Problemstellung

Der BUND für Umwelt und Naturschutz Deutschland e.V. sowie der Bund der Energieverbraucher e.V. haben sich speziell mit Wirkungsgraden von Brennwertgeräten beschäftigt, nachdem sich zahlreiche Verbraucher an diese Verbände und ihnen nahestehende Fachleute gewendet haben, welche über zu schlechte Wirkungsgrade von Brennwertgeräten klagten. Im Einzelfall wurden bei einem nicht gedämmten Brennwertgerät mit nur knapp über 70% gemessen. Andere Fälle wurden bekannt, bei denen offenbar relativ gute Gasheizkessel gegen Brennwertgeräte ausgetauscht wurden und keine Energieeinsparung aufgetreten ist, zum Teil sogar der Energieverbrauch noch gestiegen ist. Wenn ein Bauherr sich bei einer Gasheizung für Brennwerttechnik entscheidet, so geht er davon aus, daß er den Brennstoff so gut ausnützt, wie es mit konventioneller Verbrennung nur geht.

Jahresnutzungsgrade

Bei guten Geräten können in Abhängigkeit der Heizwassertemperatur die in Tabelle 1 dargestellten Jahresnutzungsgrade erreicht werden. Diese Werte werden nur erreicht, wenn sehr gute Geräte eingesetzt und alle Randbedingungen beachtet werden. Alle hier genannten Zahlen sollen sich der Einfachheithalber auf die Leistungsklasse von knapp 20 kW beziehen, also auf Geräte, welche sich für Einfamilienhäuser oder auch kleine Mehrfamilienhäuser mit reduziertem Wärmebedarf eignen.

Luftüberschuß

Der Luftüberschuß, welcher durch den CO-Gehalt der Abgase ausgedrückt wird, ist für die Energieausnutzung eines Brennwertgerätes sogar noch wichtiger als niedrige Heizwassertemperaturen. Durch einen zu hohen Luftüberschuß werden die Abgase verdünnt, wodurch die relative Luftfeuchte in den Abgasen sinkt und die Kondensation erst bei niedrigeren Abgastemperaturen eintritt. Bei genügend hohem Luftüberschuß gibt es selbst bei sehr kalten Rücklauftemperaturen kein Kondensat mehr. Ein zu hoher Luftüberschuß kann zu einer Wirkungsgradeinbuße von 5% bis 10% führen.

Dämmung von Brennwertgeräten

Sehr viele Brennwertgeräte sind überhaupt nicht gedämmt und weisen höhere Abstrahlverluste auf als gut gedämmte konventionelle Geräte. Wenn anständig gedämmte Brennwertgeräte nach DIN 4702 Teil 6 bei einer Übertemperatur von 40 K ca. 0,3 % Betriebsbereitschaftsverlust aufweisen, so steigt dieser Wert bei nicht gedämmten Geräten auf Werte bis 1% an. Bei den Betriebsbereitschaftsverlusten wird der Energieverbrauch gemessen, um einen Wärmeerzeuger auf eine gewisse Betriebstemperatur zu halten, ohne daß dieser Wärme an das Heiznetz abgibt. Da der Brenner im Gegensatz zum praktischen Betrieb weniger oft starten muß, fallen die Anfahrverluste zu gering ins Gewicht, was besonders bei den schlechteren Geräten die Meßergebnisse schönt. Die AbstrahIverluste von Geräten, bei denen die Feuerung nicht vollständig von Heizwasser umgeben ist (Thermen im Gegensatz zu Kesseln), ist der Betriebsbereitschaftsverlust gegenüber dem nach DIN gemessenen wesentlich höher, wenn Wärme an das Heiznetz abgegeben wird. Insofern darf bei diesen Geräten der Betriebsbereitschaftsverlust nach DIN 4702 nicht als Grundlage zur Berechnung des Jahresnutzungsgrades herangezogen werden und ist als Maßstab zum Vergleich der auf dem Markt befindlichen Brennwertgeräte völlig ungeeignet, da hierbei die schlechten Geräte viel zu gut ab schneiden. Geräte mit nicht heizwasserumschlossener Feuerung weisen dem gegenüber wesentlich schlechtere Jahresnutzungsgrade auf. Wenn behauptet wird, Brennwertgeräte würden nur im Niedertemperaturbereich eingesetzt und müßten deshalb nicht gedämmt werden, so widerspricht dies jeglicher praktischen Erfahrung. Tabelle 1 zeigt, daß auch bei höheren Heizwassertemperaturen noch Jahresnutzungsgrade erzielt werden, welche deutlich denen von konventionellen Geräten liegen. Ferner wird in der überwiegenden Anzahl der Fälle der Heizkessel auch für die Warmwasserbereitung eingesetzt, so daß zumindest zu den Zeiten der Warmwasserbereitung höhere Kesseltemperaturen und höhere AbstrahIverluste auftreten. Eine 40/30 Grad C-Auslegung wäre ohnehin nur bei Fußbodenheizung möglich. Erfahrungen haben aber gezeigt, daß Fußbodenheizungen gerade in Niedrigenergiehäusern durch ihre Tätigkeit und erhöhten Wärmeverluste gegen Keller und Erdreich bedingt zu 30-50% höheren Verbrauchswerten führen. Werden Betriebsbereitschaftsverluste von 1% auf den Jahresverbrauch umgerechnet, so ergibt sich ein 5% höherer Brennstoffverbrauch als bei einem Betriebsbereitschaftsverlust von 0,3%. Bei Niedrigenergiehäusern mit Wärmebedarfswerten von 10 kW oder weniger erhöht sich dieser Wert sogar auf 10% oder auch mehr. Bei Brennwertgeräten ohne vollständige Umschließung des Feuerraums mit Heizwasser kann die tatsächliche Wirkungsgradeinbuße die doppelten bis dreifachen der hier genannten Werte erreichen.

