Upload
cundry-weirich
View
126
Download
6
Embed Size (px)
Citation preview
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Heizen mit Holzund
Holzpellets
Holz-Spezialheizkessel
Schulung Holzfeuerung
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Warum überhaupt?
Lagerungsdauer
Feuchte-gehalt
Heizwert
LagerungsartUmweltfreundlich?
Zusammen-setzung
Wieviel Holz benötigt man?
Verbrennungs-vorgang
Brennstoff Holz
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Fossile Energieträger - Reichweite
Reichdauer international sicher gewinnbarer fossiler Energieträger bei heutigem Verbrauch
(Quelle: BMWi Energiedaten 1995)140
120
100
80
60
40
20
0
Vor
räte
in M
rd.
t R
ÖE
(Roh
ölei
nhei
ten)
1995 2025 2035 2045 20552005 2015 2065 2075
Jahr
Kohle: Reichdauer 158 Jahre (2180)
Erdgas (1,66 Mrd t/a)(67 Jahre)
Erdöl (3,16 Mrd t/a)(43 Jahre)
Erdöl 1985
Erdgas 1985
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Primärenergieverbrauch I
Öl
Kohle
Gas
(Strom)Holz
12
10
8
6
4
2
01700 1800 1900 2000 2100
Mrd
t S
KE
Primärenergieverbrauch Welt nach Prof. Heinloth
Holz (nach Frisch)
2050: 50%
Koh
lefö
rder
ung
Ver
bren
nung
smot
or
Erd
ölfö
rder
ung
Dam
pfm
asch
ine
Regenerative Energie (Soll)
Summe Fossil
Gemäß Rio Klimakonvention
Kernenergie
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
CO2-neutrale Verbrennung
Mineralstoffe
Verbrennung
Holz
Heizenergie
Asche
Verrottung
Holz
O2
O2
CO2
CO2
Nahrung für Mikro-
organismen
H2O
Energie
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Heizwert von Holz
Spezifische Heizwerte von Holz
Heizwert (bei 15% Feuchtigkeitsanteil)
Holzart kWh / kg kWh / Raummeter
Buche, Eiche, Esche ~ 4,1 ~ 2100
Ahorn, Birke ~ 4,2 ~ 1900
Pappel ~ 4,1 ~ 1200
Kiefer, Lärche, Douglasie ~ 4,4 ~ 1700
Fichte, Tanne ~ 4,5 ~ 1500
Abweichung < 9 % Abweichung > 40 %
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Brennstoff
Erdgas L
Erdgas H
Flüssiggas
Heizöl EL
Holz (Ø)
Pellets
Einheit
kWh / m³
kWh / m³
kWh / m³
kWh / kg
(kWh / l)
kWh / kg
kWh / kg
Heizwert
8,88
10,42
25,80
11,86
(10,08)
4,3
5,3
Brennwert
9,76
11,42
28,02
12,44
(10,58)
-
-
Heizwerte im Vergleich
1 Raummeter entspricht: Buche 208 l Heizöl EL (201 m3 Erdgas H)Fichte 149 l Heizöl EL (144 m3 Erdgas H)
Wirkungsgrad: Öl-/Gas-Spezialheizkessel 92 %Holz-Spezialheizkessel 85 %Pelletofen 90 %
Mengenvergleich: Verbrauch 3000 l Heizöl EL entsprechend16 rm Buche
22 rm Fichte
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Der Heizölpreis
120
110
100
90
80
70
60
50
40
09.98 12.98 03.99 06.99 09.99 12.99 03.00 06.00 09.00
DM
/ 1
00 L
iter
Datum
1,15 DM / l am 13.09.00
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Preisvergleich der Brennstoffe
Annahme: Objekt mit 30.000 kWh Wärmebedarf pro Jahr
Heizöl : 30.000 kWh / (10 kWh/l * 0,9) * 1,15 DM/l = 3.833 DMGas : 30.000 kWh / 0,95 * 0,06 DM/kWh = 1.895 DMBuchegespaltet / gesägt : 30.000 kWh / (2100 kWh/rm * 0,85) * 55 DM/rm = 924 DMfertig gehackt : 30.000 kWh / (2100 kWh/rm * 0,85) * 80 DM/rm = 1.345 DMPellets : 30.000 kWh / (5,3 kWh/kg * 0,9) * 0,28 DM/kg = 1.761 DM
4000 DM / a
3000 DM / a
2000 DM / a
1000 DM / a
Öl Gas Pellets Buchefertig
Buche
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Bewaldung der BRD
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
feste Brennstoffe
Festbrennstoff
Kohlenstoff (C)
Wasserstoff (H)
Sauerstoff (O)
Stickstoff (N)
Schwefel (S)
