Luftmenge für die Verbrennung von Erdgas: Formeln und Berechnungsbeispiele

Die Effizienz aller Arten von Gasgeräten hängt von der Qualität des Verbrennungsprozesses ab. Die Luftmenge für die Verbrennung von Erdgas, die sich direkt darauf auswirkt, ist nicht schwer zu berechnen. Warum sollten Sie sich nicht um die Effizienz des Brennstoffverbrauchs und die Steigerung des Wirkungsgrads der Geräte kümmern, indem Sie die erforderlichen Berechnungen selbst durchführen, nicht wahr?

Aber wie macht man das richtig und woher bekommt man die Daten für die Berechnungen? Um dieses Thema zu verstehen, wollen wir im Rahmen unseres Artikels die Theorie des Luftverbrauchs bei der Gasverbrennung betrachten, uns mit den einfachsten Formeln zur Berechnung des benötigten Luftvolumens vertraut machen. Und auch über den praktischen Nutzen dieser Berechnungen sprechen.

Theorie des Luftverbrauchs bei der Gasverbrennung

Die Prozedur der Gewinnung thermischer Energie hat direkten Einfluss auf die Betriebsdauer und die Häufigkeit von Arbeiten zur Wartung der gasverbrauchenden Anlagen. Es sollte verstanden werden, dass das optimale Gas-Luft-Gemisch der Garant für Sicherheit ist. Lassen Sie uns näher auf den Luftverbrauch bei der Gasverbrennung eingehen.

Für die Verbrennung eines Methanmoleküls, das der Hauptbestandteil von Erdgas ist, werden genau 2 Sauerstoffmoleküle benötigt. Umgerechnet in verständliche Volumina bedeutet dies, dass zur Oxidation eines Kubikmeters des genannten Brennstoffs die doppelte Menge an Sauerstoff verwendet werden muss.

In der Realität ist es jedoch komplizierter. Da als Oxidationsmittel für den chemisch-physikalischen Verbrennungsprozess Luft verwendet wird, in der der für die Verbrennung notwendige Sauerstoff nur ein Fünftel ausmacht. Genauer gesagt sind es 20,93% – genau dieses prozentuale Verhältnis wird üblicherweise für alle technischen Berechnungen verwendet. Das heißt, es wird 9,52-mal mehr Luft benötigt.

Bei jeder technischen Berechnung der Gasmenge werden 100% dieses Brennstoffs zugrunde gelegt. Obwohl sein Hauptbestandteil – Methan (CH4) – im Gemisch nicht mehr als 75% ausmachen kann.

Die genannte Zahl erhalten Sie, indem Sie zwei Schritte ausführen:

1. Division 100/21. Diese Operation ermöglicht es herauszufinden, dass die Luft in jedem Volumen 4,76-mal so viel ist wie der Sauerstoff.
2. Multiplikation von 4,76 mit 2, was 9,52 ergibt — genau das Vielfache, um wie viel mehr Luft für die Verbrennung eines beliebigen Volumens Erdgas verbraucht werden muss.

Es gibt jedoch einen wichtigen Vorbehalt: Die berechnete Luftmenge, die für eine effiziente Gasverbrennung erforderlich ist, ist der theoretische Verbrauch. In der Praxis wird jedoch mehr benötigt. Der Grund ist, dass die Berechnung unter idealen Bedingungen durchgeführt wurde und in der Realität fast immer eine Reihe von Faktoren vorhanden sind, die erhebliche Korrekturen erfordern.

Dazu gehören:

• Zusammensetzung und Qualität der Reaktanten (Luft, Gas);
• Art der Ausrüstung, die für die Zufuhr des Energieträgers verwendet wird;
• Zustand der Ausrüstung;
• Art der Gas- und Luftzufuhr sowie eine Reihe anderer Aspekte.

Wenn besondere Genauigkeit erforderlich ist, können die oben genannten Besonderheiten manchmal berücksichtigt werden. Zum Beispiel kann die genaue Zusammensetzung des Gases in der nächstgelegenen Gasversorgungsstelle ermittelt werden. Wenn jedoch keine besondere Genauigkeit erforderlich ist, wird der erhaltene Wert 9,52 einfach mit dem sogenannten Luftüberschusskoeffizienten multipliziert. Dessen Wert liegt normalerweise im Bereich von 1,1 bis 1,4.

