Brennwert-Gaskessel: Wirkungsweise, Vor- und Nachteile + Unterschied zu klassischen Modellen

Verkäufer von Brennwert-Wärmeerzeugern behaupten, dass der Wirkungsgrad der uns angebotenen innovativen Geräte über 100 % liegt. Aber geben Sie zu, das widerspricht ein wenig dem Energieerhaltungssatz, der uns allen aus dem Physikunterricht in der Schule bekannt ist. Was ist also das Geheimnis?

Einerseits sind solche Behauptungen ein Trick von Marketingleuten. Andererseits – in ihren überzeugenden Versicherungen gegenüber den Käufern steckt ein Körnchen Wahrheit. Wir werden im Detail erläutern, wie ein Brennwertkessel aufgebaut ist: Vor- und Nachteile, seine Arbeitsweise und Konstruktion verdienen eine genaue Untersuchung.

Um einen vollständigen Eindruck von der Brennwerttechnik zu bekommen, vergleichen wir sie mit der klassischen Art von Wärmeerzeugern. Wir nennen die Besonderheiten seines Anschlusses und Betriebs. Wir lüften die Geheimnisse der extrem hohen Leistungsfähigkeit.

Brennwertkessel für Gas

Der hohe Wirkungsgrad eines Brennwert-Gaswärmeerzeugers wird durch einen zusätzlichen Wärmetauscher in seiner Konstruktion gewährleistet. Die erste, für alle Heizkessel übliche Wärmetauschereinheit überträgt die Energie des verbrannten Brennstoffs an das Wärmemedium. Und die zweite fügt dem noch die Wärme aus der Abgasrückgewinnung hinzu.

Brennwertkessel arbeiten mit ‚blauem Brennstoff‘:

• Erdgas (Gasgemisch mit überwiegendem Methananteil);
• Flüssiggas (Propan-Butan-Gemisch mit überwiegendem Anteil des einen oder anderen Bestandteils).

Jede Gasvariante ist zulässig. Hauptsache, der Brenner ist für den jeweiligen Brennstofftyp ausgelegt.

Brennwert-Gaskessel sind teurer als herkömmliche Konvektionsmodelle, haben aber geringere Brennstoffkosten durch einen um 20–30 % geringeren Gasverbrauch.

Die beste Effizienz zeigt ein Brennwert-Wärmeerzeuger bei der Verbrennung von Methan. Propan-Butan-Gemisch ist hier etwas schlechter. Dabei gilt: Je höher der Propananteil, desto besser.

In dieser Hinsicht liefert ‚Winter‘-Gas für den Gastank einen etwas höheren Wirkungsgrad als ‚Sommer‘-Gas, da der Propananteil im ersteren höher ist.

Im Gegensatz zu einem Brennwertkessel entweicht bei einem Konvektionskessel ein Teil der Wärmeenergie mit den Verbrennungsprodukten durch den Schornstein. Daher liegt der Wirkungsgrad klassischer Konstruktionen bei etwa 90 %. Eine Steigerung ist technisch zu aufwendig.

Wirtschaftlich ist dies nicht gerechtfertigt. In Brennwertkesseln wird die durch die Gasverbrennung gewonnene Wärme jedoch rationeller und vollständiger genutzt, da die bei der Verarbeitung des Dampfes freigesetzte Wärme gespeichert und an das Heizungssystem übertragen wird. Dadurch wird das Heizmedium zusätzlich erwärmt, was den Brennstoffverbrauch pro erhaltene 1 kW Wärme senkt.

Aufbau und Funktionsweise

Konstruktiv ähnelt ein Brennwertkessel weitgehend einem Konvektionskessel mit geschlossener Brennkammer. Im Inneren ist er jedoch zusätzlich mit einem sekundären Wärmetauscher und einem Rückgewinnungsblock ausgestattet.

Die Hauptmerkmale des Brennwert-Wärmeerzeugers sind der zweite Wärmetauscher und die geschlossene Brennkammer mit Ventilator.

Ein Brennwertkessel besteht aus:

• einem geschlossenen Brennraum mit modulierbarem Brenner;
• einem primären Wärmetauscher Nr. 1;
• einer Kühlkammer für die Abgase auf +56–57 ⁰C (Taupunkt);
• einem sekundären Brennwert-Wärmetauscher Nr. 2;
• einem Schornstein;
• einem Luftzufuhrventilator;
• einem Kondensatbehälter und einem Ableitungssystem.

Das betreffende Gerät ist fast immer mit einer eingebauten Umwälzpumpe für das Heizmedium ausgestattet. Die herkömmliche Variante mit natürlichem Wasserfluss durch die Heizungsrohre ist hier kaum anwendbar. Wenn keine Pumpe im Lieferumfang enthalten ist, muss diese bei der Erstellung des Kesselanschlussprojekts unbedingt vorgesehen werden.

