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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.
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Brennwerttechnik FOS T-2 Jahrgang: 2009/2010
Inhalt • Video Brennwerttechnik • Einleitung • Chemische Grundlagen • Technische Grundlagen • Matheaufgaben
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%
Nachteile von Brennwertgeräten • Extra • Kondensatabführung • (ggf. Neutralisations- • einrichtung) • Hohe Korrosions- • beständigkeit • des Kesselwerkstoffes • und des Abgassystems • erforderlich
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
Heizwert und Brennwert Man unterscheidet bei allen Brennstoffen zwei Werte für die nutzbare Wärmemenge: denunterenHeizwert und den oberen Heizwert (Brennwert).Beim Heizwertwird nur die fühlbare Wärme berücksichtigt, die sich als Temperaturerhöhung messen lässt.Beim Brennwertist 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 %
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 BeispielErdgas Beispiel Erdöl
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 • WasserdampfSo 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 WärmeFühlbare Wärme: • Äußert sich durch Änderung der • Temperatur • Ist direkt fühl- bzw. MessbarLatente Wärme: • Versteckte Wärme • Die Wärmemenge, die einem Stoff • zugeführt werden kann, ohne das sich die • Temperatur ändert.
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.
Kondensationsartenkeine Kondensation Die Rücklauftemperatur des Heizwassers liegt über dem Taupunkt des Abgases.TeilkondensationDie Rücklauftemperatur des Heizwassers liegt zwar unter dem Taupunkt, die Abgastemperatur jedoch drüber.VollkondensationDie Abgastemperatur ist niedriger als die Wasserdampf- Taupunkttemperatur Teilkondensation 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)
Wassergehaltdes 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°CWie groß ist der Abgasverlust?
2.Aufgabe zur Berechnung des WirkungsgradesBestimmen Sie den feuerungstechnischen Wirkungsgrad eines Gas- Brennwertkessels (Erdgas E) wenn die Abgastemperatur 55°C , die Verbrennungslufttemperatur 20°C undder gemessene CO2-Gehalt 10% betragen.
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)
