck ist im gesamten Rohrnetz gleichmäßig
Ruhedruck Der Ruhedruck ist der Gasdruck des nicht strömenden (ruhenden) Gases. Alle Magnetventile sind geschlossen Keine Reibungsverluste Druck ist im gesamten Rohrnetz gleichmäßig Anhaltswerte : 28 – 30 mbar

40 Fließdruck Der Fließdruck ist der Druck des strömenden (fließenden) Gases Alle Magnetventile sind geöffnet Reibungsverlust ist abhängig vom Durchsatz und Rohrquerschnitt Druck ist im gesamten Rohrnetz ungleichmäßig. Lage des Meßpunktes ? Bemerkung : Feste Angaben sind aus o.g. Gründen nicht möglich

41 Am Anschluß des Gasgerätes ist der geringste Gasdruck =
Anschlußdruck Der Anschlußdruck ist der Fließdruck am Gasanschluß eines Gasgerätes Alle Magnetventile sind geöffnet Messen, wenn das Gasgerät auf voller Nennlast betrieben wird. Sind mehrere Gasgeräte vorhanden, müssen alle Geräte in Betrieb sein. Am Anschluß des Gasgerätes ist der geringste Gasdruck = Summe aller Verluste Anschlußdruck laut Arbeitsblatt G260/1 „Gasbeschaffenheit“ : 18 – 24 mbar

42 Messpunkt Anschlußdruck
Messpunkt für Ruhedruck und Anschlußdruck Fließrichtung Anschluß für U-Rohr

43 Druckverlust der Rohrleitung
Druckverlauf 1 Druckverlauf zwischen Ruhedruck und Anschlußdruck Messung 1 Ruhedruck Druckverlust der Rohrleitung min. 18mbar bei Nennlast Anschlußdruck

44 Druckverlauf zwischen Ruhedruck und Anschlußdruck
Messung 2 Ruhedruck Anschlußdruck 1. Rohrleitung zu klein 2. Gasfilter verschmutzt Druckverlust zu groß

45 Gaszähler läuft zu schwer an = zu großer Widerstand
Druckverlauf 3 Druckverlauf zwischen Ruhedruck und Anschlußdruck Messung 3 Ruhedruck Anschlußdruck Druckverlauf nach Regelab- schaltung Gaszähler läuft zu schwer an = zu großer Widerstand Druck fällt unter den min. Wert und steigt wieder an

46 Druckverlauf zwischen Ruhedruck und Anschlußdruck
Messung 4 Ruhedruck Anschlußdruck Druck steigt über den normalen Ruhedruck und fällt wieder ab Atmungsbohrung Druckregler verstopft ! Druck fällt unter den min. Wert und steigt wieder an

47 Widerstand vom Lochbild und Brennstabquerschnitt
Brennstabaufbau Vereinfachter Aufbau eines atmosphärischen Brennstabes Verteilerbalken Gasdüse Venturi-Rohr Lochbild Gas-druck Geschwindig- keit Widerstand vom Lochbild und Brennstabquerschnitt

48 Abhängigkeit und Zusammensetzung des Gas- Luftgemisches
Anteil der Luftmenge Abhängigkeit und Zusammensetzung des Gas- Luftgemisches Luft-Ansaugstrecke Primärluftanteil Anteil Brenngas 100% Anteil Luft 55 – 75%

49 Flammengeschwindigkeit
Verhältnis zwischen Ausström- und Zündgeschwindigkeit Zündgeschwindigkeit Primärluftanteil Ausströmgeschwindigkeit

50 Luftverhältnis, Vollständige und unvollständige Verbrennung
Ausbrandkurve Luftverhältnis, Vollständige und unvollständige Verbrennung 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 CO-Gehalt [ppm] Stabiler Arbeitsbereich 1 1,1 1,2 2,0 1,3 1,5 1,7 2,4 3,0 4,0 Lambda 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 Vol.% CO2 K

