Die Diskussion um die Energiewende konzentrierte sich von Anfang an auf den Einsatz von erneuerbaren Energien, vor allem für die Stromerzeugung. Übersehen wurde dabei die Tatsache, dass rund 40 Prozent des deutschen Energieverbrauchs auf den Gebäudebereich und auf die Heizung entfallen. Der Anlagenbestand der deutschen Gebäudeheizungen ist völlig veraltet, denn rund 75 Prozent aller Bestandsheizungen verbrauchen deutlich mehr Energie als nötig [1].

Das heißt im Klartext, dass die Möglichkeiten zur Modernisierung gegen­wärtig nur unzureichend genutzt werden und die Energiewende in deutschen Heizungskellern nicht stattfindet, was zudem die Haushaltskassen über Gebühr belastet [2].

Der neue Öl-Brennwertkessel "FCU" von "Giersch" mit modulierendem, schadstoffarmem Brenner soll dazu beitragen, dass sich dieser Trend nicht weiter fortsetzt und für den notwendigen Modernisierungsschub sorgen.

Bei Neubau und Sanierung ist der Heizungskessel entscheidend

Neubauten sind nach EnEV 2014 [2] auszuführen. Soll ein Neubau mit einer Ölheizung geplant werden, so ist der Einsatz eines Öl-Brennwertkessels mit modulierendem Brenner eine unabdingbare Forderung, um mit anderen fossilen Energieträgern, wie Gas, konkurrieren zu können.

Bei der Modernisierung eines Altbaus stellt sich die Frage, welche der Energiesparmaßnahmen die kosteneffektivste ist und welche Reihenfolge der Maßnahmen bei einer schrittweisen Modernisierung eingehalten werden soll. Einerseits sollte hier durch zusätzliche Wärmedämmmaßnahmen die Heizlast reduziert werden, andererseits arbeiten aber alte Heizungen äußerst ineffektiv.

Das Herzstück einer bestehenden Heizungsanlage ist der Kessel: Je älter dieser ist, umso unwirtschaftlicher wird geheizt und umso mehr Schadstoffe werden ausgestoßen.

Vielfach wurden diese Geräte zu Zeiten installiert, als die Energiepreise noch erheblich niedriger lagen und Schadstoffemissionen noch nicht die heutige Bedeutung hatten. Werden diese alten Heizkessel weiter betrieben, müssen die Nutzer jährlich Energieverluste von bis zu 30 Prozent hinnehmen. Um diese unnötige Verschwendung zu vermeiden, sollte also vorrangig der Kessel ausgetauscht werden. Die dazu notwendige Investition liegt im Vergleich zu Wärmedämmmaßnahmen, die den gleichen Einspareffekt erreichen sollen, deutlich niedriger [5].

Modulierende Öl-Brennwertkessel zur Gebäudeheizung

Heute muss eine bestehende Ölheizung nicht mehr auf Gas umgestellt werden, um wirtschaftlich zu heizen und von allen Vorteilen der Brennwerttechnik zu profitieren. Denn schon seit geraumer Zeit beschäftigt sich etwa das Unternehmen Giersch mit der Entwicklung des modulierenden Öl-Brennwertkessels "FCU". Mittlerweile ist die Entwicklung abgeschlossen und die Praxistauglichkeit konnte in vielen Pilotanlagen herausgestellt werden, so dass die Serieneinführung kürzlich gestartet ist.

Die höhere Energieaus­nutzung durch Brennwertkessel sah man vorrangig in dem zusätzlichen Energiegewinn durch die Kondensation des Wasserdampfs in den Verbrennungsgasen begründet. Dass die Wasserdampfkondensation eine möglichst niedrige Abgastemperatur erfordert und damit zwangsläufig auch den Abgasverlust reduziert, wurde oft nicht bedacht.

Die Verbrennungsqualität hat also eine zweifache Auswirkung auf die effektive Energieausnutzung bei Brennwert­kesseln: Wie bei jedem konventionellen Kessel heißt das, je geringer der Verbrennungsluftüberschuss sein kann, desto kleiner ist der Abgasverlust.

Bei der Brennwertnutzung kommt als zweiter Effekt hinzu, dass der Verbrennungsluftüberschuss den Wasserdampftaupunkt bestimmt. Je niedriger der Verbrennungsluftüberschuss sein kann, der für die Aufrechterhaltung einer stabilen Verbrennung notwendig ist, umso ­höher liegt der Wasserdampftaupunkt, desto früher kondensiert der Wasserdampf und umso größer ist der Brennwerteffekt.

Beide Energiegewinne, der sensible (kleiner Abgasverlust) und der latente (Brennwertnutzung), spielen sowohl bei Gas- als auch bei Öl-Brennwertkesseln eine entscheidende Rolle [3].

Stand der Brennwerttechnik

Gas-Brennwertkessel sind seit einigen Jahren Stand der Technik. Dagegen war es für Öl-Brennwertkessel deutlich schwerer, sich am Markt durchzusetzen, denn sie verfügten zunächst nicht über all die Vorteile, welche die Gas-Brennwertkessel ausspielen konnten.

Neben der Brennwertnutzung und dem geringen Abgasverlust spielt auch die gleitende Anpassung der Wärmeleistung an die außentemperaturabhängige Heizlast für den Jahres-Nutzungsgrad und damit für den jährlichen Energieverbrauch eine ganz entscheidende Rolle.

