Sauber mit System

Komplettlösungen für die Verbrennungsregelung – automatische Gasfamilienerkennung

Damit die Wärme- und Energiewende gelingt, ist eine moderne und effiziente Heiztechnik mitentscheidend. Mit „CleanEco“ und „CleanVario“ hat ebm-papst zwei Komplettsysteme zur Verbrennungsregelung im Portfolio, die in diesem Zusammenhang einen wichtigen Beitrag leisten. Davon hat nicht nur die Umwelt etwas, sondern auch Hersteller, Installateure – und natürlich der Endverbraucher.

Wenn es um die „klimaneutrale Zukunft“ geht, ist in der breiten Öffentlichkeit meist von Solarenergie oder Windkraft die Rede. Dabei gibt es noch einen weiteren Sektor, der jede Menge Energie „schluckt“ und in der weltweiten CO2-Bilanz negativ zu Buche schlägt: Wärme. Allein in Deutschland macht dieser Posten mehr als 25 Prozent des gesamten Energieverbrauchs aus, in privaten Haushalten liegt der Anteil sogar bei 90 Prozent. Hinzu kommt, dass allein hierzulande knapp zwölf Millionen Heizungen älter als zehn Jahre sind und damit häufig eine unbefriedigende Energiebilanz haben. Global gesehen dürfte der Nachholbedarf noch viel höher sein. Sprich: Soll die Energiewende gelingen, braucht es eine Wärmewende. Einen wichtigen Beitrag dazu leistet die inzwischen etablierte, energieeffiziente Gas-Brennwerttechnik, die in den vergangenen 20 Jahren stetig weiterentwickelt und verfeinert wurde.

Entscheidend für die Effizienz dieser Brennwertgeräte ist die Verbrennung: Nur mit einem optimalen Mischungsverhältnis von Luft und Gas ist die Energieausbeute perfekt. Ein zu hoher Gasanteil führt zum Beispiel zu schädlichen Emissionen wie Ruß und Kohlenstoffmonoxid (CO), zu viel Luft verschlechtert den Wirkungsgrad der Verbrennung. Daher ist es entscheidend, dass die Komponenten des Gas-Luft-Verbunds perfekt aufeinander abgestimmt sind. Seit Jahren hat sich dafür in der Praxis die pneumatische Verbrennungsregelung bewährt. Als zukunftsfähige Alternative gesellt sich die elektronische Verbrennungsregelung hinzu, langfristig dürfte sie die pneumatische Lösung sogar ablösen. Bis dahin werden aber beide Systeme parallel am Markt laufen. Für den Einsatz in Gas-Brennwertgeräten in Wohngebäuden bietet ebm-papst beide Varianten als Komplettlösung an: „CleanEco“ (pneumatisch) und „CleanVario“ (elektronisch). Mit seinem Lieferprogramm deckt der Hersteller dabei vier Leistungsklassen ab: 2 bis 35 kW, 4,5 bis 50 kW, 9 bis 80 kW und 15 bis 150 kW.

Das pneumatische Verbundsystem „CleanEco“ besteht aus Gebläse, Venturi, Gasventil und der Steuereinheit („Boiler Control Unit – BCU“). Das Prinzip (Abb. 1): Das Gebläse saugt die Luft an, durch die Verjüngung des Venturis entsteht dabei ein Unterdruck, der die Gaszufuhr über das Ventil steuert. Richtig eingestellt, entsteht so die optimale Mischung aus Sauerstoff und Brennstoff. Das Gas-Luft-Gemisch bleibt dabei unabhängig von Gegendruck und verändertem Abgaswiderstand stabil. Über die Jahre haben die Ingenieure von ebm-papst das System so weit optimiert, dass inzwischen Modulationsgrade von 1:10 möglich sind und damit die Leistung des Heizgeräts sich viel präziser an den tatsächlich benötigten Wärmebedarf anpasst. Doch so bewährt und robust der pneumatische Verbund auch ist: Er ist abhängig von einer konstanten Gasqualität, da das Ventil genau auf die jeweilige Gasart eingestellt ist, die am Ort der Installation eingespeist wird.

Funktionsschema: Pneumatische Verbrennungsregelung „CleanEco“.
Quelle: ebm-papst
Funktionsschema der pneumatischen Verbrennungsregelung „CleanEco“.

Flexible Reaktion auf Gasqualitäten

Und genau hier findet gerade ein großer Umbruch statt. Der Blick nach Europa macht dies deutlich: Große Gasfelder, wie zum Beispiel in den Niederlanden, sind nahezu erschöpft und neue Quellen müssen gefunden werden. Dazu gehören auch alternative Brennstoffe. Neben Erdgas (Methan) strömen künftig unter anderem Wasserstoff (H2), Biomethan oder „Windgas“ aus Power-to-Gas-Anlagen durch die Leitungen. Das hat zur Folge, dass die Brennwertgeräte der Zukunft entsprechend flexibel reagieren und trotz dieser Schwankungen eine konstante Heizleistung erbringen müssen. Es ist also ein System notwendig, das gasadaptiv ist. Die Antwort auf diese Herausforderung gibt es bereits: den elektronischen Gas-Luft-Verbund, der bei ebm-papst unter dem Namen „CleanVario“ läuft (Abb. 2).

Grafik: Elektronische Verbrennungsregelung „CleanVario“ in wandhängendem Gas-Brennwertgerät.
Quelle: ebm-papst
Elektronische Verbrennungsregelung „CleanVario“ in einem wandhängenden Gas-Brennwertgerät.

Beim Blick auf die Komponenten ist zunächst kein großer Unterschied erkennbar. Gebläse, Venturi, Steuereinheit und Gasventil gibt es auch hier, doch das Zusammenspiel ist ein anderes (Abb. 3). Das Mischverhältnis wird hier nicht über den Unterdruck gesteuert, sondern durch die elektronische Ansteuerung des Gasventils. Die Gasventile bei „CleanVario“ haben daher einen Schrittmotor, über den präzise die Zufuhr geregelt werden kann. Doch damit das Ventil weiß, wie viel Gas es für die Mischung mit der Luft zur Verfügung stellen soll, benötigt es eine Kenngröße, die signalisiert, wenn die Mischung perfekt ist. In der Theorie liegt für die vollständige Verbrennung die ideale Mischung von Brennstoff und Luft bei einem Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1. Liegt der Wert unter eins, ist der Sauerstoffgehalt zu gering, ist er größer als 1, dann existiert ein Luftüberschuss. Doch wie messen, ob die Verbrennung optimal verläuft? Am besten in der Flamme selbst.

Dienstag, 27.04.2021

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