Transcript Brennwerttechnik

Brennwerttechnik
FOS T-2
Jahrgang: 2009/2010
Inhalt
• Video Brennwerttechnik
• Einleitung
• Chemische Grundlagen
• Technische Grundlagen
• Matheaufgaben
Video
Brennwerttechnik
Einleitung
•Brennwertgeräte sind durch ihre über 100% großen
Wirkungsgrade immer mehr im Gespräch.
•Der Name „Brennwertgerät“ leitet sich vom
Brennwert der Gase ab, bei dem, im Gegensatz zum
Heizwert, auch die latente Wärme des Wasserdampfes
genutzt wird.
•Der Erfinder der Brennwerttechnik ist Richard Vetter, der
zunächst Gas-Brennwertgeräte entwickelte und dann ab
1984 auch Öl-Brennwertanlagen.
Was ist Brennwerttechnik?
• Nutzung der Abgaswärme
• über spezielle Wärmetauscher werden Abgase
abgekühlt
• Kondensation des im Abgas enthaltenen
Wasserdampfes
• Die latente Wärme wird als zusätzlich
Wärmeenergie genutzt.
Vorteile von Brennwertgeräten
• Abgasverluste werden minimiert.
• Wärmeverluste sind gering.
• Beträchtliche Energieeinsparungen.
• Umweltschonender als Heizgeräte
• Wirkungsgrade über 100%
Vorteile gegenüber normalen Heizgeräten
Nachteile von Brennwertgeräten
•Extra
Kondensatabführung
(ggf. Neutralisationseinrichtung)
•Hohe Korrosionsbeständigkeit
des Kesselwerkstoffes
und des Abgassystems
erforderlich
Typische Wirkungsgrade im Vergleich
Art der Energiegewinnung
Typischer Wirkungsgrad in
%
Brennwerttechnik
100-108%
Niedertemperaturheizgerät
85-95%
Altes Standardheizgerät
60-90%
Solarkraftwerke
10-15%
Windkraftwerke
30-40%
Kohlekraftwerke
30-45%
Kernkraftwerke
30-35%
Welche Arten von Brennwertgeräten gibt es?
•Gas-Brennwertkessel/
Brennwerttherme
•Öl-Brennwertkessel/
Brennwerttherme
•Feststoff-Brennwertkessel
Wo kommen Brennwertgeräte zum Einsatz?
•In Ein- und Mehrfamilienhäusern
•In Wohnungen
•In großen Gebäudekomplexen
Chemische Grundlagen
Heizwert und Brennwert
Man unterscheidet bei allen Brennstoffen zwei Werte für die
nutzbare Wärmemenge: den unteren Heizwert und den oberen
Heizwert (Brennwert).
Beim Heizwert wird nur die fühlbare Wärme berücksichtigt,
die sich als Temperaturerhöhung messen lässt.
Beim Brennwert ist die Wärme eingeschlossen, die im
Wasserdampfanteil der Abgase versteckt ist (latente Energie).
Diese lässt sich nicht als Temperaturerhöhung messen.
Beim Öl macht dies einen Energiezugewinn von ca. 6%, beim Gas
ca. 11% des Heizwertes aus.
Wie können Wirkungsgrade über 100%
zustande kommen?
qA = Abgasverluste in %
qK = Wärmegewinn aus Brennwertnutzung in %
Beispiel an Heizöl
Aggregatzustände von Wasser
Sieden, Erstarren, Kondensieren, Sublimieren, Schmelzen,
Resublimieren
Auflösung
1.Schmelzen, 2.Erstarren, 3.Sieden, 4.Kondensieren, 5.Sublimieren,
6.Resublimieren
Zusammensetzung von Erdgas und Erdöl
Beispiel Erdöl
Beispiel
Erdgas
Zusammensetzung der Abgase
Fossile Energieträger wie Erdöl bzw. Erdgas bestehen zu über 90%
aus Verbindungen von Kohlenstoffatomen und Wasserstoffatomen.
Diese Atome sind auch nach der Verbrennung noch da.
Die Verbrennung ist eine Umgruppierung der Atomen.
Sauerstoffatome aus der Luft verbinden sich mit Kohlenstoffatomen
und Wasserstoffatomen zu:
• Kohlendioxid
•Wasserdampf
So entstehen bei der Verbrennung von 1 Liter Heizöl etwa 2,6 kg CO2
und bei der Verbrennung von 1 Kubikmeter Erdgas rund 2 kg CO2
Abgastaupunkt in Abhängigkeit auf den CO2- Gehalt
Der CO2- Gehalt gibt nun Aufschluss über den Taupunkt der
Abgas.