Bisher konnten sich Öl-Brennwertkessel nur durch ständiges Ein- und Ausschalten der Ölbrenner an die bei steigenden Außentemperaturen abnehmende Heizlast anpassen.

Diese Betriebsweise ist äußerst unwirtschaftlich und wird anschaulich, wenn man sie gedanklich auf das Autofahren überträgt. Würde die gewünschte bzw. vorgeschriebene Geschwindigkeit nur über die Funktion "Vollgas" und "Weg vom Gas" eingehalten, wird klar, dass diese Fahrweise nicht nur äußerst unkomfortabel ist, sondern auch einen erheblich höheren Spritverbrauch zur Folge hätte. Das kontinuierliche "Gas geben" beim Autofahren – je nach geforderter Geschwindigkeit und Last (Berg- und Talfahrt) – entspricht der modulierenden Regelung der Heizleistung bei Wärmeerzeugern.

Gas-Brennwertkessel besaßen hier bislang Vorteile, denn sie waren von Anfang an mit modulierenden Brennern ausgerüstet. Bei einem Öl-Brennwertkessel ist es dagegen sehr viel schwieriger, die Brennerleistung leistungsabhängig kontinuierlich zu regeln – ein deutlich höherer technischer Aufwand ist hier erforderlich. Einen modernen Öl-Brennwertkessel, der mit einem modulierenden Brenner arbeitet, hat Giersch mit dem "FCU" vorgestellt – lieferbar ist das Gerät seit September 2014.

Der Öl-Brennwertkessel "FCU" basiert auf einem Kesselkörper, in dem die Heizflächen aus zwei parallel geschalteten Glattrohrwendeln aus korrosionsbeständigem CrNiMo-Edelstahl bestehen und in deren Mitte die Brennkammer mit dem modulierenden Blaubrenner angeordnet ist.

Der Ölbrenner kann durch sein neuartiges Konzept der Pumpen-Gebläse-Kombina­tion seine Leistung modulierend dem Heizwärmebedarf anpassen und gleichzeitig die Verbrennungsqualität optimal einhalten. Es bleibt zu hoffen, dass diese neue Technik mit dazu beiträgt, die Anwendungsmöglichkeiten des Brennstoffes Öl, auch unter ökolo­gischen Gesichtspunkten, in Zukunft auszuschöpfen.

Entwicklung von modulierenden Ölbrennern

Die Weiterentwicklung von Ölbrennern ist ein "Dauerbrenner" bei den Heiztechnikherstellern. Hier hat sich der Themenschwerpunkt von Low-NOx-Techniken zu Vormischtechniken und zu modulierenden Brennern kleiner Leistung verschoben.

Schadstoffarme, modulierende Ölbrenner müssen das Heizöl vor der Verbrennung von der flüssigen in die gasförmige Phase überführen, was für die Brennerentwicklung eine besondere He­rausforderung bedeutete. Die Balance aus Temperatur und Aufenthaltszeit des Gemisches in der heißen Zone ist entscheidend, um das Fenster zwischen vollständiger Verdampfung und Vermeidung der Selbstzündung in allen Betriebszuständen aufrechtzuerhalten. Denn es muss verhindert werden, dass sich die im Heizöl EL enthaltenen, leicht entzündbaren Kohlenwasserstoffe vor der Vergasung entzünden können.

Zur Lösung dieser Aufgaben haben die Entwickler in der Vergangenheit verschiedene Ansätze untersucht, wie die Film- und Oberflächenverdampfung, die Abgasrückführung und andere Verfahren der Brennstoffaufbereitung, die letztlich fast alle zu ungelösten Problemen führten.

Das Unternehmen Giersch ist hier völlig neue Wege gegangen. Es hat sich auf die Komponenten Gebläse, Ölpumpe und Düse konzentriert und zur Entwicklung eines neuen Feuerungsautomaten beigetragen. Über den klassischen Funktionsumfang hinaus übernimmt der Feuerungsautomat die Regelung und Überwachung des elektronischen Brennstoff/Luft-Verbundes [1].

Die Modulationsbreite und Grenzen eines modulierenden Brenners werden durch die kleinste mögliche Feuerungsleistung bestimmt. Das System muss über die Fähigkeit verfügen, über den gesamten Leistungsbereich das optimale Mischungsverhältnis aufrechtzu­erhalten, so dass die Verbrennung stabil, rußfrei und mit geringen Emissionen abläuft. Über die Drehzahl der Ölpumpe wird der Öldurchsatz und damit die Feuerungsleistung geregelt.

Der neu entwickelte Feuerungsautomat des Öl-Brennwertkessels "FCU" bestimmt in Abhängigkeit von der Leistung die zugehörige Drehzahl des Brennergebläses und damit die Verbrennungsluftmenge. Das Gebläse verfügt über eine steile Volumenstrom-Kennlinie mit einem hohen Druckmaximum und hat eine geringe Leistungsaufnahme.

Der Blaubrenner des Brennwertkessels ist mit einer optimierten Mischeinrichtung ausgerüstet, die eine Stabilisierung der Flamme über einen weiten Feuerungsbereich von 100 bis zu 30 Prozent garantiert [1].

Alle elektrischen Antriebe, wie für die Ölpumpe und den Lüfter, sind mit modernen EC-Motoren ausgestattet. Diese zeichnen sich durch eine geringe Stromaufnahme aus und erfüllen damit die Forderung der EnEV 2014 [2] nach einem geringen Jahres-Primärenergieverbrauch.

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