Die zusätzlichen Wirkungsgradprozente eines Brennwertkessels entstehen durch die Erwärmung des Rücklaufs mittels Abkühlung der Abgase im Schornstein.

Brennwertkessel sind im Handel als Einkreis- und Zweikreis-Geräte erhältlich, sowie in bodenstehender und wandhängender Ausführung. Darin unterscheiden sie sich nicht von klassischen Konvektionsmodellen.

Das Funktionsprinzip eines Brennwertkessels ist wie folgt:

1. Das zu erhitzende Wasser erhält die Hauptwärme im Wärmetauscher Nr. 1 durch die Gasverbrennung.
2. Anschließend durchläuft das Heizmedium den Heizkreislauf, kühlt ab und gelangt zum sekundären Wärmetauscherblock.
3. Durch die Kondensation der Verbrennungsprodukte im Wärmetauscher Nr. 2 wird das abgekühlte Wasser mit der rückgewonnenen Wärme erwärmt (Einsparung von bis zu 30 % Brennstoff) und gelangt zurück zu Nr. 1 für einen neuen Zirkulationszyklus.

Um die Temperatur der Abgase genau zu kontrollieren, sind Brennwertkessel stets mit einem modulierbaren Brenner mit einem Leistungsbereich von 20 bis 100 % und einem Luftzufuhrventilator ausgestattet.

Betriebsnuancen: Kondensat und Schornstein

In einem Konvektionskessel werden die Verbrennungsprodukte von Erdgas, CO₂, Stickoxide und Dampf, nur auf 140–160 ⁰C abgekühlt. Wenn man sie weiter abkühlt, sinkt der Zug im Schornstein, es bildet sich aggressives Kondensat und der Brenner erlischt.

Eine solche Entwicklung versuchen alle Hersteller von klassischen Gaswärmeerzeugern zu vermeiden, um die Betriebssicherheit maximal zu erhöhen und die Lebensdauer ihrer Geräte zu verlängern.

In einem Brennwertkessel liegt die Temperatur der Abgase im Schornstein bei etwa 40 ⁰C. Einerseits verringert dies die Anforderungen an die Hitzebeständigkeit des Schornsteinmaterials, andererseits schränkt es die Wahl hinsichtlich der Beständigkeit gegen Säureeinwirkung ein.

Die Abgase aus einem Gaskessel bilden beim Abkühlen ein aggressives Kondensat mit hohem Säuregehalt, das selbst Stahl leicht angreift.

Wärmetauscher in Brennwert-Wärmeerzeugern werden aus folgenden Materialien hergestellt:

• Edelstahl;
• Silumin (Aluminium mit Silizium).

Beide Materialien verfügen über erhöhte Säurebeständigkeit. Gusseisen und gewöhnlicher Stahl sind für Brennwertgeräte völlig ungeeignet.

Das Schornsteinrohr für einen Brennwertkessel darf ausschließlich aus Edelstahl oder säurebeständigem Kunststoff installiert werden. Gemauerte, eiserne und andere Schornsteine sind für solche Geräte nicht geeignet.

Bei der Rückgewinnung im Sekundärwärmetauscher entsteht Kondensat, das eine schwache saure Lösung darstellt und aus dem Warmwasserbereiter entfernt werden muss.

Beim Betrieb eines Brennwertkessels mit einer Leistung von 35–40 kW entstehen etwa 4–6 Liter Kondensat. Vereinfacht ergibt sich etwa 0,14–0,15 Liter pro 1 kW Wärmeenergie.

Tatsächlich handelt es sich um eine schwache Säure, die nicht in die autonome Kanalisation eingeleitet werden darf, da sie die an der Abfallverarbeitung beteiligten Bakterien abtötet. Vor der Einleitung in das zentrale System wird empfohlen, sie zunächst im Verhältnis bis zu 25:1 mit Wasser zu verdünnen. Danach kann sie bedenkenlos entsorgt werden, ohne eine Zerstörung des Rohrs befürchten zu müssen.

Wenn der Kessel in einem Haus mit einer Klärgrube oder einer Kleinkläranlage installiert wird, muss das Kondensat zunächst neutralisiert werden. Andernfalls tötet es die gesamte Mikroflora in der autarken Kläranlage ab.

Der „Neutralisator“ ist als Behälter mit Marmorsplittern mit einem Gesamtgewicht von 20–40 kg ausgeführt. Beim Durchlauf durch den Marmor steigt der pH-Wert des Kondensats aus dem Kessel. Die Flüssigkeit wird neutral oder schwach alkalisch und ist für die Bakterien in der Klärgrube und das Material des Absetzbehälters ungefährlich. Der Füllstoff in einem solchen Neutralisator muss alle 4–6 Monate ausgetauscht werden.

Woher kommt ein Wirkungsgrad über 100 %?