51 Vollständige Verbrennung
Flammenaufbau alt Gas-Luft-Gemisch 1:0,6 Flammenmantel Luftüberschuss Vollständige Verbrennung Flammenkern Luftmangel

52 Vollständige Verbrennung
Kurze Flamme 60% Sekundärluft Geringer CO-Wert 100% Gas 60% Primärluft Lochbild sauber Brennstab sauber Kesselblock sauber Gasdruck stimmt

53 Unvollständige Verbrennung
60% Sekundärluft Lange Flamme Erhöhter CO-Wert Rußbildung 100% Gas 40% Primärluft Lochbild verschmutzt Brennstab verschmutzt Kesselblock verschmutzt Gasdruck zu hoch

54 Thermische NOX - Bildung
Flammentemperatur Verweilzeit Sauerstoffpartialdruck NOX 100%  =1,2  =1,0  =0,95  =0,9 1200°C 2000°C 0,1s 0,2s 0,3s 0,5 1,0 1,5 

55 NOX-Reduzierung durch Flammenkühlung
NOX – Kühlstäbe NOX-Reduzierung durch Flammenkühlung Flammenlänge = Verweilzeit 60% Sekundärluft Kühlstäbe Höchste Temperatur 100% Gas 60% Primärluft

56 Vollständige Vormischung
Primärluftanteil Gas-druck Geschwin-digkeit Gasanteil 100% Primärluftanteil %

57 Ausströmge-schwindigkeit
Flammenaufbau neu Sekundärluftanteil 0 – 20% Kurze Flamme = Kurze Verweilzeit Geringer NOX Zündgeschwindigkeit Ausströmge-schwindigkeit Gas-Luft-Gemisch 1:1,0 - 1,2

58 Flamme Alt - Neu Alt Neu Vollständige Vormischung Kurze Flamme
Gas-Luft-Gemisch 1:0,6 Kurze Flamme Geringe Verweilzeit Keine Temperaturzonen Kältere Flamme Gas-Luft-Gemisch 1:1,0 - 1,2

59 Kesselaufbau 1 Heizgasgewicht 60% Primärluft Sekundärluft ?

60 Funktionsprinzip Schwerkraft
D = 965,2 g/ltr. D = 977,7 g/ltr.

61 Funktionsprinzip Thermik
15°C 15°C 1,2 kg/m3 1,2 kg/m3 Die Funktion einer Abgasanlage (Schornstein) beruht in erster Linie auf dem temperaturabhängigen Dichteunterschied zwischen der Lufttemperatur außen und der Abgastemperatur. Das Bild stellt den Zusammenhang zwischen Außenluft und Abgastemperatur grafisch da. Gehen wir davon aus, dass die Außenluft und die Luft im Schornstein die gleiche Temperatur haben, dann hat die Luft in allen Teilen der Abgasanlage die gleiche Dichte und damit das gleiche Gewicht wie die Außenluft. In diesem Fall würde keine Luftbewegung erfolgen. Die Dichte von Luft bei einer Temperatur von 15°C beträgt 1,2 kg/m3. Um die Funktion der Abgasanlage zu gewährleisten ist es demnach erforderlich, dass zwischen der Außenluft und der Luft in der Abgasanlage ein Gewichtsunterschied besteht. Der Gewichtsunterschied beruht wiederum auf Temperaturunterschiede. Erst wenn die Luft in der Abgasanlage wärmer ist wie die Außenluft, ist ein Gewichtsunterschied vorhanden. Je größer der Temperaturunterschied wird, desto größer wird der Gewichtsunterschied. Zur Berechnung von Abgasanlagen wird in Deutschland nach DIN eine Außentemperatur von 15°C angenommen.