Thermischer Auftrieb
• „Motor“ der natürlichen Lüftung
• Abhängig von der Abgastemperatur und der
Gebäudehöhe (Abgasweg)
• Bei Brennwertgeräten kann der thermische Auftrieb
nur gering genutzt werden
• Bei Brennwertgeräten ist ein zusätzlicher
Abgasventilator nötig
Der Verbrennungsvorgang
Allgemeine Reaktionsgleichung: nCxHy + mO2 → pCO2 + qH2O
Erdgas (Methan): CH4 + 2O2  2H2O + CO2
Erdöl (Dekan): 2 C10H22 + 31 O2  22 H2O + 20 CO2
Stoff- und Energiefluss
1.
2.
3.
Fühlbare und latente Wärme
Fühlbare Wärme:
•Äußert sich durch Änderung der
Temperatur
•Ist direkt fühl- bzw. Messbar
Latente Wärme:
•Versteckte Wärme
•Die Wärmemenge, die einem Stoff
zugeführt werden kann, ohne das sich die
Temperatur ändert.
Beispiel zur Latenten Wärme
Kondensateigenschaften
Das anfallende Kondensat enthält neben geringer Mengen an
Schwermetallen (Blei, Kupfer, Nickel, Chrom, Zink) hauptsächlich
Säuren:
•Kohlensäure
•Schwefel- und schweflige Säure
•Salpeter und salpetrige Säure
•Salzsäure
Der pH-Wert des Kondensates liegt zwischen 3,5 und 4,5.
Technische Grundlagen
Aufbauschema von Brennwertgeräten
Funktion
Kondensationsarten
Teilkondensation
keine Kondensation
Die Rücklauftemperatur des
Heizwassers liegt über dem
Taupunkt des Abgases.
Teilkondensation
Die Rücklauftemperatur des
Heizwassers liegt zwar unter dem
Taupunkt, die Abgastemperatur
jedoch drüber.
Vollkondensation
Die Abgastemperatur ist niedriger
als die WasserdampfTaupunkttemperatur
Vollkondensation
Taupunkt
Die Taupunkttemperatur der Abgase ist abhängig
von:
• deren CO2- Gehalt (je höher der CO2- Gehalt,
umso höher ist der Wasserdampfanteil)
• deren Luftzahl (je geringer die Luftzahl bzw. der
Luftüberschuss bei der Verbrennung, umso
höher ist der Taupunkt)
Wassergehalt
des Abgases
Beispiel:
Das Bild zeigt den
Wassergehalt und den
Taupunkt des Abgases
bei der Verbrennung von
Erdgas.
• CO2- Gehalt= 9%
• Wassergehalt = 15%
• Taupunkt = 53°C
Abgastaupunkt in Abhängigkeit von der Luftzahl
Formel: λ=CO2max/CO2
Wie erreicht man geringe
Rücklauftemperaturen?
Nutzung von Heizflächen, die für niedrige
Temperaturen ausgelegt sind wie z.B.
• Fußbodenheizungen
• Wandflächenheizungen
Matheaufgaben
(Formeln und Beiwerte auf Handzetteln)
Die Matheaufgaben sind in den einzelnen Gruppen zu
berechnen.
1. Aufgabe zur Bestimmung des Abgasverlustes:
Ein mit Erdgas befeuerter Gas-Heizkessel mit einer
Nennwärmeleistung von 35kW weist die folgenden
Messwerte auf:
Abgastemperatur 210°C, CO2- Gehalt 9,0% ,
Verbrennungslufttemp. -10°C
Wie groß ist der Abgasverlust?
2.Aufgabe zur Berechnung des Wirkungsgrades
Bestimmen Sie den feuerungstechnischen Wirkungsgrad
eines Gas- Brennwertkessels (Erdgas E)
wenn die Abgastemperatur 55°C ,
die Verbrennungslufttemperatur 20°C und
der gemessene CO2-Gehalt 10% betragen.
Fragen
Quellen
• Lehrbuch: Zentralheizungs- und Lüftungsbau
• Lehrbuch: Der Sanitärinstallateur
• Brennwert.info
• http://de.wikipedia.org/wiki/Brennwertkessel
• http://www.vollbrennwerttechnik.de/home/home.html
• google.de (Bilder)
Danke für eure Aufmerksamkeit