Wasser (H2O)
Asche
Heizwert [kWh/kg]
Holz
(lufttrocken)
42
5
37
-
-
15
1
4,1
Braunkohle-
brikett
55
5,5
18
1
0,5
15
1
5,4
Steinkohle
82
4
4
1
0,5
3,5
5
8,8
Koks
83
1
0,5
1
0,5
5
9
8,0
Unterschiedliche Zusammensetzung ergibtunterschiedliche Verbrennungseigenschaften bedingt
angepasste Feuerräume
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
90
0
80
70
60
50
40
30
20
10
Prozentuale Zusammensetzung von Holz und Koks
Brennstoff Holz
Kohlenstoff Wasserstoff Sauerstoff Asche
Holz
Koks
Hoher Anteil flüchtiger Bestandteile ergibt große Flammenlänge
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Gasinhalt / Flammenlänge
75
45
15
1
Koks Esskohle Braunkohle-briketts
Holz
Flüchtige Bestandteile in %
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Heizwert und Feuchtegehalt
0
10
20
30
40
50
60
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5Heizwert in kWh/kg
Feu
chte
geha
lt in
%
Heizwert von Holz in Abhängigkeit des Feuchtegehalts
Waldfrisch50 % Feuchte
2,3 kWh/kg
Lufttrocken15 % Feuchte
4,3 kWh/kg
47 % Differenz !
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Sachgemäße Lagerung
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Holzfeuchte und Trocknungsdauer
0
10
20
30
40
50
60
0 3 6 9 12 15 18 21 24Trocknungsdauer in Monaten
Feu
chte
geha
lt in
%
Januar Dezember Januar Dezember
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Verbrennungsablauf
Fester Brennstoff
Trocknung
Zündung
Pyrolyse
Vergasung des festen Koksrückstandes
Verbrennung der Ent- und Vergasungsprodukte
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Verbrennungsverlauf / Energiefluss
Temperaturin °C
400
200
100
0
300
End
othe
rme
Rea
ktio
n(E
nerg
iezu
führ
ung)
Exo
ther
me
Rea
ktio
n(E
nerg
iefr
eise
tzun
g) In den Abgasen enthaltene Wärme
Nutzwärme
Wärmeverbrauch zur Unterhaltung des Verbrennungsvorganges
Fremdwärme in der Anheizphase
Beginn der Glutbildung
Höhepunkt der Verbrennung
Beginn der thermischen Zersetzung
Trocknung
Flammpunkt
Fre
i-ge
setz
teE
nerg
ie
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Anzünden beim Betriebsstart
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Abbrandverhalten von Holz
Zeitlicher Abbrand [g/s]
Zeit [s]
Zündung
Trocknung
Pyrolyse (Entgasung)
Vergasung des festen Koksrückstandes
Verbrennung der Ent- und Vergasungsprodukte
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Luft
LuftLuft
Luft
FeuerungsprinzipienOberer Abbrand Unterer Abbrand
• Robuste Konstruktion• Einfacher Aufbau• Die ganze Schüttung brennt
• Nur der untere Teil der Schüttung brennt• Geringere Emissionen und hohe
Wirkungsgrade durch große Nachverbrennungszone
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Oberer und unterer Abbrand
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Merkmale:• Nennwärmeleistung 14,8 kW• Oberer Abbrand• Umlenkschieber für guten
Ausbrand• Großer Füllraum (77 Ltr.) • Servicefreundlich durch
glatte Heizflächen und Reinigung von vorne
• Nach 1. BImSchV nicht messpflichtig
• Forderung nach einem Pufferspeicher nicht zwingend
Logano S131-14
Primärluft
Sekundärluft
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Merkmale:
• Nennwärmeleistung je nach (Werks-) Einstellung 33, 37, 42, 47 oder 52 kW
• Zugbedarf je nach Leistung19, 21, 23, 25, 27 Pa
• Unterer Abbrand mit Turboair-Nachverbrennung
• Neuartige Luftführung
• Großer Füllrauminhalt (180 Ltr.)