62 Thermischer Auftrieb Wirksame Höhe 15°C 150°C 15°C Zuluftöffnung 0,7
1,2 kg/m3 0,7 Die Dichte von Luft oder von Abgas beruht auf der Angabe “kg/m3“. Somit ergibt sich die Frage, wie viel Kubikmeter Luft oder Abgas ist in der vorhandenen oder zu erstellenden Abgasanlage überhaupt vorhanden. Um diese Menge zu berechnen, sind die Angaben des Schornsteinquerschnitts und der Schornsteinhöhe erforderlich. Die Dichte wird aber nicht auf der gesamten Höhe der Abgasanlage durch die Temperaturerhöhung der Abgase gesenkt, sondern erst an der Stelle, wo die Abgase in den Schornstein geleitet werden. Aus diesem Grund wird die Schornsteinhöhe von der Abgaseinführung bis zum Abgasaustritt angegeben. Diese Höhe wird als „wirksame Höhe“ bezeichnet. Das Bild zeigt die Gewichtsverhältnisse bei einer angenommenen Abgas-temperatur von 150°C. Die Luftdicht beträgt bei 15°C 1,2 kg/m3. Die Dichte der Abgase beträgt bei 150°C ca. 0,7 kg/m3. Die Dichte der Abgase ist somit geringer wie die Dichte der Außenluft. Die Funktion der Abgasanlage beruht darauf, dass die schwerere Außenluft die leichtere Luft in der Abgasanlage verdrängt. Zur Berechnung der Abgasanlage sind unter anderem folgende Angaben erforderlich: Außenlufttemperatur konstant bei 15°C Abgastemperatur des Heizkessels Wirksame Schornsteinhöhe Zur genauen Berechnung sind weitere Angaben, wie zum Beispiel Abgasmassenstrom, CO2-Gehalt, Anzahl von Abgasbögen etc, erforderlich. Zuluftöffnung

63 Kesselaufbau 2 Heizgasgewicht Wirksame Höhe Anschub- strecke 60%
Primärluft Sekundärluft soll= 60%

64 Zündvorgang Temperaturerhöhung Volumenausdehnung Gegendruck
Überwachung Zündung Gas Sekundärluft

65 Gegendruck im Feuerraum
Überzündverhalten Gegendruck im Feuerraum Gas Sekundärluft

66 Unterdruck im Feuerraum
Stationärer Betrieb Unterdruck im Feuerraum Sekundärluft Gas

67 Volumetrische Methode
Einstellen der Gasmenge über den Gaszähler Erforderliche Kennwerte : Wärmebelastung [kW] Zuzuführende Wärmemenge Am Typenschild ablesen Betriebsheizwert [kWh/m3] Energieinhalt pro m3 Beim GVU erfragen

68 Volumetrische Methode
Beispiel einer Gasmengenermittlung Wärmebelastung : 22,2 kW Betriebsheizwert : 9,0 kWh/m3 Wärmebelastung 22,2 kW Gasmenge m3/h = = 2,47 m3/h Betriebsheizwert 9,0 kWh/m3 Gasmenge ltr/min = 2,47 m3/h x 16,7 = 41,25 ltr./min Legende : 16,7 = 1000 ltr. 60 min.

69 Einstellen der Gasmenge über Düsendruck
Düsendruck Methode 1 Einstellen der Gasmenge über Düsendruck Erforderliche Kennwerte : Wärmeleistung [kW] Abzuführende Wärmemenge Am Typenschild ablesen Wobbe-Index [kWh/m3n] Gas-Kennwert Beim GVU erfragen

70 Beispiel zur Ermittlung des Düsendruck
Düsendruck Methode 2 Beispiel zur Ermittlung des Düsendruck Kesseltyp : G_124 L 10/2 Kesselleistung : 10 kW Wobbe-Index : 12,8 kWh/m3n Kessel- größe 10 - 2 Gas- art E LL Kessel- leistung von bis kW 8 10 Düsendruck in mbar Wobbe-Index bez. auf Hs kWh/m3n 12,0 11,8 12,2 12,4 12,6 12,8 13,0 8,2 8,5 7,9 7,7 7,4 7,2 7,0 11,5 12,7 12,3 11,9 11,2 10,8 10,5

71 Anschließen und Ablesen eines U-Rohr-Manometer
Düsendruck Methode 3 Anschließen und Ablesen eines U-Rohr-Manometer Differenz = Düsendruck Meßnippel am Gasverteilerbalken

