Brennwert-Abgaswärmetauscher

Einsatzbedingungen

• Rücklauftemperatur oder Wärmesenke (z.B. Brauchwasser) < 60 °C notwendig, besser < 45 °C, da mit geringerer Temperatur die Effizienz steigt
• Abgaswärmetauscher sowie Abgasleitungen und Kamin müssen aus rostfreiem Stahl bestehen
• Für Kessel bis ca. 3 MW Abgaswärmetauscher volldurchströmt
• Für Kessel ab ca. 3 MW Abgaswärmetauscher teildurchströmt
• Schwefelarmer Brennstoff

Bei der Brennwertnutzung wird dem Abgas nicht nur die fühlbare, direkt an die Temperatur gekoppelte Wärme, sondern auch die im Wasserdampf gebundene Kondensationswärme teilweise entzogen. Es entsteht flüssiges Abgaskondensat, das aus dem Abgasweg abgeführt, neutralisiert und in die Kanalisation eingeleitet werden muss.

Korrosionsbeständige Werkstoffe in Wärmetauschern, feuchteunempfindliche Abgassysteme und Kamine aus Edelstahl ermöglichen dies, ohne langfristig Korrosionsschäden zu verursachen. Die entscheidende Steigerung des Wirkungsgrades liegt dabei nicht mehr in der Absenkung der Abgastemperatur, sondern in der Höhe der Kondensationsrate des im Abgas enthaltenen, zunächst dampfförmigen Wasseranteils. Unter den richtigen Rahmenbedingungen ist eine zusätzliche Wirkungsgradverbesserung von bis zu 7 % möglich. Um eine möglichst hohe Kondensationsrate in einem Brennwert-Abgaswärmetauscher zu erzielen, wird ein ausreichend großer und vor allem kühler (Temperatur < 45 °C) Wasserstrom benötigt, welcher als Niedertemperatur-Wärmesenke dient. Die Einbindung des Brennwert-Abgaswärmetauschers sollte immer am kältesten Rücklauf erfolgen. Daher ist eine Einbindung vor der hydraulischen Weiche sinnvoll, um alle Betriebszustände effizient auszunutzen. Dies kann in Heizungsanlagen der kälteste Rücklaufstrom, z.B. aus einer Niedertemperaturheizung sein, der dann in einem eigenen Kreis durch den Brennwert-Abgaswärmetauscher geführt wird. Der Brennwert-Abgaswärmetauscher kann dabei als integrierte Version ausgeführt oder dem trockenen Abgaswärmetauscher abgasseitig nachgeschaltet und somit auch nachgerüstet werden.

Wie in den nachfolgenden Schemen ersichtlich, wird der nachgeschaltete Brennwert-Abgaswärmetauscher aus dem kältesten Rücklauf auf der Sekundärseite angespeist. Dadurch wird die Effizienz der Gesamtanlage erhöht und somit Brennstoff und CO₂ eingespart. Bei Kesselanlagen mit Mehrstofffeuerungen, bei denen mindestens ein Brennstoff schwefelhaltige Bestandteile hat, muss der Brennwert-Abgaswärmetauscher "stand-alone" (nicht im Kessel integriert) mit Bypass ausgeführt werden, um schwefelhaltiges Kondensat zu verhindern. Bei schwefelarmem Heizöl kann ebenfalls ein Abgaswärmetauscher zur Brennwertnutzung eingesetzt werden.

Warm-/Heißwasser-Einzelkesselanlage mit integriertem Brennwert-Abgaswärmetauscher, teildurchströmt im Kesselkreis

Warm-/Heißwasser-Einzelkesselanlage mit integriertem Abgaswärmetauscher und Stand-Alone-Brennwert-Abgaswärmetauscher mit Bypass, teildurchströmt im Kesselkreis

Warm-/Heißwasser-Einzelkesselanlage mit integriertem Abgaswärmetauscher und Stand-Alone-Brennwert-Abgaswärmetauscher, teildurchströmt im Kesselkreis

Warm-/Heißwasser-Einzelkesselanlage mit integriertem Abgaswärmetauscher und Stand-Alone-Brennwert-Abgaswärmetauscher im Sekundärkreis

Bei Rücklauftemperaturen über 60 °C kann keine Kondensation mehr stattfinden.

Brennwert-Abgaswärmetauscher können auch zur Erwärmung von Brauchwasser eingesetzt werden. Besonders interessant ist diese Variante, wenn neben dem Heißwasser auch eine größere Menge an Brauch-Warmwasser benötigt wird. Da die Kaltwassertemperatur ganzjährig meist zwischen 5 und 10 °C liegt, ist hier eine ideale Temperatursenke für die Kondensation des im Abgas enthaltenen Wassers vorhanden. Es können durch die niedrigen Temperaturen die höchsten Kondensationsraten und damit die insgesamt besten Wirkungsgrade erreicht werden. Die Einbindung des Brauchwassers in einen Speicher ist dabei sinnvoll. Ebenso sollte auch beachtet werden, dass damit meist nur eine Vorerwärmung des Brauchwassers auf ca. 45 °C erfolgen kann. Für die oft benötigten Brauchwassertemperaturen von 60 °C muss eine Nacherwärmung erfolgen.

Je nachdem, welches Temperaturniveau in den Anlagen zur Verfügung gestellt werden kann und mit optimaler Konstruktion des Kondensations-Abgaswärmetauschers kann die Abgastemperatur gesenkt und vor allem die für den Wirkungsgradzugewinn dann entscheidende Kondensationsrate erheblich gesteigert werden. Dies führt dann mit der Brennwerttechnik zu Wirkungsgraden von über 100 %, da der Wirkungsgrad auf den niedrigeren Heizwert bezogen ist.

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