Wasserinhalt

Die meisten Brennwertgeräte haben sehr kleine Wasserinhalte (oft nur 2-5 Liter), weshalb sie eine Mindestumlaufmenge benötigen. Würde der Brenner mit ca. 20 kW den Wärmetauscher bei fehlender Mindestumlaufmenge erwärmen, so würde das Wasser zum Kochen bringen und den Wärmetauscher zerstören. Deshalb geben solche Geräte die Gaszufuhr erst frei, wenn die Mindestumlaufmenge vorhanden ist und schalten den Brenner sofort wieder ab, sobald diese unterschritten wird. Die Mindestumlaufmenge liegt je nach Gerätetyp zwischen 400 und 600 Liter pro Stunde, während z.B. im NiedrigenergieEinfamilienhaus Wassermengen von 200-300 Liter pro Stunde auf den Auslegefall bezogen, im Teillastbetrieb sogar noch weniger, genügen. In den meisten Fällen muß hier der Überströmregler die Mindestumlaufmenge aufrechterhalten, wodurch es zu einer Rücklaufanhebung kommt und die Kondensatausbeute stark zurückgeht oder evtl. auch zunichte gemacht wird. Der Wirkungsgraden kann hierdurch um 5%-10% zurückgehen.

Rücklauftemperaturanhebung durch Mischer

Bei vielen Brennwertgeräten ist die Umwälzpumpe bereits im Geräte eingebaut. Hierbei ist besondere Vorsicht geboten, wenn ein Mischer mit nachgeschalteter Pumpe eingesetzt wird. Wenn die Pumpe im Gerät einen höheren Wasserdurchsatz bewirkt als die Pumpe nach dem Mischer, kann es auch zu einer Rücklauftemperaturanhebung kommen. Durch den geringen Wasserinhalt bedingt, takten solche Geräte sehr häufig. Die Ein- und Ausschaltvorgänge können bis zu 50000 pro Jahr betragen, während Geräte mit größerem Wasserinhalt ohne Mindestumlaufmenge bei richtiger Einstellung der Schaltdifferenz oft weniger als 10000 mal anspringen müssen. Die dadurch bedingten höheren Spülverluste (durch Lüften des Brenners vor und nach der Brennerlaufzeit) reduzieren den Jahresnutzungsgrad evtl. um ein weiteres Prozent.

Pufferspeicher Iösen das Problem nicht

Pufferspeicher Iösen diese hier angesprochenen Probleme nicht, da selbst beim Pufferspeicher eine zeitlich verzögerte Rücklauftemperaturanhebung zu verzeichnen ist, wenn im Primärkreislauf eine höhere Wassermenge zirkuliert als im Sekundärkreislauf. Oft wird nicht beachtet, daß der Pufferspeicher zusätzliche Abstrahlverluste aufweist, welche selbst bei sehr guter Dämmung beträchtlich sind. Desweiteren wird beim Einsatz von Pufferspeichern eine weitere Umwälzpumpe benötigt, welche bei angenommenen 50 Watt elektrischer Leistungsaufnahme im Ein und ZweifamiIienhaus beim Haushaltstarif 50,-DM jährliche Stromkosten, in Mehrfamilienhäuser sogar ca. 150,-DM verursacht. Ein Pufferspeicher kann also die Probleme, welche durch einen zu kleinen Wasserinhalt im Heizkessel hervorgerufen werden,