• Scheitholzlänge bis 50 cm
• Abbranddauer bis 6,0 h
• Pufferspeicher gefordert
Logano S231-40
Primärluft
Sekundärluft
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Merkmale:• Zum Patent angemeldete Technologie• Rotierende Flamme mit einer
Ausbrandzeit > 0,5 Sec • Nahezu vollständiger Ausbrand der Heizgase• Sehr geringe CO-Entwicklung• Hochdynamische Sekundärluftregelung nach
dem Injektorprinzip (schneller als Regelung über Lambdasonde)
• Gleichbleibende Verbrennungstemperatur im gesamten Nachverbrennungskanal vonca. 1100 °C
Turboair-Nachverbrennung
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Emissionswerte im Vergleich
5000
4000
3000
2000
1000
0
CO
-Em
issi
on [
mg/
m³]
(15
% 0
2)
Bud
erus
S 2
31-2
5m
inim
al
20
Bud
erus
S 2
31-2
5m
axim
al
95
Gre
nzw
erte
„Stu
ttga
rt“
105
För
derp
rogr
amm
C.A
.R.M
.E.N
/B
unde
s-F
örde
rpro
gram
m
500
1. B
ImS
chV
För
derp
rogr
amm
Sac
hsen
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Pufferspeicher
„Immer 800 l“
EN 303-5 !
„25 l/kW“ „100 l/kW“
„So groß wie nur möglich“
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Warum ein Pufferspeicher ?
• Komfort wie bei anderen modernen Heizungsanlagen• Optimale Wärmeversorgung auch bei Schwachlast• Bedienungsintervalle lassen sich auf günstige Tageszeiten legen• Kein Ansprechen der thermischen Ablaufsicherung• Betrieb bei Volllast.
Dadurch: Bester Wirkungsgrad Geringste Emissionen wegen optimalen Temperaturbedingungen Keine festen Rückstände im Brennraum Höhere Lebenserwartung Beste Wirtschaftlichkeit
Der Pufferspeicher speichert die von intermittierend betriebenen Festbrennstoff-Heizkesseln erzeugte Wärme. Dadurch werden die Betriebsverhalten der Heizungsanlage in folgenden Punkten verbessert:
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
- Dimensionierung ist vorgeschrieben
§ 6 Absatz 3:Handbeschickte Feuerungsanlagen mit flüssigem Wasserträgermedium sind bei Einsatz der in § 3 Abs. 1 Nr. 4 bis 8 genannten Brennstoffe (Holz,
Anm. d. Autors) grundsätzlich bei Volllast zu betreiben. Hierzu ist in der Regel ein ausreichend bemessener Wärmespeicher einzusetzen.
Dies gilt nicht, wenn die Anforderungen nach Absatz 1 Nr. 2 oder 3 auch bei gedrosselter Verbrennungsluftzufuhr (Teillastbetrieb) eingehalten werden können.
Verordnung über Kleinfeuerungsanlagen (1.BImSchV)
1. BImSchV und Pufferspeicher
- Pufferspeicher wird gesetzlich gefordert
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Ausgangssituation: Nutzer beschwert sich über
- Kosten für Pufferspeicher- Platzbedarf- Regelungsbedarf- zusätzliches Volumen des Ausdehnungsgefäßes- zusätzliche Bauteile wie Pumpen,...- zusätzliche Montage-, Wartungskosten- ...
Willkürlich gewähltes Pufferspeichervolumen ist daher ein Hindernis für die Holzfeuerung insgesamt
Fachliche und sachliche Planung ist notwendig, um dem Nutzer das anlagenspezifisch notwendige Pufferspeichervolumen begründen zu können
Warum dimensionieren ?
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Hintergrund:Der Pufferspeicher muss mindestens die Wärmemenge einer Kesselfüllung
aufnehmen können!
Statische Auslegungsmethode
Puffer Kessel
)(*** min,max PuPuWWPuPu cVQ KKK bQQ *
KKPu bQV **5,13
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Beispiel statische Berechnung
Gewählter Holz-Spezialheizkessel: Logano S 131 – 25Kesselnennleistung: 29 kWAbbrandzeit (Buche, Leistung 29 kW): ca. 3 h
Pufferspeichervolumen:
Vpu= 13,5 * 29 kW * 3 h = 1.175 l
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Hintergrund:Anlagenoptimum für häufigsten Betriebspunkt sicherstellen!