72 Die EE-Methode dient zur Festeinstellung des Gasdruck
EE-Metode 1 Die EE-Methode dient zur Festeinstellung des Gasdruck Detaillierte Aussagen sind enthalten in der DIN 3362 und im Arbeitsblatt G260/2 „2.Gasfamilie“ Festeingestellter Gasdruck bedeutet : Die EE-Methode ist eine vom Hersteller gewählte Festeinstellung des Gasdrucks unter zu Grundelegung der Wobbe-Index-Nennwerte 12,4 und 15,0. Keine Veränderung der Geräteleistung durch Anpassen der Gasmenge !

73 EE-Methode 2 Grundlage zur Festeinstellung des Gasdruckes ist der Wobbe-Index-Nennwert Erdgasgruppe Gruppe LL Gruppe E Wobbe-Index G260/1 10,5–13,0 kWh/m3n 12,8–15,7 kWh/m3n Wobbe-Index G260/2 12,0-15,7 kWh/m3n 10,5-13,0 kWh/m3n Wobbe-Index-Nennwert 15,0 kWh/m3n 12,4 kWh/m3n

74 Wobbe-Index-Bereich und relative Kesselleistung
EE-Methode 3 Wobbe-Index-Bereich und relative Kesselleistung Wobbe-Index [kWh/m3n] Kesselleistung [%] Nennwert Min. Max. Erdgas E 12,0 15,0 100 15,7 80 105 Wobbe-Index [kWh/m3n] Kesselleistung [%] Nennwert Min. Max. Erdgas LL 10,5 12,4 100 13,0 85 105

75 Kesselspezifische Kennwerte
Angaben auf dem Kesseltypenschild ohne CE-Zeichen Buderus Heiztechnik GmbH Wetzlar Heizkessel nach DIN 4702 Typ G 124 L / 20-4 Bauart 1 Kategorie III Bauart-Zul.-Nr. DIN-DVGW-Nr. 87.04 f. BU Zul. Betriebs-Überdruck 4 bar Zul. Vorlauftemperatur 110 °C Nennwärmeleistung Nennwärmebelastung Gasanschlußdruck Stadtgas Erdgas Flüssiggas kW min. max. 21.5 22.2 8 20 50 Jahr 1992 Stromart 1/MP220V 50Hz Wasserinhalt 11 ltr. Herstell. Nr.

76 Typenschild ohne CE-Zeichen
Kessel mit Leistungsbereich, ohne CE-Zeichen 21.5 22.2 Nennwärmeleistung Nennwärmebelastung Gasanschlußdruck Stadtgas Erdgas Flüssiggas kW min. max. 8 20 50 Leistungsbereich Belastungsbereich Einstellen der Kesselleistung erfolgt über die volumetrische- oder Düsendruck-Methode vor Ort !

77 Typenschild mit CE-Zeichen
Angaben auf dem Kesseltypenschild mit CE-Zeichen CE 90/396/EWG (EN 297) 92/42/EWG B11 Ser.-Nr Mod. G 124X DE, AT, CH Kesselwasserinh. DVGW-Qualitätsz. Bauartzul.-Nr. 7 Ltr. Q-005/005 Pn (Hi) 9 kW Qn (Hi) 9,9 kW PMS 4 bar Tmax 110 °C 230V 50Hz 10 A AT Tmax 100 °C CH BUWAL/OFEFP-Nr. SVGW/SSIGE-Nr. qA : max 495007 LRV 10,7 % ÖVGW-Reg.Nr. G 2.410 Bauart 1

78 Typenschild mit CE-Zeichen
Angaben auf dem Kesseltypenschild mit CE-Zeichen 230V 50Hz 10 A Mod. G 124X Pn (Hi) 9 kW Qn (Hi) 9,9 kW PMS 4 bar Tmax 110 °C Kein Leistungsbereich Kein Belastungsbereich Kesselleistung und Gasdruck sind werkseitig fest eingestellt !