Sauerstoff ist das Oxidationsmittel des Gases. Das heißt, es brennt nicht selbst, unterstützt aber diesen Prozess unter Beteiligung des genannten Brennstoffs aktiv. Da der Sauerstoffgehalt der Luft jedoch nicht mehr als 20,93 % beträgt, wird angenommen, dass für den Verbrennungsprozess des Gases fast fünfmal mehr benötigt wird.

Wenn die Berechnung äußerst genau sein soll, sollte die tatsächlich verwendete Luftmenge durch ihren theoretischen Verbrauch geteilt werden. In den meisten Fällen ist es jedoch einfacher, den Durchschnittswert des Luftüberschusskoeffizienten zu verwenden. Dessen Wert sollte mit 9,52 multipliziert werden, und als Ergebnis erhält man die genaue Menge der verbrauchten Luft, die für den Verbrennungsprozess des Gases benötigt wird.

Also wenn er gleich ist:

• 1,1 — es wird 10,472-mal mehr Luftmasse benötigt;
• 1,4 — es wird 13,328-mal mehr Luft benötigt.

Das heißt, für die Verbrennung jedes Kubikmeters Energieträger werden bis zu 13,328 m³ Luft benötigt.

Formeln und Beispiele zur Berechnung

Der erforderliche Wert kann in jedem Einzelfall mit einer speziellen Formel oder Durchschnittswerten ermittelt werden. Über diese Methoden werden wir ausführlicher sprechen.

Methode #1 — Berechnung mit einer Formel

Diese besagt, dass das stündliche Luftvolumen (V_h), das für die Verbrennung erforderlich ist, gleich sein wird:

V_h = 1,1 × K_Üb.L × V_t× V_G/h× (273 + t)/273,

Wobei:

• K_Üb.L — Luftüberschusskoeffizient;
• V_t — theoretisch notwendige Luftmenge;
• V_G/h — stündlicher Gasverbrauch des Geräts;
• t — Temperaturwerte im Raum, in dem sich die Gasgeräte befinden.

Der für die Berechnungen erforderliche stündliche Gasverbrauch ist im Datenblatt jedes Gasgeräts angegeben.

Das heißt, wenn ein solcher Wert 10 beträgt, und:

• die Raumtemperatur zum Beispiel 18 °C;
• der Luftüberschusskoeffizient 1,1.

Dann führen wir die oben genannten mathematischen Operationen aus, nämlich:

1,1 x 1,1 x 9,52 x 10 x (273 + 18) / 273 = 122,1

Daraus ergibt sich, dass in diesem konkreten Fall für die Verbrennung von Gas jede Stunde 122,1 m³ Luft benötigt werden.

Die Berechnung der Luftmenge ist erforderlich, um einen effizienten und sicheren Betrieb aller Gasgeräte zu gewährleisten, einschließlich Herde, Durchlauferhitzer und Heizkessel, die im Haushalt verwendet werden.

Methode #2 — Berechnung mit Durchschnittswerten

Wenn Sie keine Lust haben, eine solche Berechnung der Luft für die Verbrennung der benötigten Gasmenge durchzuführen, können Sie den Empfehlungen vieler Hersteller und Fachleute folgen.

Diese besagen, dass der Prozess effizient ist, wenn pro Kilowatt Leistung stündlich mindestens 1,6 m³ Luft zugeführt werden.

Wenn die Berechnungsmethode mit der Formel zu kompliziert erscheint, können Sie die weniger genaue und einfachere Durchschnittsmethode verwenden, die dafür sehr einfach und daher zugänglich ist. Denn alles, was Sie tun müssen, ist die Leistung des benötigten Gasgeräts mit 1,6 zu multiplizieren, um das ungefähre Luftvolumen zu erhalten, das stündlich für die vollständige Verbrennung des Gases zugeführt werden muss.

Das bedeutet, die Berechnung kann in einem einzigen Schritt durchgeführt werden. Dazu wird der dem Datenblatt entnommene Leistungswert des Gasgeräts mit den genannten 1,6 multipliziert. Das Ergebnis ist die für eine effiziente Verbrennung erforderliche Luftmenge.

Zum Beispiel, wenn die Leistung des Gaskessels 40 kW beträgt, dann wird dieser Wert mit 1,6 multipliziert:

40 x 1,6 = 64

Es ergeben sich 64 m³ Luft, die stündlich dem Gasgerät zugeführt werden müssen.