Dynamische Auslegungsmethode
015 -14Außentemperatur [°C]
Gra
dtag
zahl
[K
d/a]
300
250
200
150
100
0
50
Heizarbeit bei unterschiedlichen Betriebspunkten
Häufigster Betriebspunkt bei ca. 40% Anlagenauslastung
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
System-temperaturen
TagesbetriebszeitHolzkessel
Leistung Holzkessel
Wärmebedarf
Abbranddauer
Einflussgrößen auf die Pufferdimensionierung:
• Tagesbetriebszeit Holzkessel• Verhältnis Nennleistung Holzkessel zu Wärmebedarf• Systemtemperaturen
Einflussgrößen
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
QK
b
*QN
fBeh.*24h Zeit [h]
Leis
tung
[kW
]
Überschuss = Restbedarf
Hintergrund
Wär
mea
bgab
e H
olzk
esse
l
Wärmebedarf Objekt
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Betriebszeit vorgegeben
Kesselleistung vorgegeben
Dynamische Auslegung
Praxisformel: (I) QN
QK
QN
VPU·
·
·
-
-
= **4,073
5,2
*2246 R
mit
KK
N
Qb
Qn
·
·=
**4,6
mit NK Qb
Q·· = *
4,6
Praxiswerte: x=0,4 fBeheizung=2/3 PU, max85 °C W=0,982 kg/l cW=4,18kJ/kgK
Befüllungen pro Tag
(II)N
R
PU Qb
V·
-
-= *
*4,073
16 *351
Erforderliche Kesselleistung
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Beispiel
Norm-Wärmebedarf: 25 kWAuslegungstemperaturen: 75 / 60 °CGewählter Holz-Spezialheizkessel: Logano S 231 – 25Kesselnennleistung: 25 kWAbbrandzeit (Buche): ca. 4,5 h
Pufferspeichervolumen:
172025*60*4,073
25
255,2
*2246 = -
-=
PUV
Anzahl der Befüllungen:
4,125*5,4
25*4,6 ==n
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Extremwertbestimmung
Eine Maximalwertbetrachtung für oben hergeleitete „Praxisformeln“ ergibt Vergleichswerte für eingangs erwähnte kesselleistungsabhängige Dimensionierungsgrößen.
Das Verhältnis QN/QK wird zwischen 0,5 und 1 betragen, die Rücklauftemperatur Werte zwischen 30°C und 70°C annehmen können. Dadurch ergeben sich Dimensionierungswerte zwischen 35 l/kW bis 75 l/kW Pufferspeichergröße.
Dies macht deutlich (Faktor 2 zwischen den ermittelten Werten),dass eine anlagenabhängige Dimensionierung vorgenommen werden muss.
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Dynamisches Verfahren
Statisches Verfahren
Zusammenfassung
VPU=13,5 * QK*bK
.a)
b)
QN
QK
QN
VPU
··
·
-
-
= **4,073
5,2
*2246R
mit b
KQ·
NQ·
= *4,6 [h] Betriebszeit je Tag
N
R
PU Qb
V·
-
-= *
*4,073
16 *351
mit NK Qb
Q·· = *
4,6[kW] Kessel-Nennleistung
bzw.
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Vorschriften und Normen
• DIN 4751- Sicherheitstechnische Ausrüstung
• Feuerungsverordnung- Aufstellung, Schornstein, Brennstofflagerung
• DIN 4759- Anschluss an gemeinsamen Schornstein
• 1. BImSchV- Emissionswerte, Anforderungen und Messung
• Heizungsanlagenverordnung- Absperrung, Regelung, Wartung
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
DIN 4751 T2
Aus der DIN 4751 T2 ergeben sich folgende Anforderungen:
• Thermische Ablaufsicherunggilt als Sicherheitstemperaturbegrenzer. In der Kaltwasserzulaufleitungmuss ein Mindestdruck von 2 bar vorhanden sein
• Verbrennungsluftreglergilt als Kesseltemperaturregler. Ermuss auf höchstens 90°C eingestelltsein
• Eine Nebenlufteinrichtung im Abgaswegverhindert eine wesentliche Überschreitung des angegebenenZugbedarfs des Kessels
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Anlagen-Hydraulik
HolzkesselRegel-technik
Kunde
Ökonomie Ökologie
DIN 4702
Schornstein
DIN 4751
BImSchV
HeizAnlVFeuVO
Komplexität der Einflussgrößen
?
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Betriebsbedingungen
40°Cja70°C-S231
40°Cja70°C-S131 – 25
40°C- 3)70°C-S131 – 14
Mindestrücklauf-temperatur 2)
Puffer-speicher 1)
Mindest Kesselwasser-
temperatur
Kesselwasservolumenstrom
Logano
BetriebsbedingungenHeizkessel
1) Der Inhalt muss mindestens 25 l/kW betragen. Auslegung wie behandelt.2) In Verbindung mit einem Pufferspeicher.3) Nicht gesetzlich gefordert, jedoch unbedingt empfehlenswert.
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Holz-Spezialheizkessel Dreiwege-Mischventil mit Temperaturregler ohne Hilfsenergie
Rücklaufanhebung
AABB
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Autarke Holzfeuerung
Logamatic4111
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Wechselbrand-Heizkessel-Kombinationparallele Einbindung des Pufferspeichers
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Wechselbrand-Heizkessel-Kombinationserielle Einbindung des Pufferspeichers
Rücklauf-wächter
Modul Nr. 1.5
Buderus Heiztechnik GmbH. Alle Rechte vorbehalten.
Endeder
Präsentation