79 Typenschild – Zulassung 1
Land, Country Pays p (mbar) Cat. Gas mbar DE 20 : 50 II 2ELL3P 2E G20 20 AT, CH, GR II 2H3B/P 2H G20 IT, DK I 2H ES, GB, IE 20:37/50 II 2H3P LU II 2E3B/P NL 25 : 50 II 2L3P CZ 18:37/50 18

80 Typenschild – Zulassung 2
Zugelassener Gas- Nenndruck 20mbar = Erdgas 50mbar = Flüssiggas Eingestellt auf: Erdgas E Prüfgas G20 Bestimmungs- land z.B. DE Deutschland Land, Country Pays p (mbar) Cat. Gas mbar DE 20 : 50 II 2ELL3P 2E G20 20 3 = Flüssiggas P = Propan B = Butan Zugelassen für: 2 = Erdgas Gasart E Gasart LL II = Gasfamilien Gas-Nenn- druck

81 BImSchV Anlage II zu Artikel 1 §12 Thema „Messöffnung“
Positionierung der Messöffnung nach Absatz 1. Grundsätzlich im Verbindungsstück zwischen Wärmeaustauscher und Abgasanlage Der Abstand zwischen Wärmeaustauscher und Messöffnung soll etwa den 2 fachen Durchmesser des Verbindungsstückes betragen Positionierung der Messöffnung nach Absatz 2. Abweichungen von Absatz 1 sind unter folgenden Bedingungen zulässig: Keine größeren Wärmeverluste in der Einlaufstrecke wie bei 2x D Reproduzierbare (gleichbleibende) Strömungsverhältnisse. Das heißt: Keine Turbulenzen

82 Abgasmessung senkrecht
Position der Messbohrung Heizgasgewicht Aufstrom Rückstrom 2 x Ø Stau Abgas Strömungssicherung Raumluft

83 Draufsicht SSI 1 Rückseite Vorderseite Luftstrom X Meßsonde Abgas

84 Draufsicht SSI 2 Rückseite Vorderseite Abgas Optimale Position

85 Abgasmessung mit Bogen
Abstand > 2xD = größere Wärmeverluste Dünner Abgasmassenstrom Turbulente Strömung X Heizgasgewicht Strömungssicherung Raumluft X Dünner Abgasmassenstrom X Optimaler Bereich Alle Anforderungen erfüllt Abgas Druckdifferenz 3 – 10 Pa

86 Druckverlauf bei 15°C 10 Vol.% CO2 Δp= ± 0Pa 15°C Druckverlust 10 Pa
Zuluftöffnung

87 Druckverlauf bei 0°C 9 Vol.% CO2 Δp= ± 0Pa 15°C Druckverlust 10 Pa 0°C
Zuluftöffnung

88 Nebenlufteinrichtung bei 0°C
Δp= ± 0Pa 15°C Druckverlust 10 Pa 0°C 150°C 165°C 9 Vol.% CO2 Δp= ± 0Pa Δp= -10Pa 10 Vol.% CO2 Δp= -20Pa Δp= -10Pa Zuluftöffnung

89 Abgastaupunkt Hohe Geschwindig- keit = geringerer Temperaturverlust
Taupunktbereich Nebenluft Geringe Geschwindig- keit = großer Tempera- turverlust Taupunktbereich

90 Verbrennungsluft unmittelbar

91 Verbrennungsluft mittelbar 1

92 Verbrennungsluft mittelbar 2

93 Wirkschaltplan HS 3220 AUT / Hand Logamatic Betrieb 0 / I STB TR L1 T1
SI 17 18 UE 4 3 2 1 BR 12 11 10 9 8 4 AG 6 4 7 5 Netz BR 12 11 10 9 8 4 L1 T1 T2 N S3 B4 SI = Sicherheitsgeräte Brennerstecker UE = Abgasüberwachung BR = Brenneranschluss Feuerungsautomat AG = Abgassperrklappe L1 = Phasenanschluss T2 = Regler T1 = Regler S3 = Signal Störung B4 = Signal Betrieb