Praktische Bedeutung der Berechnung des Luftverbrauchs

Fertigkeiten zur Durchführung solcher Berechnungen können für die Steigerung des Wirkungsgrades von Gasgeräten sowie zur Beseitigung der Ursachen für deren Fehlfunktion erforderlich sein.

Vorbeugung von Störungen und Wirkungsgradverlust der Geräte

Zum Beispiel wird die Kenntnis der optimalen Oxidationsmittelmenge benötigt, wenn die Innenflächen der Schornsteine, Bauteile der Geräte (Wärmetauscher, Brenner, usw.) schnell mit Rußablagerungen und anderen Verbrennungsprodukten bedeckt werden.

Wenn die Beseitigung der Verschmutzungen ebenso wie andere Maßnahmen (Einstellung, Austausch von Teilen, Baugruppen) nicht den gewünschten Effekt bringt. Dies deutet auf eine sogenannte Unterverbrennung des Energieträgers hin, die auf eine unzureichende Luftmenge zurückzuführen ist.

Der Verbrennungsprozess von Gas gilt als komplexe Reaktion. Wenn nicht genügend Oxidationsmittel, also Luft, vorhanden ist, wirkt sich dies auf den Zustand, die Funktionsfähigkeit und die korrekte Arbeitsweise der gesamten Gasanlage aus. In einigen Fällen lassen sich Störungen erst nach Ermittlung und Anpassung der an der Reaktion beteiligten Luftmenge beheben.

Kenntnisse über den erforderlichen Luftdurchsatz sind auch in folgenden Situationen erforderlich:

• Ein übermäßiger Gasverbrauch wurde festgestellt, der sich durch Einstellungen oder andere Maßnahmen nicht beheben lässt. Die Ursache könnte eine mechanische Unterverbrennung sein. Das heißt, es wird zu viel Luft zugeführt, was ebenfalls zu einer unvollständigen Verbrennung des Gases führt.
• Es wurde eine häufige Farbänderung des „blauen“ Brennstoffs während der Verbrennung beobachtet – zum Beispiel zu Orange, Weiß, Rot, Gelb. Dies sind kompliziertere Fälle als die vorherigen, da die Ursache sowohl ein Luftüberschuss als auch eine unzureichende Luftmenge sein kann.
• Instabiler Verbrennungsprozess des Gases. Zum Beispiel, wenn nicht alle Arbeitsöffnungen des Brenners, des Gasbrenners usw. genutzt werden. Und die Reinigung der genannten Bauelemente hat nicht zu einer Verbesserung geführt, da in solchen Situationen definitiv deutlich mehr Luft zugeführt werden muss.

Trotz verschiedener Ursachen wird die Berechnung nach der oben beschriebenen Methodik einheitlich durchgeführt.

Nutzen der Berechnungen bei der Einrichtung eines Heizraums

Die Berechnung der für eine effektive Oxidation des Gases erforderlichen Luftmenge ist bei der Einrichtung eines Heizraums, der Installation, dem Austausch von Gasgeräten und ähnlichen Fällen erforderlich.

Man sollte stets bedenken, dass theoretische Berechnungen nur dann gut sind, wenn ihre Richtigkeit durch die Praxis bestätigt wird. Und im Fall der Luftmenge – durch Vertreter der städtischen Gaswerke mit Gasanalysatoren.

Die Berechnungen werden durchgeführt, aber die Situation wird in jedem genannten Fall dadurch erschwert, dass zur Ermittlung aller erforderlichen Daten eine Reihe weiterer Berechnungen erforderlich ist.

Dazu gehören Berechnungen:

• des gesamten Luftverbrauchs – in Räumen mit Gasgeräten muss Luft nicht nur für den Verbrennungsprozess, sondern auch für die Belüftung zugeführt werden (im SNiP II-35-76 wird klar festgelegt, dass in Räumen, die als Heizräume genutzt werden, stündlich drei Luftvolumina ausgetauscht werden müssen);
• des Querschnitts des Abluftkanals;
• des Querschnitts/der Querschnitte der Öffnung(en) der Zuluftkanäle;
• des natürlichen Zugs im vorgesehenen Abluftkanal;
• der tatsächlichen Geschwindigkeit der Luftmassen in den Querschnitten der zukünftigen Luftkanäle;
• der Druckverluste durch diverse lokale Widerstände;
• der Größe des Fensters, das im Raum mit Gasgeräten vorgeschrieben ist.