Bei der Angabe des Wirkungsgrads eines Gaskessels legen die Hersteller den unteren Heizwert des Gases zugrunde, ohne die bei der Kondensation von Wasserdampf entstehende Wärme zu berücksichtigen. In einem Konvektionswärmeerzeuger entweicht dieser zusammen mit etwa 10 % der Wärmeenergie vollständig in den Schornstein, weshalb er nicht berücksichtigt wird.

Addiert man jedoch die kondensierte Sekundärwärme und die primäre Wärme des verbrannten Erdgases, ergibt sich ein Wirkungsgrad von über 100 %. Das ist kein Betrug, sondern lediglich ein kleiner Zahlenkniff.

Bei der Berechnung des Wirkungsgrads auf Basis des oberen Heizwerts liegt dieser bei einem Konvektionskessel bei etwa 83–85 %, bei einem Brennwertkessel bei etwa 95–97 %.

Im Grunde entsteht der „falsche“ Wirkungsgrad von über 100 % aus dem Wunsch der Hersteller von Wärmeerzeugern, vergleichbare Kennzahlen miteinander zu vergleichen.

Einfach: Bei einem Konvektionsgerät wird der Wasserdampf überhaupt nicht berücksichtigt, während er bei einem Brennwertgerät berücksichtigt werden muss. Daher rühren die kleinen Abweichungen von der grundlegenden Physik, die in der Schule gelehrt wird.

Vor- und Nachteile des Brennwertheizgeräts

Zu den Vorteilen eines Brennwertkessels gehören:

1. Reduzierung des Schadstoffausstoßes um 60–70 % (der größte Teil des Kohlendioxids und der Stickoxide gelangt in das Kondensat).
2. Im Vergleich zu Konvektionsmodellen beträgt die Einsparung an Gasbrennstoff bis zu 30 % pro erzeugter 1 kW.
3. Geringere Abmessungen der Gasheizgeräte bei gleicher Leistung.
4. Niedrige Temperatur der Verbrennungsgase im Schornstein (nur etwa 40 ⁰C).
5. Möglichkeit der Installation einer Kaskade aus mehreren Kesseln.
6. Vielseitigkeit (geeignet sowohl für Heizkörper als auch für Fußbodenheizungen).
7. Verfügbarkeit intelligenter Automatik und vollständige Autonomie des Gaswärmeerzeugers ohne menschliches Eingreifen.

Eine Kaskade aus zwei bis drei Wärmeerzeugern ermöglicht die Installation von Kesseln mit geringer Leistung, die bei Betrieb weniger Lärm und Vibrationen verursachen als leistungsstärkere Modelle.

Dies vereinfacht die Montage des gesamten Heizsystems und ermöglicht es, die Abmessungen des Hausheizraums zu verringern. Zudem wird durch die Möglichkeit einer flexibleren Regelung der Wärmeerzeugung die Gesamteffizienz des Einsatzes von Wärmeerzeugungsanlagen gesteigert.

Die Kosten für einen Brennwertkessel amortisieren sich im Vergleich zu einem herkömmlichen Konvektionskessel innerhalb von 5–6 Jahren durch die Einsparung von Erdgas.

Zu den Nachteilen von Brennwertwärmeerzeugern sind zu nennen:

1. Hoher Preis der Geräte (1,5- bis 2-mal höher als bei vergleichbaren Modellen des klassischen Konvektionstyps mit gleicher Leistung).
2. Probleme bei der Entsorgung des Kondensats.
3. Verringerung der Effizienz bei Verwendung des Kessels in Hochtemperatur-Heizsystemen.
4. Abhängigkeit von Strom – für den Betrieb des Ventilators, der Automatik und der Umwälzpumpe wird Strom benötigt.
5. Verbot der Verwendung mit Frostschutzmitteln.

Trotz der erheblichen Anschaffungskosten ist ein Brennwertkessel aus wirtschaftlicher Sicht durchaus gerechtfertigt. Im Betrieb gibt er die anfänglich investierten Kosten mehr als zurück.

In Russland ist solche Ausrüstung derzeit noch wenig verbreitet. Ein Gas-Brennwertkessel ist auf unserem Markt noch zu ungewöhnlich und wenig erforscht. Aber das Interesse an solchen Wärmeerzeugern wächst allmählich.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Wie funktioniert ein Brennwert-Wärmeerzeuger:

Aufbau von Gas-Brennwertkesseln:

Alle Vorteile von Brennwertkesseln:

Wenn man genau versteht, wie ein Gas-Brennwertkessel funktioniert und nach welchen Prinzipien, werden die auf den ersten Blick "falschen" 108–110% Wirkungsgrad zu durchaus verständlichen und gerechtfertigten Zahlen.

Ein Wärmeerzeuger mit Abgaswärmerückgewinnung ist im Vergleich zu klassischen Konstruktionen tatsächlich effizienter. Einziger ernsthafter Nachteil ist das stark saure Kondensat, das entsorgt werden muss.

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