Neben der korrekten Einrichtung der Lüftung des Heizraums kann die Durchführung weiterer Verfahren erforderlich sein, beispielsweise die Durchführung einer aerodynamischen Berechnung.

Bei der Durchführung der Berechnung ist zu bedenken, dass alle Arbeiten mit Gas eine erhebliche Gefahr darstellen. Daher ist es besser, deren Ausführung Fachleuten zu überlassen.

Danach sollten alle gesammelten Informationen die Grundlage für ein Projekt der Ersetzung, Installation von Geräten oder Umgestaltung bilden, das der örtlichen Gasversorgung zur Genehmigung vorgelegt wird. Falls dabei Fehler festgestellt werden, kann das Dokument an den Verfasser zurückgesandt werden.

Das heißt, das Bündel von Verfahren zur Berechnung aller erforderlichen Werte ist recht komplex. Daher werden nur wenige mit der Aufgabe bei der Installation, dem Austausch oder der Versetzung von Geräten zurechtkommen. Die meisten Raumbesitzer werden es einfacher finden, Hilfe von Fachleuten zu suchen. Diese führen nicht nur die notwendigen mathematischen Operationen durch, sondern passen die Berechnungen auch an die gesetzlichen Anforderungen für die Einrichtung von Heizräumen, Lüftungs- und Rauchabzugssystemen sowie alle anderen an. Diese sind im SNiP II-35-76 sowie im SNiP 2.04.08-87 und in einer Reihe anderer weniger gebräuchlicher Fachdokumente festgelegt.

Wenn in einem bestimmten Fall kein Projekt erstellt werden muss, schließen die von einem Fachmann durchgeführten Berechnungen Gefahren für das Leben und die Gesundheit des Gasgerätebesitzers selbst, seiner Angehörigen und der in der Nähe lebenden Menschen aus.

Außerdem ermöglichen sie, Handlungen zu vermeiden, die vom Gesetz als eigenmächtiger Anschluss an Gasleitungen angesehen werden. Dafür sieht Art. 7.19 KoAP RF Sanktionen in Form einer Geldstrafe vor, deren Höhe 100-150 € beträgt. Zum Beispiel kann dies passieren, wenn der Raumbesitzer nach Durchführung der Berechnungen Änderungen an der Konstruktion der Heizungsanlage vornimmt.

Man darf nicht vergessen, dass eine misslungene Berechnung der Luftmenge oder einer anderen Größe eine Person zum Rechtsbrecher machen kann. Dafür muss sie zumindest finanziell bezahlen. Wenn zum Beispiel Handlungen oder Unterlassungen zu einem Verstoß gegen die Vorschriften führen, die die sichere Nutzung von Gasgeräten gewährleisten sollen, dann muss man als Strafe einen Geldbetrag in Höhe von 10-300 € zahlen. Dies ist in Art. 9.23 KoAP festgelegt.

Nach den Berechnungen sollte man keine unüberlegte Entscheidung zum Austausch von Gasgeräten treffen, insbesondere mit abweichender Leistung. Wenn dies dennoch geschehen ist, sollten die Vertreter des Gasdienstes über die durchgeführten Maßnahmen informiert werden. Dies hilft, Strafen zu vermeiden.

Und man sollte die theoretischen Berechnungen nicht unter Missachtung der in SNiP II-35-76 festgelegten Regeln und Normen umsetzen, die den Bereich der Einrichtung von Räumlichkeiten für die Nutzung von Gasgeräten regeln. Denn gemäß Art. 9.23 KoAP muss man selbst für die geringsten Verstöße 10-20 € zahlen.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Das unten beigefügte Videomaterial ermöglicht es, einen Luftmangel bei der Gasverbrennung ohne Berechnungen zu erkennen, also visuell.

Berechnen Sie die Luftmenge, die für eine effiziente Verbrennung einer beliebigen Gasmenge erforderlich ist, in wenigen Minuten. Besitzer von Immobilien, die mit Gasgeräten ausgestattet sind, sollten dies bedenken. Denn in einem kritischen Moment, wenn der Kessel oder ein anderes Gerät nicht richtig funktioniert, kann die Fähigkeit, die für eine effiziente Verbrennung erforderliche Luftmenge zu berechnen, helfen, die Störung zu erkennen und zu beheben. Dies erhöht zudem die Sicherheit.

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